光道礦通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造效果分析研究

王 宇

（山西洪洞西山光道煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將地面的新鮮空氣通過通風(fēng)管路輸送到井下各采掘作業(yè)地點(diǎn)，并將采掘作業(yè)所產(chǎn)生的瓦斯、煤塵等有毒有害氣體排出，為采掘作業(yè)的工人創(chuàng)造舒適、良好的工作環(huán)境，礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井通風(fēng)動(dòng)力與通風(fēng)控制設(shè)施的總稱。隨著，礦井采掘深度和生產(chǎn)能力的不斷增加，礦井最初設(shè)計(jì)的通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)能力已難以滿足現(xiàn)有的采掘作業(yè)通風(fēng)量需求，對應(yīng)的通風(fēng)阻力較大，在無法保證煤礦安全生產(chǎn)的同時(shí)還增加了煤礦生產(chǎn)的能耗。為此國內(nèi)諸多學(xué)者開展相關(guān)研究，俞建廷，李治緯等[1]結(jié)合田莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析,設(shè)計(jì)通過新增加回風(fēng)井，擴(kuò)大巷道斷面的面積來對原通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，實(shí)踐效果良好。本文以光道礦9101 工作面為工程背景，針對原通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行優(yōu)化改造，以滿足礦井的通風(fēng)需求，保證礦井的安全生產(chǎn)。

1 礦井概況

西山光道礦位于洪洞縣城北50 km 西龍門村處，井田面積15.32 km2，開拓開采方式：地下開采、斜井開拓，生產(chǎn)規(guī)模120 萬t/a，9101 工作面位于礦井南五盤區(qū)，現(xiàn)主要開采太原組9#煤層。全礦井現(xiàn)有3 個(gè)井筒，其中主斜井、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)。9101 工作面的長度為260 m，工作面可采煤儲量為135 萬t。工作面煤層厚度為4.5 m～5.9 m，平均煤層厚度為5.3m；煤層傾角范圍為3°～9°，煤層平均傾角為6°。9101綜采工作面巖層頂?shù)装宸植记闆r，如表1 所示。

表1 9101 綜采工作面巖層頂?shù)装宸植记闆r

經(jīng)過探測，9101 工作面瓦斯絕對涌出量為93 m3/min；工作面的最大涌水量可達(dá)13 m3/h，正常涌水量為5 m3/h。目前，工作面采用走向長壁后退式放頂煤一次全采高全部垮落式綜合機(jī)械化開采工藝。

2 工作面通風(fēng)方式

光道礦9101 工作面采用抽出式通風(fēng)方式，配置兩臺 FBCDZ-8-NO20/2X110 型礦用防爆風(fēng)機(jī)，一臺實(shí)際生產(chǎn)正常運(yùn)行，一臺備用。9101 工作面所屬礦井采用“兩進(jìn)一回”通風(fēng)布置，對應(yīng)的通風(fēng)方式為中央并列式通風(fēng)。其中，進(jìn)風(fēng)巷為主斜井和副斜井，回風(fēng)巷道回風(fēng)斜井，各個(gè)巷道內(nèi)的通風(fēng)參數(shù)，如表2 所示。

表2 “兩進(jìn)一回”通風(fēng)巷道通風(fēng)參數(shù)

如表2 所示，9101 工作面所屬礦井總的進(jìn)風(fēng)量為6 600 m3/min，總回風(fēng)量為6 600 m3/min。目前，在實(shí)際生產(chǎn)中9101 工作面主要用風(fēng)地點(diǎn)包括運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面、材料下山掘進(jìn)工作面、回風(fēng)順槽工作面、高抽巷掘進(jìn)工作面、9101 工作面等。隨著9101 工作面的不斷推進(jìn)和相鄰舊工作面的回收封閉，礦井主要用風(fēng)地點(diǎn)和實(shí)際風(fēng)量處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)。比如：9101 工作面相鄰的9102 工作面隨著進(jìn)入回收階段，工作面需風(fēng)量由1 300 m3/min 降低至750 m3/min。經(jīng)對9101工作面實(shí)際需求風(fēng)量測算可知：當(dāng)9102 工作面最終回收并封閉后，在當(dāng)前通風(fēng)方案布置下可為9101 工作面提供風(fēng)量788.22 m3/min，而實(shí)際上9101 工作面需風(fēng)量大概為1 400 m3/min～1 500 m3/min。因此，為保證9101 工作面的正常安全生產(chǎn)，光道礦對原礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造[2]。

3 優(yōu)化改造及效果分析

3.1 優(yōu)化改造方式

光道礦通過新增加回風(fēng)立井，基于9101 工作面當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)所供的風(fēng)量與實(shí)際需求風(fēng)量差距較大的問題，本工程擬通過為該工作面更換立井回風(fēng)系統(tǒng)，并配置相匹配的通風(fēng)機(jī)。同時(shí)，當(dāng)9101 工作面通風(fēng)量對應(yīng)增加后為保證巷道內(nèi)風(fēng)速不超過限值，需對巷道的斷面面積進(jìn)行擴(kuò)大。具體改造方案如下：

在當(dāng)前“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方案下，將原回風(fēng)井改為進(jìn)風(fēng)井，并為整套通風(fēng)方案新增一個(gè)回風(fēng)立井，并為其配置通風(fēng)機(jī)的型號為FBCDZ-8-No32/2×600。通風(fēng)機(jī)不同葉片安裝角度為巷道所提供的通風(fēng)能力不同，當(dāng)葉片安裝角度3°，通風(fēng)量達(dá)到1 056 m3/min，負(fù)壓3 456 Pa；當(dāng)葉片安裝角度6°，通風(fēng)量達(dá)到9 845 m3/min,負(fù)壓2 365 Pa。

通過數(shù)據(jù)對比分析，當(dāng)通風(fēng)機(jī)采用-6°的安裝角度時(shí)，為礦井提供的風(fēng)量大于-3°時(shí)的情況，對應(yīng)工作面的負(fù)壓較小。因此，將FBCDZ-8-No32/2×600通風(fēng)機(jī)的安裝角度設(shè)定為-6°，對應(yīng)可為9101 工作面提供的實(shí)際風(fēng)量為1 860 m3/min，滿足9102 工作面回收封閉后9101 工作面1 400 m3/min～1 500 m3/min需風(fēng)量要求。除此之外，還需對通風(fēng)設(shè)施作出如下改造：

將工作面45-47、57-58 的調(diào)節(jié)風(fēng)門拆除；在工作面35-36 和50-52 的節(jié)點(diǎn)之間，新增正方兩道調(diào)節(jié)風(fēng)門，要求所建設(shè)的調(diào)節(jié)風(fēng)門能夠承受進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)帶來的壓力；同時(shí)，為了保證9101 工作面的風(fēng)量滿足要求，在9101 運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽等工作面增加對應(yīng)的風(fēng)控點(diǎn)[3]。

3.2 擴(kuò)大回風(fēng)通道

礦井通風(fēng)系統(tǒng)未改造前，礦井回風(fēng)巷道總共的通風(fēng)能力1 1340 m3/min。但是，礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造后礦井的總的通風(fēng)量可13 000 m3/min～16 000 m3/min。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)通風(fēng)量為13 000 m3/min 時(shí)，所需回風(fēng)巷道的斷面面積為13.5 m2；當(dāng)通風(fēng)量為16 000 m3/min 時(shí)，所需回風(fēng)巷道的斷面面積為18.9 m2。通過計(jì)算可知：當(dāng)巷道斷面面積擴(kuò)大至13.5 m2時(shí)，各個(gè)巷道的風(fēng)阻均降低一個(gè)量級。將巷道擴(kuò)大后的風(fēng)阻加入通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中得出對應(yīng)通風(fēng)機(jī)的工況為：通風(fēng)量為176 m3/s=10 560 m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為3 316.09 Pa。工況不滿足總風(fēng)量13 000 m3/min 的要求。通過計(jì)算可知：當(dāng)巷道斷面面積擴(kuò)大至18.9 m2時(shí)，各個(gè)巷道的風(fēng)阻均降低一個(gè)量級。將巷道擴(kuò)大后的風(fēng)阻加入通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中得出對應(yīng)通風(fēng)機(jī)的工況為：通風(fēng)量為255.42 m3/s=13 324.5 m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為4 484.5 Pa。工況不滿足總風(fēng)量16 000 m3/min 的要求。將巷道擴(kuò)大后的風(fēng)阻加入通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中得出對應(yīng)通風(fēng)機(jī)的工況為：通風(fēng)量為268.12 m3/s=16 087.2 m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為4 377.73 Pa。工況滿足總風(fēng)量16 000 m3/min 的要求[4]。

4 優(yōu)化改造效果分析

在原通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上將回風(fēng)斜井改為進(jìn)風(fēng)井，同時(shí)為其增加回風(fēng)立井，在新增加通風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，主要對通風(fēng)設(shè)施的巷道斷面進(jìn)行擴(kuò)大操作。通過分析可知，將巷道斷面面積增加至13.5 m2和18.9 m2時(shí)，雖然能夠在一定程度上緩解風(fēng)速超限的問題，但是對應(yīng)的風(fēng)量無法滿足實(shí)際需風(fēng)量的要求。因此，將巷道斷面增大至24.5 m2才能夠滿足實(shí)際通風(fēng)量需求的同時(shí)，還能夠有效防止巷道風(fēng)阻超過限值的問題[5]。

5 結(jié)論

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)最基本,最關(guān)鍵的保障系統(tǒng)，主負(fù)責(zé)為井下采掘工作面提供新鮮空氣，降低工作面瓦斯、粉塵濃度。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中隨著工作面的不斷推進(jìn)和相鄰工作面的回收關(guān)閉等情況均會(huì)導(dǎo)致工作面通風(fēng)情況發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致工作面通風(fēng)量不足的問題，繼而影響工作面的安全、高效生產(chǎn)。本文重點(diǎn)以9101 工作面為例開展研究，并總結(jié)如下：

1）9102 工作面的回收封閉導(dǎo)致9101 工作面的供風(fēng)量遠(yuǎn)小于其實(shí)際需風(fēng)量。將原通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)井改為進(jìn)風(fēng)井，同時(shí)為其新增一個(gè)回風(fēng)立井，采用“三進(jìn)一回”的通風(fēng)方式，并為其配置FBCDZ-8-No32/2×600 的通風(fēng)機(jī)；

2）為解決通風(fēng)量增加導(dǎo)致巷道風(fēng)速超限的問題，將巷道擴(kuò)大至24.5 m2，且對應(yīng)巷道的最大通風(fēng)量可達(dá)16 087.2 m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為4 377.73 Pa，滿足工作面的采掘所需風(fēng)量要求，保證礦井的安全生產(chǎn)。