煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案對(duì)比

孟鐵中

（西山煤電有限責(zé)任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，能有效將工作面粉塵濃度、有害氣體濃度降低，為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員營(yíng)造一個(gè)安全、舒適的工作環(huán)境。在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著工作面的推進(jìn)和生產(chǎn)進(jìn)度的提升，最初設(shè)計(jì)的通風(fēng)系統(tǒng)往往不能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，主要表現(xiàn)為通風(fēng)阻力過(guò)大、漏風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重、通風(fēng)設(shè)備效率低、功耗大等問(wèn)題，從而制約了實(shí)際生產(chǎn)的效率，降低了生產(chǎn)的安全性。因此，根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度安排對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以保證生產(chǎn)效率和安全性[1]。本文將結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)提出多個(gè)優(yōu)化方案并對(duì)方案進(jìn)行對(duì)比得出最佳方案。

1 通風(fēng)現(xiàn)狀分析

目前，某礦主要采用邊界式通風(fēng)方式，所配套的通風(fēng)機(jī)的具體型號(hào)為FBCZ-4-No12.5/45kW，通風(fēng)機(jī)采用抽出式的工作方式。該礦井進(jìn)風(fēng)井包括有主斜井、主運(yùn)輸平硐和副斜井；回風(fēng)井位于該礦井的東翼。當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)的空氣流動(dòng)情況，如圖1 所示。

圖1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)氣流情況示意圖

如圖1 所示，新鮮氣流通過(guò)進(jìn)風(fēng)井進(jìn)入礦井后通過(guò)主運(yùn)輸大巷到達(dá)盲斜井的上部分；而后上部分的氣流經(jīng)過(guò)主盲斜井、副盲斜井和行人盲斜井下向下方流動(dòng)，最終達(dá)到礦井的掘進(jìn)工作面和采煤工作面；污風(fēng)通過(guò)位于礦井東翼的回風(fēng)井被排出至地面。

為真實(shí)掌握礦井當(dāng)前的通風(fēng)情況，為后續(xù)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化做支撐[2]。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定，包括對(duì)巷道斷面面積、風(fēng)速、粉塵濃度、通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、通風(fēng)機(jī)電機(jī)功率等，涉及到的測(cè)定儀器包括有ZRQF-D 系列智能風(fēng)速計(jì)、DEM6 型輕便杯式風(fēng)速儀、MS2203 三相銀形數(shù)字功率表等。

根據(jù)礦井實(shí)際情況共布置有29 個(gè)測(cè)試點(diǎn)。該礦井所配套通風(fēng)機(jī)的工況參數(shù)，如表1 所示。

表1 通風(fēng)機(jī)工況參數(shù)

此外，經(jīng)測(cè)定可知，在開(kāi)采工作面1、3、4 進(jìn)風(fēng)巷和掘進(jìn)1 工作面的粉塵濃度不合格。

綜合風(fēng)量、風(fēng)質(zhì)以及風(fēng)量供需比等綜合指標(biāo)對(duì)該礦井的通風(fēng)系統(tǒng)的綜合能力進(jìn)行評(píng)估，實(shí)際測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)合格值的對(duì)比，如表2 所示。

表2 礦井綜合能力評(píng)估對(duì)比

綜合上述對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定并結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)所存在的問(wèn)題可將該礦井的通風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)前面臨的問(wèn)題總結(jié)如下：整個(gè)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)布置不合理；礦井內(nèi)部的漏風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致整個(gè)礦井的風(fēng)量率較低；整個(gè)礦井的通風(fēng)管理難度較大，工作面現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)質(zhì)偏差；整個(gè)礦井的風(fēng)速較低，無(wú)法有效將工作面粉塵和有害氣體排出；礦井所配套通風(fēng)機(jī)的效率偏低，功耗偏大[3]。

2 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化總則

針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)前存在的問(wèn)題，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化旨在達(dá)到改善作業(yè)環(huán)境，節(jié)省通風(fēng)費(fèi)用等目的。結(jié)合該礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況，其對(duì)應(yīng)的進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井屬于相對(duì)固定的情況[4]。因此，本次通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的主體主要為該礦井的西翼風(fēng)巷和東翼風(fēng)巷等。

為保證最后通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化效果，在優(yōu)化過(guò)程中需遵循如下原則：

1）優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)與現(xiàn)階段礦井的采煤方法、掘進(jìn)工藝等相匹配，且可在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保證礦井的安全、穩(wěn)定運(yùn)行；

2）所選用的優(yōu)化方案兼顧經(jīng)濟(jì)性和高效性；

3）在保證最終優(yōu)化效果的同時(shí)，應(yīng)盡可能的利用礦井當(dāng)前的設(shè)備、井巷等生產(chǎn)系統(tǒng)，減少改造工作量，保證礦山資源可以最大化利用；

4）通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造必須符合煤礦的發(fā)展規(guī)劃。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案對(duì)比

本節(jié)針對(duì)該礦井的西翼風(fēng)巷和東翼風(fēng)巷進(jìn)行優(yōu)化，具體優(yōu)化如下：

2.2.1 西翼風(fēng)巷的優(yōu)化

為保證在礦井內(nèi)部能夠形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定可靠的回風(fēng)通路，針對(duì)西風(fēng)斜巷作出如下優(yōu)化方案。

優(yōu)化方案一：將現(xiàn)存的回風(fēng)聯(lián)絡(luò)斜巷布置在薄化帶內(nèi)，避免煤柱損失；將回風(fēng)斜巷劃分為兩截，上平巷改造為回風(fēng)巷，下平巷改造為進(jìn)風(fēng)巷。

優(yōu)化方案二：在西翼風(fēng)巷下部位置布置回風(fēng)斜巷，并將所布置的回風(fēng)斜巷與西翼平巷實(shí)現(xiàn)連接，污風(fēng)通過(guò)回風(fēng)斜巷進(jìn)入東翼回風(fēng)斜巷中；在西翼風(fēng)巷內(nèi)部的平巷與人盲斜井交接的位置增加風(fēng)橋；針對(duì)西翼風(fēng)巷的薄化帶不設(shè)置回風(fēng)斜巷；將開(kāi)采完畢的區(qū)域封閉。

西翼風(fēng)巷兩種優(yōu)化方案改造量對(duì)比，如表3 所示。

表3 西翼風(fēng)巷改造量對(duì)比

對(duì)比表3 中的數(shù)據(jù)可知，方案一比方案二的改造工程量大，即成本較低；方案一比方案二的回風(fēng)路線長(zhǎng)，說(shuō)明改造后方案一的通風(fēng)阻力更大。因此，針對(duì)西翼回風(fēng)巷選用方案二進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.2 東翼風(fēng)巷的優(yōu)化

優(yōu)化方案一：將+315 以下東翼風(fēng)巷的通風(fēng)線路沿著薄化界線布置；將+315 到+360 區(qū)域內(nèi)東翼風(fēng)巷的通風(fēng)線路沿著礦井東側(cè)的邊界進(jìn)行布置；將+360以上東翼風(fēng)巷的通風(fēng)線路連接到總回風(fēng)巷。

優(yōu)化方案二：將+315 以下東翼風(fēng)巷的通風(fēng)線路沿著薄化界線布置；將+315 到+360 區(qū)域利用東翼風(fēng)巷現(xiàn)階段的回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷作為回風(fēng)巷；將+360 以上回風(fēng)斜巷東側(cè)的煤炭采用前進(jìn)式進(jìn)行推進(jìn)，并不再東翼風(fēng)巷的東側(cè)設(shè)置回風(fēng)斜巷[5]。

東翼風(fēng)巷兩種優(yōu)化方案改造量對(duì)比，如表4 所示。

表4 東翼風(fēng)巷改造量對(duì)比

對(duì)比表4 中的數(shù)據(jù)可知，方案一比方案二的改造工程量大，即成本較低；方案一比方案二的回風(fēng)路線長(zhǎng)，說(shuō)明改造后方案一的通風(fēng)阻力更大。因此，針對(duì)東翼回風(fēng)巷選用方案二進(jìn)行優(yōu)化。

3 結(jié)語(yǔ)

通風(fēng)系統(tǒng)作為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，其對(duì)于保證工作面粉塵濃度和有害氣體濃度在合理范圍之內(nèi)意義重大。本文針對(duì)隨著煤礦生產(chǎn)初期所設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求的問(wèn)題，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。

1）通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定，該礦井通風(fēng)系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題主要表現(xiàn)為風(fēng)量不足、風(fēng)質(zhì)不合格以及通風(fēng)設(shè)備耗能較大等問(wèn)題。

2）鑒于進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井屬于固定條件，僅對(duì)西翼風(fēng)巷和東翼風(fēng)巷進(jìn)行優(yōu)化改造，并通過(guò)綜合對(duì)比優(yōu)化方案的改造量和改造后通風(fēng)阻力最終確定出最佳優(yōu)化方案。