多區(qū)域均衡通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李洋冰

（潞安集團(tuán)寺家莊公司，山西 晉中 045300）

引言

礦井通風(fēng)作為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，其通風(fēng)效率和性能直接決定綜采工作面生產(chǎn)的安全性。隨著礦井的延伸和工作面布局的變化，其對(duì)應(yīng)的通風(fēng)條件與其設(shè)計(jì)初期發(fā)生較大的變化，導(dǎo)致礦井通風(fēng)設(shè)施、能力無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，主要表現(xiàn)為礦井通風(fēng)機(jī)效率低下、能耗嚴(yán)重等問題，從而嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)的安全性和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全性[1]。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中需根據(jù)通風(fēng)條件的變化對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證通風(fēng)系統(tǒng)的效率和通風(fēng)能力，進(jìn)而保證工作面高效、安全的生產(chǎn)。具體闡述如下：

1 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

潞安集團(tuán)寺家莊礦目前所采用的通風(fēng)方式為中央邊界式通風(fēng)，具體通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式通風(fēng)。當(dāng)前的進(jìn)風(fēng)井包括有新副井和老副井兩個(gè)，回風(fēng)井分別設(shè)置于煤礦南部上組煤和下組煤兩個(gè)開采邊界。進(jìn)風(fēng)井和和回風(fēng)井的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井相關(guān)參數(shù)

礦井上組煤風(fēng)井和下組煤風(fēng)井所配置通風(fēng)機(jī)的型號(hào)為2K56-2No18。其中，上組煤風(fēng)井通風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)葉片角度為35°，下組煤風(fēng)井通風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)葉片角度為40°；兩通風(fēng)機(jī)配置電機(jī)的額定功率為410 kW。目前，整個(gè)煤礦共包括有四個(gè)綜采工作面（上組煤一個(gè)，下組煤三個(gè)），一個(gè)備用工作面（位于下組煤）[2]。

經(jīng)實(shí)踐表明，當(dāng)上組煤開采至-400 m水平時(shí)，上組煤通風(fēng)系統(tǒng)為通風(fēng)最困難時(shí)期；當(dāng)下組煤開采至-480 m水平時(shí)，下組煤通風(fēng)系統(tǒng)為通風(fēng)最困難時(shí)期。通風(fēng)最困難時(shí)期對(duì)應(yīng)的通風(fēng)阻力大?？蓪⒌V井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀總結(jié)如下：

1）下組煤通風(fēng)系統(tǒng)目前已經(jīng)達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，無(wú)法適應(yīng)后續(xù)生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大的通風(fēng)需求。

2）當(dāng)通過更換通風(fēng)機(jī)對(duì)其通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，雖然通風(fēng)量得到提高，但對(duì)工作面的防火以及瓦斯管理等方面提升難度。

3）當(dāng)?shù)V井轉(zhuǎn)入下組煤生產(chǎn)時(shí)，上組煤施工地點(diǎn)減少其對(duì)應(yīng)通風(fēng)量存在富余。

因此，綜合對(duì)礦井通風(fēng)現(xiàn)狀的分析，可通過實(shí)現(xiàn)礦井上組煤與下組煤通風(fēng)系統(tǒng)的互通，并實(shí)現(xiàn)上組煤和下組煤通風(fēng)系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)解決通風(fēng)量無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求的問題[3]。

為保證后續(xù)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的效果，故需掌握礦井各部分及總的通風(fēng)量。經(jīng)核算，礦井上下組煤通風(fēng)量如表2所示：

表2 礦井各工作面通風(fēng)量統(tǒng)計(jì) m3/min

2 礦井多區(qū)域均衡通風(fēng)的優(yōu)化

基于對(duì)礦井當(dāng)前通風(fēng)現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，擬通過兩個(gè)步驟完成對(duì)其通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化，包括替換當(dāng)前礦井的主通風(fēng)機(jī)、對(duì)下組煤通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 替換主通風(fēng)機(jī)

針對(duì)礦井上組煤通風(fēng)能力已經(jīng)達(dá)到飽和，而且下組煤已有局部位置存在風(fēng)量不足的問題。而且，在實(shí)際生產(chǎn)過程中已經(jīng)對(duì)通風(fēng)機(jī)的葉片角度進(jìn)行調(diào)整以提升其通風(fēng)量。但是，當(dāng)2K56-2No18通風(fēng)機(jī)葉片角度調(diào)整至最大值50°，對(duì)應(yīng)的最大風(fēng)量?jī)H為6 000 m3/min，仍然無(wú)法滿足實(shí)際通風(fēng)需求；而且，葉片安裝角度調(diào)整至最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的負(fù)壓值可達(dá)3 210 Pa。

因此，將2K56-2No18主通風(fēng)機(jī)更換為型號(hào)為BDK-8-No24的通風(fēng)機(jī)。實(shí)踐表明，將該型通風(fēng)機(jī)的葉片安裝角度調(diào)整為43°時(shí)，其對(duì)應(yīng)的最大通風(fēng)量為10 776 m3/min，對(duì)應(yīng)的通風(fēng)阻力僅為1 800 Pa。

2.2 下組煤通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

鑒于下組煤通風(fēng)困難程度大于上組煤通風(fēng)系統(tǒng)。因此，在更換上組煤和下組煤通風(fēng)系統(tǒng)主通風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上還需對(duì)下組煤通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過兩個(gè)步驟完成：降低下組煤通風(fēng)系統(tǒng)的阻力；簡(jiǎn)化下組煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。

2.2.1 降低下組煤通風(fēng)阻力的方案

方案（1）：將當(dāng)前工作面通風(fēng)阻力相對(duì)集中的東翼回風(fēng)巷和東一回風(fēng)巷進(jìn)行擴(kuò)修。

方案（2）：在并行于回風(fēng)上山的方向新增一條回風(fēng)巷。

方案（3）：對(duì)81000人行上段進(jìn)行擴(kuò)建。

方案（4）：對(duì)西五回風(fēng)巷道進(jìn)行擴(kuò)建。此外，將工作面已經(jīng)報(bào)廢的通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行拆除[4]。

為最終確定降低下組煤通風(fēng)阻力的方案，通過數(shù)值模擬手段對(duì)上述四種方案下的風(fēng)量和壓力進(jìn)行分析，如表3所示。

表3 下組煤降阻優(yōu)化方案對(duì)應(yīng)風(fēng)量及風(fēng)壓

分析表3中所得模數(shù)值模擬數(shù)據(jù)可知，方案（4）對(duì)應(yīng)的通風(fēng)風(fēng)量最大，且對(duì)應(yīng)的通風(fēng)壓力最小。因此，采用方案（4）下組煤通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化旨在降低其通風(fēng)阻力。

2.2.2 簡(jiǎn)化下組煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的方案

方案（1）：在更換主通風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)工作面的東一回風(fēng)巷、東翼回風(fēng)巷、回風(fēng)下山通道以及西五回風(fēng)巷道進(jìn)行擴(kuò)修，與此同時(shí)，將工作面的西二采區(qū)和西四采取的通風(fēng)系統(tǒng)去除；

方案（2）：在更換主通風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)工作面的東一回風(fēng)巷、東翼回風(fēng)巷、回風(fēng)下山通道以及西五回風(fēng)巷道進(jìn)行擴(kuò)修，與此同時(shí)，將工作面的西一、西二、西三、西四采取的通風(fēng)系統(tǒng)去除[5]。

為最終確定簡(jiǎn)化下組煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的方案，通過數(shù)值模擬手段對(duì)上述兩種方案下的風(fēng)量和壓力進(jìn)行分析，如表4所示。

表4 下組煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案對(duì)應(yīng)風(fēng)量及風(fēng)壓

分析表4數(shù)據(jù)可知，對(duì)礦井采取可實(shí)施的簡(jiǎn)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的方案后，工作面的通風(fēng)量減小，對(duì)應(yīng)的通風(fēng)壓力增大。說明，目前現(xiàn)場(chǎng)可采取的簡(jiǎn)化下組煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的方案并未能夠達(dá)到預(yù)期的效果。因此，綜上所述采取降低通風(fēng)阻力中的方案（4）對(duì)下組煤通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

3 結(jié)語(yǔ)

通風(fēng)系統(tǒng)作為綜采工作面安全、高效生產(chǎn)的關(guān)鍵系統(tǒng)，其主要凈化工作面的空氣，降低工作面的粉塵濃度。在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著工作面的不斷推進(jìn)普遍存在通風(fēng)效率和通風(fēng)能力無(wú)法滿足實(shí)際通風(fēng)量的需求。為此，需密切監(jiān)測(cè)綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)量、風(fēng)壓等參數(shù)，并及時(shí)采取相應(yīng)的優(yōu)化改造方案以保證通風(fēng)系統(tǒng)的效率和能力。