煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造方案對(duì)比及實(shí)施效果驗(yàn)證

尹 皓

（山西陽城陽泰集團(tuán)西溝煤業(yè)有限公司， 山西 陽城 048100）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦綜采工作面的“呼吸系統(tǒng)”，其主要功能為工作面作業(yè)人員提供新鮮空氣，降低瓦斯?jié)舛?，其性能?yōu)劣直接決定工作面的安全性和生產(chǎn)效率。在實(shí)際生產(chǎn)中往往由于工作面通風(fēng)系統(tǒng)布置不合理、控制性能不佳，影響礦井的正常生產(chǎn)能力。因此，需結(jié)合礦井生產(chǎn)布局的變化和自然環(huán)境的影響對(duì)工作面的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，使其通風(fēng)效率達(dá)到最大，為綜采工作面的安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[1]。本文對(duì)某礦的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，并對(duì)改造后的效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 某煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

1.1 工程概況

某煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為每年90萬t，經(jīng)對(duì)煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)兩次改造，目前生產(chǎn)能力每年可達(dá)210萬t。該煤礦工作面地層傾角平緩，且傾斜角度為5°；礦井的正常涌水量為230.1 m3/h，受周圍煤礦的影響，需加強(qiáng)該煤礦的探水和防水措施；礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量為2.19 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為1.3 m3/t，屬于低瓦斯礦井。工作面煤層頂板的主要成分為泥巖和砂質(zhì)泥巖，平均厚度為2 m；底板為細(xì)砂巖和石英砂巖，平均厚度為1 m。經(jīng)探測(cè)，該煤礦的儲(chǔ)量為7 815.28萬t，按照當(dāng)前的生產(chǎn)能力來算該煤礦仍可繼續(xù)服務(wù)26年。也就是說該煤礦有改造的必要。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，煤礦采用中央并列式通風(fēng)方式，其中主井和副斜井為進(jìn)風(fēng)井，西風(fēng)井為回風(fēng)井，即煤礦采用“兩進(jìn)一回”的通風(fēng)模式。礦井通風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)如表1所示，目前為礦井所配置通風(fēng)機(jī)屬于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)測(cè)量可得，礦井兩個(gè)進(jìn)風(fēng)井的總風(fēng)量為88 m3/s，礦井西風(fēng)井的回風(fēng)總量為90.73 m3/s，即礦井當(dāng)前處于負(fù)壓狀態(tài)，且負(fù)壓值大小為1 870 Pa。實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，目前該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)急需解決的問題可歸納為如下幾點(diǎn)：

1）隨著礦井的深入開采，通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行阻力將會(huì)增加；且目前通風(fēng)系統(tǒng)所采用的通風(fēng)設(shè)備相對(duì)較舊，其通風(fēng)效率低，導(dǎo)致工作面的供風(fēng)量無法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。因此，急需解決礦井總風(fēng)量不足的問題。

2）隨著通風(fēng)系統(tǒng)線路的增加，煤層的開采導(dǎo)致巷道斷面形狀變形，造成礦井風(fēng)網(wǎng)的通風(fēng)能力減弱。因此，需對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以降低回風(fēng)阻力[2]。

3）在當(dāng)前節(jié)能減排生產(chǎn)的大力號(hào)召下，應(yīng)實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能生產(chǎn)，提升其通風(fēng)效率。

表1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案的確定

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案的提出

結(jié)合當(dāng)前煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及未來該煤礦的發(fā)展前景，現(xiàn)針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的改造擬定如下四種方案：

1）基于當(dāng)前中央并列式通風(fēng)方式，將以往的G4-28D/400通風(fēng)機(jī)升級(jí)為FBCDZ29/630對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)。此外，為實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能生產(chǎn)，采用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的控制，確保通風(fēng)機(jī)根據(jù)礦井的需風(fēng)量控制通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

2）將中央并列式通風(fēng)方式改造為混合通風(fēng)方式，并在礦井西側(cè)增設(shè)一個(gè)回風(fēng)立井。

3）將當(dāng)前中央并列式通風(fēng)方式改造為兩翼對(duì)角式通風(fēng)方式，具體措施為將西回風(fēng)井更改為進(jìn)風(fēng)井，并在礦井東西兩側(cè)增設(shè)回風(fēng)井。

4）為解決工作面風(fēng)量不足且通風(fēng)阻力不斷增大的問題，為通風(fēng)系統(tǒng)增設(shè)輔助通風(fēng)機(jī)。根據(jù)煤礦兩側(cè)通風(fēng)系統(tǒng)的布置情況，在礦井東側(cè)和西側(cè)分別增加兩套四臺(tái)輔助通風(fēng)機(jī)，并保持中央并列通風(fēng)方式不變[3]。

2.2 礦井通風(fēng)改造方案的比對(duì)與選擇

分析該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的改造指標(biāo)，對(duì)基于不同改造方案的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)在困難時(shí)期下的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 不同改造方案下通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)

經(jīng)分析可知，方案四的總通風(fēng)量僅為98.5 m3/s，無法滿足生產(chǎn)能力為210萬t/a的風(fēng)量要求，故首先排除方案四的改造方案。從改造費(fèi)用方面比較，方案三的改造費(fèi)用遠(yuǎn)多于方案一和方案二，故再排除方案三的改造方案。改造后礦井的總風(fēng)壓和通風(fēng)機(jī)總功率比較，方案一中通風(fēng)機(jī)的效率最高。因此，在綜合對(duì)比的基礎(chǔ)上，最終選擇方案一的改造方案，即在原中央并列式通風(fēng)方式的基礎(chǔ)上為其配置最佳通風(fēng)機(jī)，且采用變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制。

3 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案驗(yàn)證

經(jīng)上述對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的改造方案進(jìn)行對(duì)比后，最終選擇在原中央并列式通風(fēng)方式的基礎(chǔ)上為其配置最佳通風(fēng)機(jī)，且采用變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制。改造后通風(fēng)機(jī)的具體型號(hào)為：FBCDZ29/630，屬于對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)，并采用“一用一備”的配置原則為工作面配置兩臺(tái)同型號(hào)的通風(fēng)機(jī)[4]。

此外，為實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能生產(chǎn)，基于PLC控制與變頻控制相結(jié)合的變頻調(diào)速控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的控制。經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用可知，采用變頻調(diào)速控制技術(shù)對(duì)對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)控制后，通風(fēng)系統(tǒng)的年平均能耗僅為0.327kWh/（mm3·Pa），遠(yuǎn)小于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的工業(yè)單耗指標(biāo)0.44kWh/（mm3·Pa）[5]。

除此之外，在實(shí)際應(yīng)用中方案一工作面總通風(fēng)量為140.56 m3/s，滿足年生產(chǎn)能力為210萬t的通風(fēng)量需求135 m3/s；通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓可達(dá)3 680 Pa，通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效率可達(dá)83%。

4 結(jié)論

1）改造后，通風(fēng)系統(tǒng)的年平均能耗僅為0.327 kWh/（mm3·Pa），遠(yuǎn)小于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的工業(yè)單耗指標(biāo)0.44 kWh/（mm3·Pa）。

2）改造后，通風(fēng)系統(tǒng)的總通風(fēng)量為140.56 m3/s，滿足年生產(chǎn)能力為210萬t的通風(fēng)量需求135 m3/s；通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓可達(dá)3 680 Pa，通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效率可達(dá)83%。