資源衰減礦井中的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與設(shè)計(jì)

孫 林

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦，山西 大同037016）

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造區(qū)域的確定

1.1 晉華宮礦生產(chǎn)區(qū)分布

晉華宮井田位于大同煤田東北端，受著大同向斜的控制，在東部邊緣地帶地層傾角變大，甚至直立倒轉(zhuǎn)，但范圍有限，向內(nèi)約500 m 則變?yōu)槠骄?，傾角100左右。井田內(nèi)主要可采煤層有：2-1、2-3、3、7-1、7-3、7-4、9、10、11-1、12-2、12-3 號(hào)共11層。截止2009 年末保有儲(chǔ)量30 582.3 萬(wàn)t,可采儲(chǔ)量16 216.5 萬(wàn)t。礦井設(shè)計(jì)能力為315 萬(wàn)t，設(shè)計(jì)服務(wù)年限為112 a。晉華宮礦分為大井河北區(qū)域和河南區(qū)域，共有4 個(gè)回風(fēng)井。各回風(fēng)井分別擔(dān)負(fù)不同生產(chǎn)盤(pán)區(qū)的通風(fēng)任務(wù)。具體見(jiàn)表1 所示。

表1 各回風(fēng)井的通風(fēng)任務(wù)

由表1 可見(jiàn)，中央風(fēng)井、榆澗風(fēng)井和馬營(yíng)溝風(fēng)井各自擔(dān)負(fù)的區(qū)域內(nèi)均存在有2 個(gè)及以上的生產(chǎn)煤層，且用風(fēng)點(diǎn)的布置和風(fēng)量使用情況已經(jīng)飽和，因此，在這3 個(gè)風(fēng)井區(qū)域內(nèi)進(jìn)行流程再造并不可行。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，麻村風(fēng)井通風(fēng)區(qū)域內(nèi)均為殘采盤(pán)區(qū)，且用風(fēng)點(diǎn)較少。在其他3 個(gè)風(fēng)井區(qū)域內(nèi)暫不能進(jìn)行任何超前規(guī)劃部署的情況下，麻村風(fēng)井通風(fēng)區(qū)域內(nèi)的風(fēng)量使用效率并不高，且區(qū)域內(nèi)還有7-1、11、14-2 號(hào)等煤層未開(kāi)拓，因此這一區(qū)域內(nèi)的流程再造相對(duì)來(lái)說(shuō)較為可行。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造

麻村回風(fēng)斜井目前的回風(fēng)量為3 640 m3/min，負(fù)擔(dān)2 號(hào)層301 盤(pán)區(qū)和3 號(hào)層303、305 盤(pán)區(qū)的各個(gè)回風(fēng)末端以及變電硐室等地點(diǎn)的供風(fēng)任務(wù)，所負(fù)擔(dān)的通風(fēng)區(qū)域內(nèi)無(wú)生產(chǎn)作業(yè)隊(duì)組。

若在麻村風(fēng)井所擔(dān)負(fù)的通風(fēng)區(qū)域開(kāi)拓新的生產(chǎn)煤層，則屆時(shí)該區(qū)域的現(xiàn)有風(fēng)量將不能滿(mǎn)足實(shí)際需求。由此也造成了麻村風(fēng)井通風(fēng)區(qū)域內(nèi)的部分巷道斷面無(wú)法滿(mǎn)足通風(fēng)困難時(shí)期的回風(fēng)風(fēng)量，會(huì)出現(xiàn)巷道風(fēng)速超過(guò)《煤礦安全規(guī)程》允許范圍的現(xiàn)象。此外，麻村風(fēng)井主扇已運(yùn)行30 多年，設(shè)備的不穩(wěn)定性和故障率大大增加，對(duì)全礦的“通風(fēng)可靠”形成了嚴(yán)重的安全隱患。因此，麻村風(fēng)井通風(fēng)區(qū)域的流程再造重點(diǎn)就在于該區(qū)域內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造。

2 麻村風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造的具體方案

麻村風(fēng)井現(xiàn)運(yùn)行主要通風(fēng)機(jī)型號(hào)為2K58II-NO.24，該型主要通風(fēng)機(jī)已運(yùn)行30 余年。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)改造的必要性

2.1.1 無(wú)法滿(mǎn)足盤(pán)區(qū)延伸后的風(fēng)量需求大井河北區(qū)域305 盤(pán)區(qū)賦存5 層煤，分別為2-3、3、7-1、11 和14-2 號(hào)層，其中2-3、3 號(hào)層已回采結(jié)束，7-1、11 和14-2 號(hào)層屬于未開(kāi)拓煤層。

1）2-3 、3 號(hào)層雖已回采完畢，但因其與現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)在供電、防治水等方面的系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，所以仍無(wú)法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化；而礦井生產(chǎn)后期由于產(chǎn)能格局的調(diào)整，將逐步開(kāi)拓305 盤(pán)區(qū)的剩余3 個(gè)煤層。

2）從表2 中可知，麻村風(fēng)井現(xiàn)有的風(fēng)量除滿(mǎn)足目前各需風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)量外，再無(wú)富余。而延伸開(kāi)拓的煤層（以11 號(hào)煤層為例）在正?；夭善陂g的需風(fēng)量至少為4 500 m3/min，即麻村風(fēng)井從長(zhǎng)期來(lái)看，其風(fēng)量缺口將至少在4 500 m3/min。

表2 麻村風(fēng)井通風(fēng)容易時(shí)期風(fēng)量分配（現(xiàn)狀）

綜上原因，麻村風(fēng)井現(xiàn)有的風(fēng)量遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足后期礦井通風(fēng)困難時(shí)期的需風(fēng)量要求。為此，晉華宮礦需要提前對(duì)麻村風(fēng)井進(jìn)行改造，以保證后期礦井正常的生產(chǎn)計(jì)劃銜接。

表3 麻村風(fēng)井通風(fēng)困難時(shí)期風(fēng)量分配表

2.1.2 主要通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備無(wú)法保證通風(fēng)安全

1）麻村風(fēng)井主扇已運(yùn)行30 多年，設(shè)備老化嚴(yán)重，且主扇機(jī)房因常年的風(fēng)雨侵蝕，已有垮塌的危險(xiǎn)。

2）礦井后期將開(kāi)拓新的生產(chǎn)盤(pán)區(qū)，由此帶來(lái)麻村風(fēng)井總回風(fēng)量的大幅增加，而目前所運(yùn)轉(zhuǎn)的麻村風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)已經(jīng)沒(méi)有調(diào)整動(dòng)葉安裝角以增大主扇排風(fēng)量的余地。

2.1.3 多段回風(fēng)巷道斷面小，增大了礦井通風(fēng)阻力

麻村風(fēng)井通風(fēng)區(qū)域內(nèi)的2-3 號(hào)-7-1 號(hào)層回風(fēng)暗斜井以及麻村回風(fēng)斜井等多段回風(fēng)巷道嚴(yán)重失修，導(dǎo)致現(xiàn)巷道斷面較設(shè)計(jì)斷面大幅降低，巷道斷面最小處僅為5 m2，極大的增加了礦井通風(fēng)阻力和礦井等積孔，增加了礦井通風(fēng)難度，不利于生產(chǎn)部署的順利實(shí)施。

綜合上述原因，麻村風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)的改造勢(shì)在必行。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)改造的備選技術(shù)方案

根據(jù)礦井實(shí)際情況，提出如下2 種通風(fēng)系統(tǒng)改造技術(shù)方案

方案1：更換麻村風(fēng)井的主要通風(fēng)機(jī)，并對(duì)2-3號(hào)-7-1 號(hào)層暗斜井及麻村回風(fēng)斜井共計(jì)980 m 的巷道進(jìn)行刷大降阻，同時(shí)對(duì)刷大后的巷道進(jìn)行網(wǎng)噴支護(hù)。另外，延伸麻村回風(fēng)斜井至11 號(hào)煤層，延伸巷道的斷面與原回風(fēng)斜井刷大后的斷面相同。

方案2：維持麻村風(fēng)井現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)及回風(fēng)巷的斷面不變。從305 盤(pán)區(qū)的11 號(hào)煤層開(kāi)始掘進(jìn)專(zhuān)用回風(fēng)巷，與榆澗風(fēng)井連通，將11 號(hào)層的回風(fēng)引入榆澗風(fēng)井。

上述2 套技術(shù)改造方案的優(yōu)、缺點(diǎn)對(duì)比如表4所示。

從表4 可見(jiàn)，方案1 整體的可行性上是優(yōu)于方案2 的。因此，選定方案1 為麻村風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)改造的最終方案。

表4 2 套技術(shù)改造方案的優(yōu)、缺點(diǎn)對(duì)比

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)改造具體方案

2.3.1 主要通風(fēng)機(jī)技術(shù)改造方案主要包括以下組成部分：

1）將麻村回風(fēng)斜井及2-3 號(hào)-7-1 號(hào)層回風(fēng)暗斜井共計(jì)980 m 巷道斷面刷大至16 m2，以降低麻村風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力，降低通風(fēng)難度。

2）延伸麻村風(fēng)井：累計(jì)巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度399.5 m。

3）更換麻村風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)及其電控設(shè)備等配套設(shè)施，營(yíng)建主扇機(jī)房和室外配套工程等土建工程。

2.3.2 通風(fēng)容易、困難時(shí)期的通風(fēng)阻力計(jì)算，主要通風(fēng)機(jī)及電機(jī)的選型

1）礦井通風(fēng)阻力為考慮自然風(fēng)壓影響的前提下，通風(fēng)容易（困難）時(shí)期最大阻力路線(xiàn)的各段巷道摩擦阻力的總和。

麻村風(fēng)井通風(fēng)容易時(shí)期的阻力計(jì)算：

通風(fēng)困難時(shí)期的阻力計(jì)算：

式中：he為通風(fēng)容易時(shí)期的井巷摩擦阻力，Pα；hn為通風(fēng)困難時(shí)期的井巷摩擦阻力，Pα；k 為巷道局部摩擦阻力系數(shù)，取0.1～0.2；HN為礦井的自然風(fēng)壓，Pα；一般取100～200 Pa。

結(jié)合上述計(jì)算方法和通風(fēng)阻力計(jì)算，得出：

礦井通風(fēng)容易時(shí)期（現(xiàn)狀）阻力為hf=1 740 Pa，風(fēng)量為Q=3 600 m3/min。

礦井通風(fēng)困難時(shí)期的阻力為hf= 2 786 Pa，風(fēng)量為Q=9 260 m3/min。

2）主要通風(fēng)機(jī)的選型。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，確定麻村風(fēng)井更換的主要通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)為：hf=2 786 Pa，風(fēng)量為Q=9 260 m3/min。

對(duì)比多種型號(hào)的通風(fēng)機(jī)特性曲線(xiàn)后，選定新的主要通風(fēng)機(jī)型號(hào)為：AGF606-2.82-1.58-2 型軸流式通風(fēng)機(jī)。

3)電機(jī)的選擇。根據(jù)所選風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)計(jì)算所匹配電機(jī)的功率：

因N·mmin＜0.6 N·mmax，所以，需選用2 臺(tái)電動(dòng)機(jī)。

3 礦井的流程再造

1）結(jié)合礦井的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，分析并確定了礦井的流程再造的合理區(qū)域和麻村風(fēng)井所面臨的主要問(wèn)題，確定了項(xiàng)目實(shí)施的可行性，論據(jù)充分，論證合理。

2）經(jīng)過(guò)方案對(duì)比，初步選定了麻村風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)的改造方案，并通過(guò)通風(fēng)阻力計(jì)算和主要通風(fēng)機(jī)及電機(jī)的選型，確定了最終的改造方案及所需的相關(guān)設(shè)備。

3）根據(jù)所確定的通風(fēng)系統(tǒng)改造方案，對(duì)該方案實(shí)施所需要的資金進(jìn)行概算，對(duì)礦井的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃具有一定的指導(dǎo)意義（見(jiàn)表5）。

表5 麻村風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造項(xiàng)目投資估算明細(xì)表

4 結(jié) 論

該研究成果除能保證礦井長(zhǎng)遠(yuǎn)的生產(chǎn)銜接，同時(shí)更能提高礦井整體的通風(fēng)可靠性。成果實(shí)施后，能保證礦井每年至少增加一個(gè)綜采工作面、2 個(gè)掘進(jìn)工作面同時(shí)生產(chǎn)。根據(jù)地測(cè)資料及相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)，所增加的采掘工作面每年至少可生產(chǎn)原煤95 萬(wàn)t，可增加煤炭年銷(xiāo)售額約4.3 億元。