井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析與方案優(yōu)化

呂崇陽

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)天安公司葦町煤業(yè)，山西 晉城 048000）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，其主要由通風(fēng)裝置和井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)組成，其主要任務(wù)是向綜采工作面輸送新鮮空氣，稀釋有害氣體，降低粉塵濃度，為綜采工作面作業(yè)人員提供一個(gè)健康、舒適、安全的工作環(huán)境。井下通風(fēng)系統(tǒng)各裝置能夠穩(wěn)定運(yùn)行，其井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的連接合理并能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工況進(jìn)行合理優(yōu)化控制[1]。但是，實(shí)踐表明礦井建設(shè)初期所設(shè)計(jì)的通風(fēng)系統(tǒng)很難滿足其后期的生產(chǎn)要求。因此，隨著采煤設(shè)備及工藝不斷提升，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)工作面擴(kuò)產(chǎn)的基本保障。本文將對(duì)葦町煤業(yè)井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析并對(duì)其相應(yīng)的通風(fēng)方案進(jìn)行優(yōu)化。

1 工程概況

本文所研究的礦井為老礦井，其始建于1965年并于1966年正式投產(chǎn)使用，目前礦井的采掘總量可達(dá)80萬t/年。該礦井的地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，工作面受斷層起伏的影響導(dǎo)致煤層的厚度、傾角等參數(shù)變化較大；而且，該礦井的頂?shù)装宓膰鷰r狀態(tài)復(fù)雜，穩(wěn)定性較差。目前，礦井主要以斜井開采為主，對(duì)應(yīng)的井筒包括有膠帶斜井、主斜坡道、北輔斜井、北回風(fēng)斜井以及南回風(fēng)斜井。

目前，礦井所采用的通風(fēng)方式為中央進(jìn)風(fēng)兩翼對(duì)角抽出。對(duì)應(yīng)的進(jìn)風(fēng)巷道區(qū)域除了采空區(qū)外，中央巷道包括有北輔助斜井和主斜坡道。根據(jù)礦井巷道的布置情況，在其南風(fēng)井和北風(fēng)井分別布置兩臺(tái)對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，分別擔(dān)負(fù)著對(duì)礦井南段和北段兩個(gè)區(qū)域的回風(fēng)任務(wù)；除此之外，工作面在掘進(jìn)巷道為保證生產(chǎn)的安全性還配置有局部通風(fēng)機(jī)，對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)如表1所示。

表1 對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)的參數(shù)

2 井下通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定與評(píng)價(jià)

為掌握礦井當(dāng)前配置下通風(fēng)系統(tǒng)所存在的問題，本節(jié)著重對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定和評(píng)價(jià)。主要測(cè)定的參數(shù)包括有主扇風(fēng)量、主扇風(fēng)壓、主扇電動(dòng)機(jī)實(shí)際消耗功率、主扇效率等。測(cè)定所采用的儀器包括有熱氣式電風(fēng)速儀、輕便杯式風(fēng)速儀、干濕表、傾斜壓差計(jì)等[2]。上述設(shè)備均通過校準(zhǔn)并在計(jì)量有效期內(nèi)。測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表2 井下通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定結(jié)果

對(duì)井下各巷道的過風(fēng)量進(jìn)行測(cè)定可得：斷面面積最大的巷道為主斜坡道與+820 m中段聯(lián)絡(luò)平巷，為19.5 m2；風(fēng)速最大的巷道為+700 m中段北回風(fēng)斜井總回風(fēng)到，對(duì)應(yīng)的風(fēng)速為3.175 m/s；通風(fēng)量最大的巷道為+750 m中段南回風(fēng)斜井總回風(fēng)道，對(duì)應(yīng)的風(fēng)量為57.57 m3/s。

結(jié)合對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定結(jié)果，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查結(jié)果分析，對(duì)葦町煤業(yè)井通風(fēng)系統(tǒng)所面臨的問題總結(jié)如下：井下的進(jìn)風(fēng)有接近一半均被污染；目前，礦井所屬的8個(gè)采區(qū)中，僅有一個(gè)的通風(fēng)量滿足《煤炭安全規(guī)程》的規(guī)范要求；其余采區(qū)由于通風(fēng)不通暢，導(dǎo)致氣流在工作面出現(xiàn)反向流動(dòng)的狀態(tài)，無法滿足實(shí)際生產(chǎn)的通風(fēng)要求；當(dāng)前通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)工作面的通風(fēng)效率偏低，網(wǎng)絡(luò)中存在較大的漏風(fēng)現(xiàn)象[3]。

為保證井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)滿足工作面的實(shí)際通風(fēng)要求，需對(duì)當(dāng)前通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。本節(jié)將根據(jù)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定結(jié)果初步提出以下整改建議：

1）加強(qiáng)對(duì)掘進(jìn)工作面的通風(fēng)力度，重新核算工作面的需風(fēng)量為掘進(jìn)工作面串聯(lián)相應(yīng)臺(tái)數(shù)的局部通風(fēng)機(jī)，保證新鮮空氣能夠送至工作面，解決進(jìn)風(fēng)被污染的問題。

2）對(duì)井下已經(jīng)結(jié)束施工的溜井進(jìn)行封閉處理；對(duì)+860 m和+820 m中段進(jìn)入南風(fēng)井的通道進(jìn)行密閉處理；對(duì)+820 m中段進(jìn)入斜坡道的通道進(jìn)行密閉處理。

3）對(duì)工作面進(jìn)行重新規(guī)劃布置，保證處于上游工作面的作業(yè)進(jìn)度快于處于下游工作面的作業(yè)進(jìn)度，從一定程度上降低污風(fēng)的串聯(lián)問題。

4）強(qiáng)化對(duì)工作面通風(fēng)構(gòu)筑物的管理，確保能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需風(fēng)量對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的合理優(yōu)化分配。

3 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)方案的優(yōu)化

3.1 礦井通風(fēng)量的核算

鑒于該礦井已經(jīng)投產(chǎn)將近50年的時(shí)間，工作面巷道的布置情況錯(cuò)綜復(fù)雜，而且工作面中有些巷道已經(jīng)處于坍塌狀態(tài)無法實(shí)地對(duì)其風(fēng)量進(jìn)行測(cè)算。綜合分析效率和準(zhǔn)確性，本文采用計(jì)算機(jī)對(duì)井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解算，并主要對(duì)通風(fēng)量進(jìn)行核算[4]。結(jié)合井下工作面的實(shí)際情況，該礦井通風(fēng)量待核算的工作面包括有回采工作面、備采工作面、采切工作面、放礦工作面、開拓掘進(jìn)工作面和其他獨(dú)立硐室工作面。

各個(gè)工作面的需風(fēng)量分別按照排炮煙的要求和排塵的要求進(jìn)行核算，并取其最大值為該工作面的需風(fēng)量結(jié)果。經(jīng)計(jì)算所得各個(gè)工作面的需風(fēng)量如表3所示。

結(jié)合上述各個(gè)工作面的需風(fēng)量解算結(jié)果，按照1.35的余量系數(shù)計(jì)算得出礦井總的需風(fēng)量為150 m3/s。

3.2 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的方案優(yōu)化

結(jié)合“2”中提出的礦井網(wǎng)絡(luò)初步整改意見和“3.1”中礦井各個(gè)工作面需風(fēng)量和總需風(fēng)量的重新計(jì)算結(jié)果，提出如下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方案：

1）方案一：保持礦井中央進(jìn)風(fēng)兩翼對(duì)角抽出式的通風(fēng)方式，將原主斜坡道的廢矸石運(yùn)輸任務(wù)改為通過膠帶斜井運(yùn)輸。該方案能夠在較小改造成本下解決礦井當(dāng)前的通風(fēng)問題，但是無法從根本上解決生產(chǎn)后期的漏風(fēng)、短路等問題[5]。

表3 井下工作面需風(fēng)量統(tǒng)計(jì) m3/s

2）方案二：為工作面增加一個(gè)斜井作為進(jìn)風(fēng)巷道，在進(jìn)風(fēng)斜井與各中段的水平聯(lián)絡(luò)巷道設(shè)置一級(jí)機(jī)站。該方案能夠有效解決當(dāng)前工作面進(jìn)風(fēng)被污染以及巷道深部風(fēng)流無法控制和工作面各巷道風(fēng)量分配不合理的問題。但是，該方案一次性改造所投入的成本過大且周期較長。

3）方案三：保持北風(fēng)井通風(fēng)機(jī)主扇的安裝方式，將南風(fēng)井對(duì)應(yīng)的通風(fēng)井移至當(dāng)前位置下游750 m的中段位置。該方案能夠解決南風(fēng)井漏風(fēng)嚴(yán)重的問題，使巷道內(nèi)通風(fēng)阻力降低。但是，該方案導(dǎo)致南回風(fēng)井的低壓增大，容易導(dǎo)致巷道出現(xiàn)變形，從而使得為其配置通風(fēng)機(jī)的主扇不能正常工作。

綜合上述分析，最終選擇方案二對(duì)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行優(yōu)化。

4 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)為綜采工作面的“肺”，其不僅能夠降低工作面的瓦斯等有害氣體的濃度，還能降低綜采工作面的粉塵濃度，是為作業(yè)人員提供健康、安全、舒適工作環(huán)境的保障。為此，需結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求對(duì)通風(fēng)設(shè)備和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化改造，保證其供風(fēng)量、負(fù)壓等可滿足工作面的生產(chǎn)需求。