工作面局部通風(fēng)方案的優(yōu)化及設(shè)備選型

孫 博

（山西西山煤電股份有限公司鎮(zhèn)城底礦， 山西 古交 030203）

引言

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)作為綜采工作面的呼吸系統(tǒng)，其主要功能是為工作面提供新鮮的空氣，稀釋工作面的瓦斯?jié)舛?，排出工作面的煤塵等[1]。隨著我國(guó)采煤技術(shù)、掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及巷道的不斷延伸，通風(fēng)量不能夠滿足工作面的需風(fēng)量，導(dǎo)致工作面生產(chǎn)存在極大的安全隱患。針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)長(zhǎng)度長(zhǎng)、通風(fēng)能耗大以及投入成本大的問題，對(duì)工作面局部通風(fēng)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 工程概況

本文所研究煤礦為單一斜構(gòu)造，4103工作面煤層呈東南-西北走向，煤層傾角范圍為58°～70°，平均傾角為65°，屬于急傾斜煤層。工作面走向長(zhǎng)度為1817m、傾斜長(zhǎng)度為187.4m、面積為340505.8m2，該工作面所采9號(hào)煤層裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部地段煤層下部夾0.2 m的頁(yè)巖或炭質(zhì)頁(yè)巖，厚度變化不大，屬于穩(wěn)定煤層。

煤層頂板（偽頂、直接頂、老頂）：描述煤層頂板巖石性質(zhì)、層理、節(jié)理、厚度、強(qiáng)度（硬度）、頂板分類等情況及其變化情況。煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

最大涌水量為25 m3/h，正常涌水量為0～5 m3/h。瓦斯絕對(duì)涌出量為2.37 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為 1.35 m3/t；CO2的相對(duì)涌出量為 3.0 m3/t，CO2的絕對(duì)涌出量為1.58 m3/min。煤塵爆炸指數(shù)為21.33%、煤塵具有爆炸性，燃傾向性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，易自燃。

目前，礦井所采用的通風(fēng)方式為機(jī)械抽出式[2]。進(jìn)風(fēng)井為主斜井和副斜井，回風(fēng)井為專用井。礦井所采用的通風(fēng)機(jī)為軸流式通風(fēng)機(jī)，采用“一用一備”的方式進(jìn)行布置。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可知：該礦井當(dāng)前的進(jìn)風(fēng)量為60 m3/s，回風(fēng)量為61.8 m3/s；礦井的通風(fēng)阻力為359.6 Pa。

表1 4103工作面煤層頂?shù)装迩闆r

2 局部通風(fēng)方案的優(yōu)化

本文著重對(duì)該煤礦掘進(jìn)工作面的通風(fēng)方案進(jìn)行優(yōu)化。該4103掘進(jìn)工作面每年工作天數(shù)為330 d，每天采用三班倒的工作制度，每班工作8 h。該掘進(jìn)工作面采用綜合掘進(jìn)模式，其核心設(shè)備為EQJ-20掘進(jìn)機(jī)，其生產(chǎn)能力為13萬t/a。

2.1 局部通風(fēng)方案優(yōu)化的原則

為保證優(yōu)化后的通風(fēng)方案能夠切實(shí)解決當(dāng)前掘進(jìn)工作面所存在的問題，優(yōu)化時(shí)需遵循如下原則：

1）充分結(jié)合當(dāng)前掘進(jìn)工作面的掘進(jìn)能力、掘進(jìn)機(jī)設(shè)備及工作面巷道地質(zhì)、水文以及地形等情況；

2）本次通風(fēng)方案的核心在于減少風(fēng)筒的漏風(fēng)量，保證整個(gè)掘進(jìn)工作面的有效風(fēng)量率；

3）在充分保證工作面通風(fēng)條件的基礎(chǔ)上，將改造成本及通風(fēng)費(fèi)用降至最低；

4）結(jié)合節(jié)能減排的原則，對(duì)當(dāng)前工作面通風(fēng)設(shè)備和掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造；

5）要求經(jīng)改造后的通風(fēng)系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，且便于作業(yè)人員對(duì)其管理[3]。

2.2 局部?jī)?yōu)化通風(fēng)方案的對(duì)比

4103掘進(jìn)工作面與其他工作面相比較的顯著特點(diǎn)為：4103工作面巷道的斷面面積較大，且面積可達(dá)19 m2；4103工作面巷道的距離長(zhǎng)，且通風(fēng)距離可達(dá)2 km。鑒于上述特點(diǎn)，導(dǎo)致在當(dāng)前通風(fēng)方案下難以保證巷道的風(fēng)速。因此，本文擬采用如下兩種優(yōu)化方案：

1）由于4103工作面巷道距離過長(zhǎng)，采用進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷共用一條巷道的方式，并對(duì)巷道實(shí)際通風(fēng)距離進(jìn)行精確測(cè)量，選擇最佳的通風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒，且通風(fēng)機(jī)采用“一備一用”的原則進(jìn)行配置[4]。

2）采用智能局部通風(fēng)技術(shù)對(duì)當(dāng)前通風(fēng)方案進(jìn)行改造，具體實(shí)施如下：巷道施工采用全風(fēng)壓與局部通風(fēng)技術(shù)相結(jié)合，并采用雙巷進(jìn)行平行掘進(jìn)的工作模式，其中一巷為進(jìn)風(fēng)，另一巷為回風(fēng)，從而達(dá)到全風(fēng)壓通風(fēng)的效果。智能局部通風(fēng)技術(shù)對(duì)巷道密閉要求較高，避免由于密閉質(zhì)量不佳導(dǎo)致局部通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)供風(fēng)不足的現(xiàn)象，從而影響循環(huán)風(fēng)。基于智能局部通風(fēng)工作面如圖1所示。

方案一與方案二的對(duì)比如表2所示。

圖1 4103工作面智能通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用示意圖

表2 兩種優(yōu)化通風(fēng)方案的對(duì)比

如表2所示，方案一與方案二相比較，盡管方案一前期投入小，但是后期維護(hù)及管理難度較大，導(dǎo)致其成本增加，且通風(fēng)距離較長(zhǎng)，導(dǎo)致其風(fēng)阻較大，且其排水供風(fēng)能力較差[5]。因此，采用局部智能通風(fēng)技術(shù)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.3 通風(fēng)設(shè)備的選型

本次方案優(yōu)化的另一個(gè)核心為對(duì)通風(fēng)設(shè)備的選型，包括通風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒。通風(fēng)設(shè)備選型的原則首先要確保通風(fēng)設(shè)備具備足夠的能力保證工作面瓦斯?jié)舛刃∮?%；其次盡可能減少工作面通風(fēng)設(shè)備的數(shù)量。結(jié)合工作面地形及所采用的優(yōu)化方案，通風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒的選型結(jié)果及參數(shù)如表3、表4所示。

表3 通風(fēng)機(jī)型號(hào)及參數(shù)

表4 風(fēng)筒參數(shù)

3 結(jié)語

為了保證通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)量與工作面需風(fēng)量相匹配，需根據(jù)工作面的地形及掘進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)能力對(duì)通風(fēng)方案進(jìn)行優(yōu)化，并為其配置最佳通風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒等設(shè)備，保障綜采工作面瓦斯及煤塵濃度符合《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。