龐龐塔煤礦生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性分析

李恒江

（霍州煤電集團(tuán)呂臨能化公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

0 引言

煤礦生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)災(zāi)害的有五大災(zāi)害，包括水災(zāi)、火災(zāi)、瓦斯、煤塵以及頂板災(zāi)害，這些災(zāi)害直接影響到煤礦工人的身體健康和生命安全[1-2]。在各大煤礦系統(tǒng)中，通風(fēng)系統(tǒng)是最重要子系統(tǒng)之一[3]。據(jù)相關(guān)資料顯示，目前仍然存在著大量因?yàn)榈V井通風(fēng)系統(tǒng)的不合理而導(dǎo)致井下瓦斯爆炸事故的發(fā)生，直接影響礦井的安全高效生產(chǎn)[4-5]，可見(jiàn)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的重要性。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的不合理主要包括設(shè)計(jì)不合理、監(jiān)控檢測(cè)不及時(shí)以及通風(fēng)設(shè)備的老化不健全等[6-9]。

目前，國(guó)家大力扶持生產(chǎn)礦井大型化、集約化，便于煤礦安全高效開(kāi)采，為響應(yīng)國(guó)家政策號(hào)召，原龐龐塔煤礦與呂臨能化千萬(wàn)噸礦井重組合并成為龐龐塔煤礦千萬(wàn)噸特大型礦井，以實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量1 000萬(wàn)t。原龐龐塔煤礦與呂臨能化千萬(wàn)噸礦井屬于2個(gè)獨(dú)立的生產(chǎn)礦井，相距約7.5 km，2個(gè)系統(tǒng)通過(guò)750大巷實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整合。本文以龐龐塔煤礦千萬(wàn)噸礦井為工程背景，通過(guò)分析煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的作用及意義，介紹龐龐塔煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，進(jìn)行了千萬(wàn)噸礦井生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性分析，計(jì)算了龐龐塔煤礦雙H型通風(fēng)系統(tǒng)等效風(fēng)阻，為解決通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考，具有重要的指導(dǎo)意義。

1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的作用及意義

煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行對(duì)礦井的安全生產(chǎn)具有重要的作用，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的主要作用及意義總結(jié)如下：

1）提供新鮮風(fēng)流于各種采掘工作面以及巷硐用風(fēng)地點(diǎn)（提供O2等）。

2）提供新鮮風(fēng)流稀釋礦井內(nèi)存在的有毒有害氣體，保證井下各氣體濃度（CO、CH4等）滿足煤礦安全規(guī)程。

3）調(diào)整井下巷道溫度，確保井下溫度適宜工人的正常工作以及機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4）系統(tǒng)化控制煤礦通風(fēng)系統(tǒng)，提高礦井抗災(zāi)能力，減少礦井災(zāi)害事故的發(fā)生。

近年來(lái)，政府和企業(yè)越來(lái)越重視安全工作，針對(duì)煤礦瓦斯事故，政府企業(yè)制定完善了更加系統(tǒng)規(guī)范的煤礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)礦井空氣、溫度等提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。

2 龐龐塔煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

龐龐塔煤礦位于呂梁臨縣，主采5號(hào)和9號(hào)煤層，其中，5號(hào)煤層位于山西組，賦存條件較好，煤層平均厚度約6.2 m，屬厚煤層，9號(hào)煤層距5號(hào)煤層40.90～56.15 m，位于太原組中下部，煤層厚度不一，平均厚度為9.56 m，屬特厚煤層。

2018年，750大巷將原龐龐塔煤礦（簡(jiǎn)稱南區(qū)）與呂臨能化千萬(wàn)噸礦井（簡(jiǎn)稱北區(qū)）屬于2個(gè)生產(chǎn)礦井貫通，礦井采用抽出式通風(fēng)，為中央分列式。

1）原龐龐塔煤礦通風(fēng)系統(tǒng)：3個(gè)進(jìn)風(fēng)井、1個(gè)回風(fēng)井，3個(gè)進(jìn)風(fēng)井包括主斜井、副斜井、行人斜井，回風(fēng)井為吉家莊回風(fēng)井，主要通風(fēng)機(jī)“1用1備”，型號(hào)FBCDZ-10-N034B，電機(jī)功率、電壓等級(jí)、電流、轉(zhuǎn)速分別為2×710 kW、6 000 V、88.6 A、580 r/min，風(fēng)壓和排風(fēng)量分別為1 470～3 680 Pa、8 600～18 010 m3/min。

2）呂臨能化千萬(wàn)噸礦井通風(fēng)系統(tǒng)：3個(gè)進(jìn)風(fēng)井、1個(gè)回風(fēng)井，3個(gè)進(jìn)風(fēng)井包括主斜井、1號(hào)副斜井、2號(hào)副斜井，回風(fēng)井為程家塔回風(fēng)井，主要通風(fēng)機(jī)“1用1備”，型號(hào)FBCDZ10-No36，電機(jī)功率、電壓等級(jí)、電流、轉(zhuǎn)速分別為2×710 kW、6 000 V、56.6 A、580 r/min，風(fēng)壓和排風(fēng)量分別為1 294～4 123 Pa、11 820～20 700 m3/min。

3 龐龐塔煤礦生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性分析

3.1 生產(chǎn)計(jì)劃

龐龐塔煤礦工作面采掘規(guī)劃：①5-108工作面（北區(qū)一采區(qū)）北區(qū)開(kāi)采；②5-401工作面（主區(qū)四采區(qū)）5-202工作面（主區(qū)二采區(qū)）九采區(qū)5號(hào)煤層（南區(qū)）；③9-301工作面（南區(qū)三采區(qū)）9-101工作面（南區(qū)一采區(qū)）五采區(qū)9號(hào)煤層（南區(qū)）九采區(qū)9號(hào)煤層（南區(qū)）。預(yù)計(jì)2024年，南區(qū)五采區(qū)和九采區(qū)同時(shí)生產(chǎn)準(zhǔn)備，此外，各采區(qū)生產(chǎn)，均保證1個(gè)采煤面、2個(gè)備采面、2個(gè)掘進(jìn)面。

3.2 生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性分析

由3.1節(jié)生產(chǎn)計(jì)劃可知，南區(qū)五采區(qū)和九采區(qū)將面臨同時(shí)生產(chǎn)準(zhǔn)備，此時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)面臨一定的挑戰(zhàn)，按照通風(fēng)系統(tǒng)能力，預(yù)計(jì)形成采區(qū)聯(lián)合年生產(chǎn)5 Mt規(guī)?；蚓挪蓞^(qū)年生產(chǎn)3 Mt規(guī)模，因此需要對(duì)通風(fēng)能力進(jìn)行可行性分析。

1）采區(qū)聯(lián)合年生產(chǎn)5 Mt規(guī)模需2個(gè)生產(chǎn)面、2個(gè)備采面、6個(gè)掘進(jìn)面，加上其它用風(fēng)地點(diǎn)，生產(chǎn)面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)1 500 m3/min，備采面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)750 m3/min，掘進(jìn)面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)540 m3/min，加上其它用風(fēng)地點(diǎn)約5 950 m3/min，共計(jì)最小需風(fēng)量13 690 m3/min。設(shè)計(jì)3種采區(qū)聯(lián)合年生產(chǎn)5 Mt規(guī)模時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)方案，具體如下：①采用吉家莊回風(fēng)井現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)時(shí)，九采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)與主系統(tǒng)形成2進(jìn)1回（即750輔運(yùn)巷和皮帶巷進(jìn)風(fēng)、750回風(fēng)巷回風(fēng)），核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，得到礦井總風(fēng)量為13 385 m3/min，屬欠風(fēng)狀態(tài)，因此僅采用吉家莊回風(fēng)井現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)不能滿足年生產(chǎn)5 Mt規(guī)模通風(fēng)要求；②采用吉家莊回風(fēng)井回風(fēng)，并更換現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)時(shí)，同樣，九采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)與主系統(tǒng)形成2進(jìn)1回，核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，礦井需風(fēng)量16 800 m3/min，但其形成工作阻力高達(dá)4 528 Pa，風(fēng)機(jī)可靠性降低；③增設(shè)回風(fēng)大巷，九采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)與主系統(tǒng)形成2進(jìn)2回（回風(fēng)井包括吉家莊和程家塔回風(fēng)井）通風(fēng)系統(tǒng)，核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，礦井需風(fēng)量16 200 m3/min，形成最大工作阻力3 511 Pa，相比方案b，工作阻力較小，但增設(shè)回風(fēng)大巷成本較高。

2）九采區(qū)年生產(chǎn)3 Mt規(guī)模需1個(gè)生產(chǎn)面、1個(gè)備采面、4個(gè)掘進(jìn)面，加上其它用風(fēng)地點(diǎn)，生產(chǎn)面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)1 500 m3/min，備采面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)750 m3/min，掘進(jìn)面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)540 m3/min，加上其它用風(fēng)地點(diǎn)約5 950 m3/min，共計(jì)最小需風(fēng)量10 360 m3/min。采用吉家莊回風(fēng)井現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)時(shí)，核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，礦井需風(fēng)量12 300 m3/min，形成最大工作阻力3 571 Pa。

3）增設(shè)棗林回風(fēng)井，建立九采區(qū)獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)，核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，礦井需風(fēng)量7 200 m3/min，形成最大工作阻力1 353Pa，同時(shí)該回風(fēng)井可為主通風(fēng)系統(tǒng)提供2 000 m3/min進(jìn)風(fēng)。

4）增設(shè)棗林進(jìn)風(fēng)井，建立九采區(qū)9號(hào)煤層和十采區(qū)5號(hào)煤層聯(lián)合通風(fēng)系統(tǒng)，2個(gè)生產(chǎn)面、6個(gè)掘進(jìn)面，加上其它用風(fēng)地點(diǎn)，其中九采區(qū)9號(hào)煤層需風(fēng)量3 000 m3/min，核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，礦井需風(fēng)量16 200 m3/min，形成最大工作阻力2 885 Pa，通風(fēng)相對(duì)困難，但可滿足需求。

表1 龐龐塔煤礦生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性方案

4 通風(fēng)系統(tǒng)等效風(fēng)阻計(jì)算

龐龐塔煤礦南區(qū)投產(chǎn)后，形成雙H型通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，圖1給出了雙H型通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等效風(fēng)路圖，該通風(fēng)系統(tǒng)極易造成通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定，如圖所示，e1、e2、e3、e4、e5、e6分別等價(jià)于北區(qū)等效進(jìn)風(fēng)風(fēng)路、北區(qū)等效回風(fēng)風(fēng)路、主區(qū)等效進(jìn)風(fēng)風(fēng)路、主區(qū)回風(fēng)回風(fēng)風(fēng)路、南區(qū)等效進(jìn)風(fēng)風(fēng)路、南區(qū)等效回風(fēng)風(fēng)路，e7和e8分別為750大巷和750大巷南延巷。

圖1 雙H型通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)等效風(fēng)路圖

計(jì)算得到e1風(fēng)路等效阻力169.167 Pa、等效風(fēng)量183.48 m3/s、等效風(fēng)阻0.005 02 N·s2/m8；e2風(fēng)路等效阻力356.832 Pa、等效風(fēng)量130.18 m3/s、等效風(fēng)阻0.021 05 N·s2/m8；e3風(fēng)路等效阻力968.494 Pa、等效風(fēng)量104.19 m3/s、等效風(fēng)阻0.089 21 N·s2/m8；e4風(fēng)路等效阻力1 589.72 Pa、等效風(fēng)量190.51 m3/s、等效風(fēng)阻0.043 80 N·s2/m8；e5風(fēng)路等效阻力907.316 Pa、等效風(fēng)量153.02 m3/s、等效風(fēng)阻0.038 74 N·s2/m8；e6風(fēng)路等效阻力449.28 Pa、等效風(fēng)量120.00 m3/s、等效風(fēng)阻0.031 20 N·s2/m8；e7風(fēng)路等效阻力796.807 Pa、等效風(fēng)量53.30 m3/s、等效風(fēng)阻0.280 47 N·s2/m8；e8風(fēng)路等效阻力58.657 1 Pa、等效風(fēng)量33.02 m3/s、等效風(fēng)阻0.053 79 N·s2/m8。

礦井最大風(fēng)阻路線包括e1e2、e5e4、e5e6，其中，e1、e2路線風(fēng)阻約525 Pa，e5、e4路線風(fēng)阻約2 549 Pa，e5、e6路線風(fēng)阻約1 355 Pa，其中e5、e4路線等效風(fēng)阻最大，表明該路線通風(fēng)性對(duì)困難，當(dāng)九、十采區(qū)聯(lián)合生產(chǎn)可在南區(qū)進(jìn)風(fēng)段風(fēng)路（e5）安裝通風(fēng)調(diào)節(jié)設(shè)施，減小南區(qū)風(fēng)量向北區(qū)供給，優(yōu)先保障九、十采區(qū)的風(fēng)量供給。

5 結(jié)論

本文以原龐龐塔煤礦與呂臨能化千萬(wàn)噸礦井重組后的通風(fēng)系統(tǒng)整合為背景，分析了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的作用及意義，介紹了龐龐塔煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀和生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃，設(shè)計(jì)分析了礦井生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性，指出當(dāng)九、十采區(qū)聯(lián)合生產(chǎn)應(yīng)優(yōu)先保障九、十采區(qū)的風(fēng)量供給，為龐龐塔煤礦通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供基礎(chǔ)。