通風系統(tǒng)測定及降阻優(yōu)化

張尚偉

（山西華陽集團新能股份有限公司煤層氣開發(fā)利用分公司， 山西 陽泉 045008）

引言

通風系統(tǒng)為煤礦生產(chǎn)的重要組成部分，其是保證煤礦能夠安全生產(chǎn)的關鍵，主要承擔降低工作面瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度，為綜采設備和人員提供一個安全、舒適的工作環(huán)境。近年來，隨著煤礦不斷向深部資源進行開采，與此同時，采煤的機械自動化水平明顯提升；隨著巷道的延伸，對應通風線路增加，通風阻力明顯增加；隨著工作面產(chǎn)量和生產(chǎn)效率的增加，通風量也明顯增加?？傮w而言，隨著礦井生產(chǎn)能力的增加，對其通風能力的穩(wěn)定性、有效風量率及通風阻力等指標提出更高的要求[1]。因此，開展煤礦通風系統(tǒng)測定并采取相應的降阻優(yōu)化措施是十分必要的。

1 通風系統(tǒng)測定與分析

本文以周源山煤礦為例開展研究，該煤礦目前采用中央邊界抽出式的方式進行通風。其中，進風井包括主井、副井和新副井；回風井包括南回風井和北回風井。南回風井中配置了兩臺通風機，北回風井中配置了一臺通風機[2]。具體參數(shù)如表1 所示。

表1 通風系統(tǒng)通風機關鍵參數(shù)

1.1 通風系統(tǒng)的阻力測定

針對通風系統(tǒng)的阻力測定，本工程基于基點氣壓法為原理進行測定，主要涉及的測量儀器包括CZC5礦井通風多參數(shù)測定器、空壓盒、干球溫度計、濕球溫度計及激光測距儀等。根據(jù)現(xiàn)場情況，本次制定了三條測定路線，具體如下：

線路1：新副井→-650 m 西配風井→24 運煤上山→2442 工作面→24 總回風巷→北風井→地面；

線路2：新副井→-650 m 北大巷→32 軌道下山→32 總回風巷→21 皮帶下山→-370 m 東大巷→111 軌道上山→11 回風上山→南風井→地面；

線路3：新副井→-650 m 西配風巷→22-600 石門→2110 運道→22110 風巷→111 上山→南風井→地面[3]。

基于上述3 條通風線路上的阻力測定，分別對北風井和南風井的關鍵參數(shù)進行測定，結果如表2所示。

表2 通風系統(tǒng)阻力測定結果

根據(jù)實測的結果分析，該煤礦北風井的通風難易程度屬于中等，而南風井的通風難易程度屬于容易。

1.2 通風系統(tǒng)風機性能的測定

北風井和南風井均采用“一用一備”的原則布置通風機。針對南、北通風井通風機性能的測定，本次測定采用JFY-8 通風多參數(shù)檢測儀、DZFC-1 型電能綜合分析測試儀、空壓盒、皮托管和橡皮管等儀器。為保證所測定數(shù)據(jù)的準確性和實用性，本次采用不停產(chǎn)掛網(wǎng)條件下部分風流短路的方式對通風機性能進行測定[4]。

結合通風系統(tǒng)通風機性能的測試結果，并參照1.1 中測定的通風阻力的結果得出如下結論：

1）當前礦井南風井和北風井的通風阻力均超過2940 Pa；考慮到礦井在未來生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，應在后續(xù)生產(chǎn)中加強對其通風管理，并采取相應有效的措施達到降阻優(yōu)化的目的。

2）當對本礦井通風網(wǎng)絡結構進行調(diào)整后發(fā)現(xiàn)，礦井南風井和北風井的阻力均明顯降低，對應的通風線路上的風量明顯增大。其中，南風井通風機的運行功率增加4.4 kW，而北風井通風機的運行功率減小10.6 kW，綜合對比得出，礦井通風機的總運行功率降低6.2 kW。

2 通風系統(tǒng)的降阻優(yōu)化

2.1 通風系統(tǒng)降阻優(yōu)化方案的設計

結合1 中對通風系統(tǒng)阻力和配置通風機性能參數(shù)的測定結果，并參照國外常采用的降阻優(yōu)化措施，包括刷大巷道斷面面積、對通風線路中存在風量集中情況和局部系數(shù)阻力較大的問題進行解決[5]。因此，在結合該礦井實際情況和通風系統(tǒng)現(xiàn)狀的情況下特制定如下四類降阻優(yōu)化方案：

方案一：在-370 m 和-150 m 采區(qū)中間增加增阻調(diào)節(jié)風門；將24 采區(qū)上山通道改進為回風上山通道；將礦井北側采區(qū)的進風巷由當前的2 條縮減為1 條?；诜桨敢桓倪M后的礦井通風系統(tǒng)簡圖如圖1 所示。

圖1 基于方案一優(yōu)化后的通風網(wǎng)絡結構簡圖

方案二：從整體上對當前通風系統(tǒng)結構進行簡化，并在礦井-650 m 水平北大巷和-370 m 的水平南大巷配置風門，優(yōu)化后通過-650 m 水平南大巷實現(xiàn)對南翼采區(qū)進行供風，該種優(yōu)化方案從某種程度上縮短了南翼和北翼采區(qū)的公共通風巷道?；诜桨付倪M后的礦井通風網(wǎng)絡結構簡圖如圖2 所示。

圖2 基于方案二優(yōu)化后的通風網(wǎng)絡結構簡圖

方案三：將當前礦井的通風網(wǎng)絡結構簡化為一個大三角形通風網(wǎng)絡。結合該礦井的實際情況所設計的大三角形通風網(wǎng)絡結構如圖3 所示，AB 段為整個礦井的進風段；BC 段和BD 段分別為礦井北風井與南風井的用風段；CE 段和DF 段分別為礦井的北風井段和南風井段。

圖3 基于方案三的大三角形通風網(wǎng)絡結構簡圖

方案四：根據(jù)通風巷道的阻力分布情況，在不改變當前通風網(wǎng)絡結構的基礎上，擴大南翼采區(qū)和北翼采區(qū)的回風斷面面積，并將對應14 采區(qū)回風巷道的調(diào)節(jié)風門拆除。基于方案四所得的通風網(wǎng)絡結構簡圖如圖4 所示。

圖4 基于方案四的通風網(wǎng)絡結構簡圖

2.2 通風系統(tǒng)降阻優(yōu)化方案的綜合評價

為綜合評估上述四種方案下對應優(yōu)化效果，通過對不同降阻優(yōu)化下礦井風壓、風量、通風機功率、通風機效率、礦井等積孔、通風成本、通風系統(tǒng)穩(wěn)定性、抗災能力和工程量進行評估，并根據(jù)上述考核參數(shù)賦予不同的權重。基于設計的優(yōu)化評估模型，得出四種降阻優(yōu)化方案的特征值如下頁表3 所示。

如表3 所示，四種不同降阻優(yōu)化方案分別實施后，方案一對應的評價特征值均為最高。因此，本工程采用方案一對該礦井通風系統(tǒng)進行改造。

表3 不同降阻優(yōu)化方案對應改造效果特征評價

3 結語

通風系統(tǒng)為保證綜采工作面安全生產(chǎn)的關鍵分系統(tǒng)，其承擔著降低工作面瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度，為現(xiàn)場設備和人員提供一個舒適、安全工作環(huán)境的重任。但是，隨著工作面的不斷推進和生產(chǎn)能力的不斷增加，最初設計的通風系統(tǒng)存在阻力增大、風量不足等問題。因此，本文在對礦井通風阻力和通風機性能參數(shù)測定結果分析的基礎上制定了降阻優(yōu)化方案，并對最終方案進行綜合評價，得出：采用增加巷道斷面面積，減少通風線路的方式達到降阻優(yōu)化的目的。