煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造

＊田東升

（山西華陽(yáng)集團(tuán)救護(hù)大隊(duì) 山西 045000）

引言

煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)（圖1）可以保證采礦過(guò)程中的相對(duì)安全?，F(xiàn)在煤礦開(kāi)采正在快速的發(fā)展，采煤的面積逐漸增加，會(huì)不斷的延伸相關(guān)的放空系統(tǒng)，阻力也會(huì)明顯的提高，系統(tǒng)也會(huì)隨之發(fā)生改變。所以，之前的通風(fēng)系統(tǒng)和一些礦山設(shè)備在很多方面不能發(fā)揮出良好的安全保護(hù)作用，因此要全面的測(cè)量和優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)，確保系統(tǒng)具有較強(qiáng)的通風(fēng)能力，這樣在一定程度上可以處理由于礦井膨脹而導(dǎo)致的嚴(yán)重通風(fēng)不足的情況。礦井生產(chǎn)和開(kāi)采的規(guī)模不斷增加，需要有效的確保煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性。

圖1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)

1.礦井基本情況

本文在具體研究過(guò)程中以山東某處礦山為例進(jìn)行研究。目前，山東部分公司的礦山是采用平行中央多級(jí)斜井法開(kāi)發(fā)的，采用的開(kāi)采方法是水平傾斜超厚層頂煤開(kāi)采技術(shù)。煤礦有5個(gè)豎井，2個(gè)回風(fēng)豎井和3個(gè)進(jìn)氣豎井。

2.煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造前存在的問(wèn)題

(1)巷道通風(fēng)問(wèn)題

①礦山建于20世紀(jì)，剛建時(shí)，道路上有許多拐角和小斷面，有些斷面僅為2.8m2，風(fēng)量為2600m3/min時(shí)，風(fēng)力達(dá)到約16m/s。②主軸、副軸和主進(jìn)氣道通過(guò)導(dǎo)軌連接，密封壁和氣門(mén)用作隔板，以增加進(jìn)氣道的主阻力。煤矸石的主軸與主干道通過(guò)連接軌道相連，但彎道多，最小通風(fēng)段為3-4m2，大大提高了通風(fēng)阻力。③在礦區(qū)開(kāi)挖主進(jìn)氣道時(shí)，通風(fēng)井的最大截面為3.14m2，與井道相交的截面較小，局部通風(fēng)阻力大。

(2)設(shè)施及設(shè)備存在問(wèn)題

①該礦場(chǎng)中使用的主要風(fēng)扇是兩組不同型號(hào)的風(fēng)扇。工作風(fēng)扇套件是BDK節(jié)能反向旋轉(zhuǎn)主風(fēng)扇。備用設(shè)備是一對(duì)過(guò)時(shí)的BDKNo20軸流風(fēng)扇，它們?cè)谶\(yùn)行期間會(huì)出現(xiàn)喘振情況，并且效率相對(duì)較低。②礦井通風(fēng)不良。目前，兩個(gè)通風(fēng)口的防爆門(mén)密封性比較差，漏氣嚴(yán)重。風(fēng)洞門(mén)采用單個(gè)起飛門(mén)。閘門(mén)與軌道之間的間隙較大，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的空氣泄漏，而吸風(fēng)隧道是混合石料結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致隧道壁中的空氣泄漏。地下氣閘均由木頭制成，并帶有大量氣閘，礦井的漏氣率非常高。而且，該礦的西部礦區(qū)只有一個(gè)進(jìn)氣道。每層的橫向閘門(mén)被配置為解決煤閘中氣體累積的問(wèn)題。碳門(mén)直接將空氣門(mén)從進(jìn)氣調(diào)節(jié)到回風(fēng)，從而產(chǎn)生大量的空氣。

(3)通風(fēng)系統(tǒng)存在問(wèn)題

①暗室的一部分連接到不符合獨(dú)立性要求的采礦前部的通風(fēng)系統(tǒng)。來(lái)自1209礦井工作面的回風(fēng)通過(guò)東翼南和北巷的回風(fēng)口，而驅(qū)動(dòng)工作面的相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足獨(dú)立性的使用要求。礦山兩邊的礦區(qū)所建立的變電站沒(méi)有獨(dú)立安裝通風(fēng)系統(tǒng)。②礦井巷道在進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)的位置都會(huì)有一些通風(fēng)問(wèn)題。1209巷道位于主軸連接通道1310的東側(cè)，1311是礦區(qū)以東的主要回風(fēng)通道，西側(cè)是主軸線的主要進(jìn)氣通道。

3.通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造策略

(1)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的巷道進(jìn)行擴(kuò)巷和補(bǔ)掘

在礦區(qū)的西部，原始礦區(qū)的兩個(gè)下游車道并行用作礦區(qū)的主要回風(fēng)車道。此外，還專門(mén)設(shè)計(jì)了一條回風(fēng)車道，可與兩條下坡路相連。在礦區(qū)的東部，已經(jīng)建造了一條特殊的回氣道，以連接到風(fēng)道吸氣隧道。這樣，可以消除返回氣道中的第一部分回風(fēng)和進(jìn)氣的第一部分通風(fēng)系統(tǒng)的問(wèn)題，并且可以消除阻力過(guò)大的通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題。礦區(qū)經(jīng)過(guò)專門(mén)設(shè)計(jì)，帶有新的回風(fēng)支架。由于煤礦的煤層是一個(gè)非常陡峭的煤層，為減少構(gòu)造，在礦區(qū)巷道回風(fēng)的橫門(mén)位置鉆了一個(gè)特殊的回風(fēng)孔。與采礦前沿的返回氣道進(jìn)行通訊。必須降低、升高和擴(kuò)大隧道通風(fēng)系統(tǒng)的狹窄部分，以使有效通風(fēng)部分不少于6m2。同時(shí)，進(jìn)一步加強(qiáng)了變電站深層水平通風(fēng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其具有獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。有必要重新開(kāi)挖一條1345m的道路，擴(kuò)建一條150m的道路，并為回風(fēng)建立6個(gè)特殊的垂直孔，總計(jì)282m。

(2)對(duì)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)

①用BDK節(jié)能反向旋轉(zhuǎn)主風(fēng)扇替換防雷備用風(fēng)扇，該風(fēng)扇的容量和型號(hào)與原始替換的風(fēng)扇相同。②糾正風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助裝置。原來(lái)的風(fēng)洞閘閥已卸下，并用專用的風(fēng)扇蝶閥代替；吸風(fēng)道經(jīng)過(guò)加固，在表面澆筑混凝土以密封漏氣。門(mén)框和防爆門(mén)用膠水和氈墊密封，這樣可以避免出現(xiàn)漏氣的情況。③不斷優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的各種使用設(shè)施。用具有液壓鎖定功能的無(wú)壓減震器代替主道路減震器，在礦區(qū)的木質(zhì)風(fēng)門(mén)上安裝上自動(dòng)關(guān)閉的系統(tǒng)，這樣可以全面提升礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)施的合理性和穩(wěn)定性。

(3)優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)

①驅(qū)動(dòng)獨(dú)立于礦井和礦區(qū)的回風(fēng)隧道，增加礦區(qū)平行車道上的進(jìn)氣量，消除多余的風(fēng)阻，降低通風(fēng)阻力，并增加礦井的通風(fēng)量。②特殊礦區(qū)新開(kāi)挖的回風(fēng)巷是礦區(qū)的主要回風(fēng)巷，原下坡回風(fēng)巷和豎井石風(fēng)門(mén)成為提取區(qū)域的主要進(jìn)氣道。拆除1260西礦區(qū)加油站的氣門(mén)，西部第一礦區(qū)的分層石門(mén)中的氣門(mén)和擋風(fēng)墻。③新挖掘的專用回風(fēng)軌道1260是東部主回風(fēng)軌道。原來(lái)的1310進(jìn)氣道和礦區(qū)下降通道以及原來(lái)的1155進(jìn)氣口石門(mén)成為主要的進(jìn)氣道。在專用的回風(fēng)上交點(diǎn)西側(cè)的1155和1260內(nèi)，在專用的1209回風(fēng)胡同的外部設(shè)置氣閘。從1313工作面開(kāi)始開(kāi)采礦區(qū)以東的大堤道，拆除礦區(qū)以東的石門(mén)與石門(mén)之間的連接，并在1352工作面拆除石門(mén)的氣門(mén)。在1310和1352工作面上添加擋風(fēng)墻，并在1228和1260上移除2個(gè)封閉的面板。

4.優(yōu)化改造后的通風(fēng)效果

通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)，通風(fēng)效果得到了顯著改善。礦井風(fēng)量增加了1400m3/min，增長(zhǎng)了41.7%；通風(fēng)阻力明顯減少了468.9Pa，降低了32.7%，全面提升了通風(fēng)量，通風(fēng)阻力也呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)。深度豎井從1.80m2增加到3.06m2，會(huì)在一定程度上滿足礦井的實(shí)際通風(fēng)要求，在很大程度上提高了礦井通風(fēng)的工作效率，降低了外部漏風(fēng)率，不用過(guò)多的安裝通風(fēng)系統(tǒng)，使通風(fēng)系統(tǒng)更加具有科學(xué)性和合理性、穩(wěn)定性。在系統(tǒng)優(yōu)化和礦山改造后，在礦山的東部和西部礦區(qū)安裝了專門(mén)的回風(fēng)隧道（圖2）。回風(fēng)口用于連接垂直孔，以建立獨(dú)立的隧道前排風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，用相同的型號(hào)更換主風(fēng)扇可以解決兩個(gè)主要的風(fēng)扇配電室，使用電源的一些機(jī)械設(shè)備和通風(fēng)系統(tǒng)老化所存在的一些情況，在很多方面都可以確保通風(fēng)系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，減少了大量的通風(fēng)設(shè)備，減少了采礦區(qū)的漏氣，提高了風(fēng)量的有效性。這不僅確保了礦井前部的有效空氣供應(yīng)，而且改善了截面中的空氣分配問(wèn)題。改善了礦井通風(fēng)的效率，并將其用于控制地下瓦斯，發(fā)展了很多合理的條件，減少了很多的通風(fēng)阻力和采煤工作面帶來(lái)的一些負(fù)壓，還明顯降低了采空區(qū)出現(xiàn)漏風(fēng)的問(wèn)題。隨著負(fù)壓的減小，氣體的排放量也將逐漸降低，這在一定程度上能夠有效的管理通風(fēng)氣體，還可以提升相應(yīng)的滅火效率。降低通風(fēng)系統(tǒng)的一些通風(fēng)阻力，適當(dāng)增加通風(fēng)量，主風(fēng)扇的功率消耗得到有效降低，每年也可以節(jié)省很多電費(fèi)。

圖2 回風(fēng)式氣流

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了一些改造和升級(jí)，逐漸解決了以前落后的通風(fēng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些不良情況，全面優(yōu)化了通風(fēng)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。在一定程度上可以積極的調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，并對(duì)其發(fā)揮重要作用，還可以改善通風(fēng)系統(tǒng)的工作效率，明顯提高了通風(fēng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性，確保了良好的設(shè)計(jì)效果。從整體上分析了礦井所使用的一些通風(fēng)系統(tǒng)，不斷建立和優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的收集系統(tǒng)，為礦井實(shí)際通風(fēng)管理夯實(shí)一定的基礎(chǔ)，基本上確保了礦井出現(xiàn)的一些防范風(fēng)險(xiǎn)，合理的優(yōu)化了煤礦井下的正常工作條件，全面提升了煤礦企業(yè)和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。