華陽二礦通風(fēng)系統(tǒng)的改造及通風(fēng)機(jī)的選型

李國偉

（山西華陽集團(tuán) 新能股份有限公司，山西 陽泉 045000）

1 概況

我國煤炭多埋藏于地表以下，需要掘井開采，因此礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的重要設(shè)施，良好的通風(fēng)能夠?yàn)榫绿峁┬迈r空氣，降低井下瓦斯?jié)舛?，同時也對設(shè)備散熱等有著重要的作用。瓦斯作為威脅綜采工作面安全生產(chǎn)的重大有害氣體，一旦發(fā)生爆炸或大量瓦斯涌出，將嚴(yán)重威脅井下作業(yè)人員的生命安全，給煤礦企業(yè)帶來巨大損失。綜采工作面的特性決定了其在開采作業(yè)時，會有大量煤在短時間內(nèi)涌出，煤炭間隙及圍巖裂隙內(nèi)的瓦斯也會立即逸出，含量迅速增加。必須依靠良好的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行解決。

隨著煤炭的開采進(jìn)度，掘進(jìn)深度不斷增加，華陽二礦71509 工作面工況與開采初期相比存在較大變化，原有的通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)一些問題。因此，決定結(jié)合71509 工作面采掘情況對原有通風(fēng)方案進(jìn)行實(shí)時改進(jìn)和優(yōu)化。

2 工作面通風(fēng)現(xiàn)狀

華陽二礦71509 工作面屬于華陽二礦3 號煤15 區(qū)，煤層均厚2.55 m，呈復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。工作面埋深342 ～486 m，傾斜長度178.3 m，走向長1122 m，可采儲量618157 t。

2.1 存在的問題

71509 工作面使用“兩進(jìn)一回”中央式抽出通風(fēng)方式。進(jìn)風(fēng)井分主斜井及副斜井，其長度分別為800 m 和730 m。經(jīng)實(shí)際勘測，主、副斜井通風(fēng)量分別為3056 m3/min、3479 m3/min。回風(fēng)井含2 個井筒，通風(fēng)量為6539 m3/min。隨著煤炭的開采進(jìn)度，掘進(jìn)深度不斷增加，71509 工作面工況與開采初期相比存在較大變化，實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，該通風(fēng)系統(tǒng)有以下缺陷。

（1） 巷道中存在嚴(yán)重的漏風(fēng)現(xiàn)象，經(jīng)實(shí)際測量，漏風(fēng)量高達(dá)15.34 m3/s。

（2） 現(xiàn)行通風(fēng)方案中構(gòu)筑物布局不當(dāng)，并且維護(hù)不到位，造成通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部嚴(yán)重漏風(fēng)，甚至出現(xiàn)風(fēng)流短路情況，導(dǎo)致各通道內(nèi)的風(fēng)量分布不均衡。

（3） 現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)中配置的通風(fēng)設(shè)備，存在通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不匹配的現(xiàn)象，通風(fēng)機(jī)效率不高。經(jīng)實(shí)際測算，現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)的工作效率僅有16.8%，遠(yuǎn)低于通風(fēng)設(shè)備60%的效率標(biāo)準(zhǔn)。

（4） 71509 工作面的風(fēng)速普遍不高，究其根源是天井和一些溜礦井封閉不嚴(yán)，導(dǎo)致新風(fēng)通過短路路徑竄入回風(fēng)道造成的。

（5） 現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)配置的通風(fēng)設(shè)備能給工作面提供的風(fēng)量為135 m3/s，不能滿足實(shí)際通風(fēng)需求。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)改造原則

華陽二礦年產(chǎn)能最高為700 萬t，依照年度工作計(jì)劃按照330 d 計(jì)算，實(shí)行三班制，每天按照24 h 計(jì)算。為了確保通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性和通風(fēng)效率，進(jìn)行優(yōu)化改造時遵循以下原則：①改造要依據(jù)該礦實(shí)際采煤方式、產(chǎn)能、地質(zhì)等條件進(jìn)行；②改造的目的是減低井巷漏風(fēng)現(xiàn)象，提高風(fēng)量合理利用率；③在當(dāng)前通風(fēng)井巷的條件上進(jìn)行改造，在滿足通風(fēng)要求的條件下，盡可能的降低改造成本；④選配性能優(yōu)良的通風(fēng)機(jī)，使供風(fēng)量達(dá)到生產(chǎn)需求，通風(fēng)機(jī)的工作效率得到提高。

3 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

根據(jù)華陽二礦71509 工作面的采煤方式、產(chǎn)能、地質(zhì)概況等條件，進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造，并盡可能的降低改造成本。經(jīng)過分析研究，決定增設(shè)回風(fēng)井、增設(shè)輔助回風(fēng)井和回風(fēng)斜井、增設(shè)煤層輔助回風(fēng)巷和反井鉆孔回風(fēng)。

3.1 新增回風(fēng)井

在71509 工作面的北邊增設(shè)回風(fēng)井，將增設(shè)的回風(fēng)井和與原有的回風(fēng)巷相連，如圖1 所示。

圖1 新增回風(fēng)井Fig.1 Newreturn wells

根據(jù)計(jì)算研究，北邊增設(shè)的回風(fēng)井直徑5 m，回風(fēng)井的垂直高度380 m。在71509 工作面增設(shè)的回風(fēng)井，從根本上解決了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和用風(fēng)量不兼容的問題。確保現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備可以達(dá)到71509 工作面用風(fēng)要求。

3.2 增設(shè)輔助回風(fēng)井及回風(fēng)斜井

在71509 工作面增設(shè)輔助回風(fēng)井和回風(fēng)斜井，位置布局如圖2 所示。

圖2 增設(shè)輔助回風(fēng)井和回風(fēng)斜井的布局Fig.2 Layout of additional auxiliary return wells and inclined return wells

通過現(xiàn)場測量，增設(shè)的輔助輔助回風(fēng)井總長度為1000 m，回風(fēng)斜井總長度1200 m。增設(shè)的輔助回風(fēng)井和回風(fēng)斜井可以有效保障供風(fēng)量，能夠滿足71509 工作面的用風(fēng)需求。

4 通風(fēng)機(jī)的選型

對通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)后，主斜井、副斜井的作為進(jìn)風(fēng)方式，輔助回風(fēng)井、回風(fēng)井作為出風(fēng)方式，該方式為中央并列式抽出通風(fēng)方式。對現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)測，71509 工作面正常生產(chǎn)時所需風(fēng)量為135 m3/s，在通風(fēng)良好階段負(fù)壓值為3596.3 Pa，困難階段負(fù)壓值為4163.2 Pa。

根據(jù)所需風(fēng)量的1.05 倍進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)量最小值是135 m3/s×1.05=141.74 m3/s。根據(jù)負(fù)壓350 Pa 進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇的通風(fēng)機(jī)在良好階段其可供風(fēng)壓最小值3946.2 Pa，困難階段其可供風(fēng)壓最小值4513.1 Pa。根據(jù)以上依據(jù)，經(jīng)過慎重考慮，選用FBCDZ-8-No30C-2×630 型礦用防爆抽出式對旋軸流通風(fēng)機(jī)，選用YBFh630M1-8 型隔爆電機(jī)。通風(fēng)機(jī)主要參數(shù)見表1。

表1 FBCDZ-8-No30C-2×630 通風(fēng)機(jī)主要參數(shù)Table 1 Main Parameters of FBCDZ-8-No30C-2×630 Fan

通過計(jì)算，最大設(shè)計(jì)風(fēng)量和負(fù)壓工況點(diǎn)葉輪安裝角度比設(shè)備允許范圍小5°，工況點(diǎn)風(fēng)壓小于風(fēng)機(jī)性能曲線最大風(fēng)壓的90%。該數(shù)值完全滿足《煤炭安全規(guī)程》中所規(guī)定的通風(fēng)機(jī)效率不得低于60%的要求。

5 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)是綜采工作面的“呼吸系統(tǒng)”，通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性直接影響著煤炭生產(chǎn)的安全性、高效性。正常生產(chǎn)中，伴隨工作面的推進(jìn)，煤層的水文地質(zhì)、斷面形狀隨之變化，因此，應(yīng)不斷優(yōu)化通風(fēng)方案，防止局部工作面出現(xiàn)通風(fēng)問題。結(jié)合華陽二礦71509 的實(shí)際生產(chǎn)情況，采用增設(shè)輔助回風(fēng)井、反井鉆孔等方法對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并配置FBCDZ-8-No30C-2×630 的通風(fēng)機(jī)。優(yōu)化改造后的通風(fēng)系統(tǒng)滿足了工作面的通風(fēng)需求，為礦井的安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。