顧橋煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及改造方案

竇怡飛 徐旭昭 高明松

（煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230041）

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)概況

礦井采取分區(qū)式通風(fēng)，全井田劃分為中央?yún)^(qū)、南區(qū)和東區(qū)共3個(gè)通風(fēng)分區(qū)，目前中央?yún)^(qū)和南區(qū)在生產(chǎn)，東區(qū)正在開拓。

中央?yún)^(qū)工業(yè)場地內(nèi)設(shè)有主井、副井、深部進(jìn)風(fēng)井和中央回風(fēng)井4個(gè)井筒；南區(qū)場地內(nèi)設(shè)有南區(qū)進(jìn)風(fēng)井和南區(qū)回風(fēng)井；東區(qū)場地設(shè)有東進(jìn)風(fēng)井和東回風(fēng)井。

中央回風(fēng)井主要承擔(dān)北一采區(qū)、北二采區(qū)和南一采區(qū)回風(fēng)任務(wù)；東回風(fēng)井主要承擔(dān)東一（1）、東一（2）、東一（3）、東一（5）采區(qū)回風(fēng)任務(wù)；南區(qū)回風(fēng)井主要承擔(dān)南二、南三和東二采區(qū)回風(fēng)任務(wù)。

中央?yún)^(qū)維持2個(gè)工作面回采，目前北一下采區(qū)和北二采區(qū)均有1個(gè)綜采工作面，未來幾年中央?yún)^(qū)將重點(diǎn)開采北二采區(qū)，根據(jù)礦井生產(chǎn)接替計(jì)劃，未來北二采區(qū)將出現(xiàn)2個(gè)綜采工作面同采的情況。目前，北二采區(qū)風(fēng)量8400m3/min左右，無法滿足二個(gè)回采工作面同時(shí)生產(chǎn)的用風(fēng)需要，且北二采區(qū)通風(fēng)距離較長，因此無法通過在其他采區(qū)采取增阻調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)風(fēng)量增加。

2 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀模擬

2.1 模擬解算參數(shù)選取

根據(jù)礦方提供的資料，模擬時(shí)的井巷阻力系數(shù)選取主要參考本礦井的通風(fēng)阻力測定資料。為準(zhǔn)確了解部分巷道的阻力分布情況，采取現(xiàn)場實(shí)測方式對井下部分巷道進(jìn)行了阻力測定，作為解算的基礎(chǔ)參數(shù)。

掘進(jìn)工作面及主要機(jī)電硐室用風(fēng)作為固定風(fēng)量參與解算，現(xiàn)狀模擬時(shí)各采區(qū)總風(fēng)量保證與現(xiàn)狀基本一致，以保證模擬結(jié)果盡量與礦井實(shí)際通風(fēng)情況吻合[1]。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀模擬結(jié)果

現(xiàn)狀模擬時(shí)以目前通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際風(fēng)量為標(biāo)準(zhǔn)，由于南區(qū)與中央?yún)^(qū)僅有一條進(jìn)風(fēng)巷聯(lián)系，且本次通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造不設(shè)計(jì)涉及到南區(qū)，為簡化模擬工作，本次模擬南區(qū)不參與模擬。

參照通風(fēng)阻力測定結(jié)果進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模擬解算，經(jīng)過多次網(wǎng)絡(luò)解算和調(diào)整，使得模擬結(jié)果與礦井通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際情況基本吻合。

模擬結(jié)果，礦井中央?yún)^(qū)總進(jìn)風(fēng)量29640m3/min，中央風(fēng)井總回風(fēng)量21840m3/min、通風(fēng)阻力3097Pa，東風(fēng)井總回風(fēng)量6600m3/min、通風(fēng)阻力1529Pa；其中中央?yún)^(qū)通過-780m南翼主膠帶機(jī)巷向南區(qū)進(jìn)風(fēng)1200m3/min。

2.3 模擬結(jié)果分析

根據(jù)模擬解算結(jié)果，最大阻力路線為北二采區(qū)，其進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段及回風(fēng)段的阻力分布見表1，各段阻力分布柱狀圖見圖1。

表1 北二采區(qū)現(xiàn)狀模擬結(jié)果

圖1 各段阻力分布柱狀圖

從模擬結(jié)果的通風(fēng)阻力分布看，北二采區(qū)路線的總進(jìn)風(fēng)段、采區(qū)進(jìn)風(fēng)段和采區(qū)用風(fēng)段的占總阻力的比重都比較小，百米阻力也小于全礦井的百米阻力[2]。

而總回風(fēng)段、采區(qū)回風(fēng)段占總阻力的比重達(dá)到了65.8%，要達(dá)到降低礦井通風(fēng)阻力的目的，總回風(fēng)段和采區(qū)回風(fēng)段是改造的重點(diǎn)。

特別是采區(qū)回風(fēng)段，雖然不是百米阻力最大的區(qū)段，但因?yàn)槠渚嚯x較長，其占總阻力的比重達(dá)到了42.4%，是通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的重中之重。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案及其模擬分析

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案

降低總回風(fēng)段的阻力，較可行的方案是降低總風(fēng)量；采區(qū)回風(fēng)段阻力大主要是由于巷道變形嚴(yán)重，通風(fēng)斷面不足造成，可采取擴(kuò)刷巷道及增加并聯(lián)回風(fēng)巷道的方式來增加通風(fēng)斷面，降低通風(fēng)阻力。

3.1.1 將北一11-2下山采區(qū)調(diào)整由東風(fēng)井回風(fēng)

北一11-2下山采區(qū)與東風(fēng)井系統(tǒng)現(xiàn)已貫通，將北一11-2下山采區(qū)回風(fēng)改由東風(fēng)井承擔(dān)，可降低中央風(fēng)井承擔(dān)的風(fēng)量，達(dá)到降低總回風(fēng)段通風(fēng)阻力的目的。

實(shí)施方案：將北一11-2下煤層回風(fēng)下山（一）和北一11-2下煤層回風(fēng)下山（二）在-880m輔助水平以上用密閉墻進(jìn)行隔斷；調(diào)整采區(qū)下部的通風(fēng)設(shè)施，通過北一下山瓦斯治理排矸通道將北一11-2下山采區(qū)的回風(fēng)引入東翼采區(qū)11-2軌道上山，再由東風(fēng)井排至地面。

3.1.2 增加北二采區(qū)回風(fēng)斷面

3.1 .2.1 在北二采區(qū)與北二采區(qū)三條煤層回風(fēng)大巷間，增加一條北二13-1底板回風(fēng)大巷并聯(lián)的回風(fēng)巷 巖巷，長度600m，斷面18m2）。

3.1.2.2 擴(kuò)刷北二采區(qū)現(xiàn)有回風(fēng)巷：將北二回風(fēng)一聯(lián)巷段擴(kuò)刷至20m2，長度415m；北二13-1煤層回風(fēng)大巷刷大至20m2，擴(kuò)刷總長度2800m；因北二11-2煤層回風(fēng)大巷由于有淋水等原因擴(kuò)刷難度較大，不進(jìn)行改造。

3.1.2.3 增加一條13-1底板巖石回風(fēng)大巷與目前北二的三條煤層回風(fēng)大巷并聯(lián)回風(fēng)，巷道凈斷面18m2，長度2250m。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)改造的效果

將北一11-2下山采區(qū)的回風(fēng)調(diào)整為由東風(fēng)井回風(fēng)，對二條北二采區(qū)13-1煤層回風(fēng)大巷的斷面刷大，增加一條北二13-1底板回風(fēng)大巷的并聯(lián)回風(fēng)巷及一條與三條北二煤層回風(fēng)大巷并聯(lián)的13-1底板巖石回風(fēng)大巷，改造后經(jīng)過通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬解算，北二采區(qū)供風(fēng)量增加到12000m3/min（此時(shí)中央風(fēng)井總風(fēng)量20880m3/min），中央風(fēng)井系統(tǒng)通風(fēng)阻力3118Pa；綜合分析，通風(fēng)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)能夠滿足要求[3]。

根據(jù)模擬解算結(jié)果，最大阻力路線為北二采區(qū)工作面，其進(jìn)風(fēng)段、用分段及回風(fēng)段的阻力分布見表2。各段阻力分布柱狀圖見圖2。

表2 改造后北二采區(qū)阻力分布模擬結(jié)果

圖2 各段阻力分布柱狀圖

從改造后模擬結(jié)果的通風(fēng)阻力分布看，各區(qū)段阻力所占比重較為均衡，分布較為合理。北二采區(qū)最大阻力路線的采區(qū)回風(fēng)段占總阻力的比重大大降低（由42.4 %降至22.1 %），由此可知，對采區(qū)回風(fēng)巷進(jìn)行改造后取得了較好的效果。根據(jù)模擬結(jié)果綜合分析可知，保證采區(qū)回風(fēng)段的總回風(fēng)巷道斷面是關(guān)鍵所在 模擬解算時(shí)北二采區(qū)三條煤層回風(fēng)大巷及新增巖石回風(fēng)大巷平均總斷面為56m2）。

北一13-1下山采區(qū)軌道斜石門在-780m排矸通道上段（斷面15.5 m2，長度120m）存在局部風(fēng)速超限達(dá)到9.1 m/s），因?yàn)樵撓锏莱袚?dān)了北二采區(qū)大部分的風(fēng)量及部分北一13-1下山采區(qū)風(fēng)量，北二采區(qū)風(fēng)量增加后造成該段風(fēng)速過大。

3.3 風(fēng)機(jī)葉片調(diào)整的潛力分析

中央風(fēng)井安裝2臺ANN-3800/2000B型軸流式風(fēng)機(jī)，配備4000kW電動機(jī)；目前運(yùn)行風(fēng)機(jī)葉片角度46°（該型號風(fēng)機(jī)最大葉片角度為55°），風(fēng)量21898m3/min，負(fù)壓3060Pa。

因無完整的實(shí)測風(fēng)機(jī)性能曲線，本次采用風(fēng)機(jī)出廠特性曲線，對風(fēng)機(jī)目前實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)及改造后模擬工況點(diǎn)進(jìn)行比較。從工況點(diǎn)可以看出，目前的葉片安裝角度也已經(jīng)接近極限，且根據(jù)礦方實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)風(fēng)機(jī)負(fù)壓超過3300Pa后，風(fēng)機(jī)運(yùn)行已出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。所以，通過調(diào)整葉片安裝角度增加風(fēng)量的潛力不大。

通過風(fēng)機(jī)特性曲線可以看出，風(fēng)機(jī)能夠滿足改造后的用風(fēng)需求，與目前工況點(diǎn)相比，變化不大，風(fēng)機(jī)角度微調(diào)即可。

3.4 提高通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的措施

由于中央風(fēng)井和東風(fēng)井風(fēng)機(jī)的運(yùn)行負(fù)壓差距較大（1500Pa左右），實(shí)際生產(chǎn)中要加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)施管理，保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。主要措施包括：

（1）對在北一11-2采區(qū)的兩條回風(fēng)下山的上、下端均進(jìn)行密閉，并確保密閉質(zhì)量。

（2）設(shè)置風(fēng)門連鎖，加強(qiáng)東風(fēng)井系統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)施管理。

（3）加強(qiáng)對通風(fēng)設(shè)備、設(shè)施及通風(fēng)參數(shù)的監(jiān)控。

4 結(jié)論

根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及改造后的模擬結(jié)果分析可知，通過本次方案有效解決了北二采區(qū)二個(gè)回采工作面同采時(shí)的供風(fēng)能力不足問題。礦方應(yīng)合理安排采掘接替，盡量避免采掘工作面過于集中，造成風(fēng)井系統(tǒng)的不均衡。