華盛虎峰煤業(yè)井下通風系統(tǒng)優(yōu)化研究

邢永生

（大同煤礦集團 華盛虎峰煤業(yè)有限公司，山西 運城 043300）

1 概 況

華盛虎峰煤業(yè)位于山西省中北部，主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，主采盤區(qū)煤層穩(wěn)定性低，煤層偽頂為0.7 m 的粉砂巖，直接頂厚度為6.2 m 的細砂巖。為低瓦斯礦井。目前礦井采用邊界式通風方式，新風由主副斜井進入，向下通風石門流經(jīng)井下各區(qū)段，為井下作業(yè)區(qū)、回采區(qū)和運輸巷道等區(qū)域供風，循環(huán)井下空氣，回采作業(yè)面裝設(shè)局部通風機進行正壓供風，井下回風通過礦井東翼回風井配置的FBCD-4-12.5/55 kW 抽出式通風機抽出至礦井地面。實際測量中發(fā)現(xiàn)礦井部分區(qū)域通風風量偏低，且風質(zhì)明顯低于合格標準，調(diào)大通風風機風量后，仍無法有效改善，需要對井下通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改造[1-10]，優(yōu)化各區(qū)域的通風狀況，保證井下作業(yè)時空氣環(huán)境的舒適性。

2 礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

2.1 通風系統(tǒng)測定

明確礦井當前通風系統(tǒng)存在的問題是開展優(yōu)化設(shè)計的前提，為此對礦井巷道斷面參數(shù)、風速、風量、風質(zhì)以及巷道摩擦阻力和風阻值等數(shù)據(jù)測量，測點布置在通風系統(tǒng)進風井入風聯(lián)巷和回風聯(lián)巷頓工作面進回風巷、硐室進、回風巷以及其他擬進行通風測量的點位，監(jiān)測點位前后15 m 范圍內(nèi)不能有大角度彎道且無阻礙通風效率的障礙物，保證通風參數(shù)測定的準確性。研究確定了風速、風量監(jiān)測點位共30 個、風質(zhì)監(jiān)測點位13 個、風阻監(jiān)測點位10 個。測定過程采用的儀器設(shè)備見表1。

表1 華盛虎峰煤業(yè)礦井通風參數(shù)測定儀器表Table 1 Huasheng Hufeng coal mine ventilation parametersmeasuring instrument table

測定了主副斜井、各階段平巷、掘進工作面、回風巷硐室進回風巷道等監(jiān)測點位風速、風量、粉塵濃度以及主通風機、回風機和局部通風工況下風量、全壓以及效率等數(shù)據(jù)，根據(jù)《AQ1028-2006煤礦井工開采通風技術(shù)條件》 規(guī)定的指標計算方法，引入《金屬非金屬地下礦山通風技術(shù)規(guī)范通風系統(tǒng)》合格率評價指標，該指標指測定符合技術(shù)條件中規(guī)定的需風點數(shù)與總需風點數(shù)的比值，對各項監(jiān)測值進行合格率計算，結(jié)果匯總見表2。

表2 通風系統(tǒng)綜合評價結(jié)果Table 2 Comprehensive evaluation results ofventilation syste

通風阻力測定時將風路按照進風段、用風段和回風段進行劃分，其阻力分布情況為，測點1～4（進風段）測定長度為804 m，占總測定長度的13.3%，通風阻力為121.54 Pa，占總阻力的19.5%；測點5～8（用風段）測定長度為1 914 m，占總測定長度的32.1%，通風阻力為147.68 Pa，占總阻力的23.8%；測點9～10（回風段）測定長度為3 198 m，占總測定長度的54.6%，通風阻力為351.51 Pa，占總阻力的56.7%%，繪制阻力坡度與風阻分布如圖1 所示。

圖1 阻力坡度與風阻分布圖Fig.1 Resistance slope and wind resistancedistribution map

2.2 通風系統(tǒng)存在的問題

通過對風速、風量、風質(zhì)、風機效率、風量供需比合格率和風阻分布測定，表明當前系統(tǒng)通風整體效果不好。

（1）通風網(wǎng)路布局不合理。+258～+348 m 段通風量小，通風網(wǎng)路不完整，總回風巷道路線太長，且彎道較多，局部風壓損失過大。

（2）風路漏風量大，通風效率不高。主運輸巷與采空區(qū)距離較近，巷道裂縫多漏風量大；通風風路中設(shè)置的四道風門存在不同程度的漏風現(xiàn)象；+365 m、+371 m 階段段平巷與采空區(qū)聯(lián)通，未設(shè)置密閉墻，導(dǎo)致漏風。

（3）工作面空氣質(zhì)量差，工作面粉塵濃度大，是由于工作面供風不足，主要由于供風路線長、風筒懸掛不平直和風筒的破損漏風。

（4）風阻測定結(jié)果表明通風系統(tǒng)部分區(qū)域配風量較大，總體風阻較小，但回風段風阻過大。

3 礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化方案分析

針對當前通風系統(tǒng)存在的問題，進行優(yōu)化方案設(shè)計，分別對西翼風巷以及東翼總回風進行優(yōu)化設(shè)計。

3.1 西翼風巷優(yōu)化方案

方案一：在+227～+315 m 處沿著礦界設(shè)置回風巷道，在+315～+348 m 處利用當前已設(shè)置的回風聯(lián)絡(luò)斜巷，為了保證下部風不會反流，開采方式采用前進式推進方式，利用下平巷進風，用上部+360 m 階段平巷回風，開采完成后設(shè)置密閉墻（圖2）。

圖2 西翼風巷優(yōu)化方案一示意Fig.2 The optimization scheme l of west wing windtunne

方案二：在+227 m 階段西翼平巷的礦界側(cè)設(shè)置回風斜巷，一直延伸至+284 m 階段西翼平巷的礦界側(cè)，并與之聯(lián)通，如圖3（a）所示，回風通過+284 m 階段西翼平巷進入到東翼的回風斜巷，在平巷與行人盲斜井的交匯處設(shè)置風橋。+315～+348 m 階段煤炭開采時同樣采用前進式推進式，從運輸平巷進風，污風從上部平巷回風至東翼，如圖3（b）所示，開采完成后設(shè)置密閉墻。

圖3 西翼風巷優(yōu)化方案二示意Fig.3 The second illustration of the optimizationscheme of the west wing wind lane

3.2 東翼總回風優(yōu)化方案

西翼風巷的2 種改造方案均通過回風巷道將污風流入到東翼回風斜井中，所以東翼回風斜井中的風量和風速均大，東翼現(xiàn)有回風巷布置如圖4 所示，+360 m 階段東翼平巷經(jīng)回風斜巷到+373 m 階段平巷，經(jīng)過回風斜巷匯合至總回風斜井。為了降低當前回風段風阻，采用2 種改造方案。

圖4 當前東翼回風巷布置Fig.4 The current layout of the east wing windane

方案一：調(diào)整回風斜巷，在圖4 現(xiàn)有回風斜巷的最左邊斜巷下端與+360 m 階段和+373 m 階段間的回風斜巷上端對接，其上端從絞車房回風巷下方穿過，可新掘聯(lián)絡(luò)巷貫通。

方案二：調(diào)整回風斜巷，如圖5 所示，現(xiàn)有回風斜巷左側(cè)靠近的中間斜巷作為回風斜巷，連接絞車房回風巷，然后統(tǒng)一匯合至總回風斜井。

圖5 東翼回風巷改在方案二示意Fig.5 East wing wind lane change in scheme 2

3.3 方案確定

西翼風巷改造方案對比發(fā)現(xiàn)，方案一的掘進工程量為387 m，回風路線最長為1 423 m，按照方案一改造后西翼下部開采時，回采的污風不會污染到東翼，但井底硐室回風風量會串入階段回風聯(lián)絡(luò)斜巷以西資源回采；方案二的掘進工程量為242 m，回風路線最長為1 025 m，按照方案二改造需要設(shè)置風橋。對比工程量并結(jié)合開采作業(yè)計劃，決定采用方案二進行改造通過系統(tǒng)。

對比東翼總回風改造方案發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的回風巷的彎道最多，因此方案一和方案二在降低風阻方面均有優(yōu)勢，雖然方案二比方案一會多掘進約30 m延伸斜巷，但能夠與下部回風巷道直接對接，形成的回風斜巷更加順直，因此選定方案二進行改造。

4 應(yīng)用效果

對華盛虎峰煤業(yè)礦井通風系統(tǒng)西翼風巷和東翼總回風巷改造后，按照新的通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)整了采掘布局、風機供風量后，按照2.1 內(nèi)容進行通風系統(tǒng)參數(shù)測定，結(jié)果見表3，雖然仍有部分指標沒有合格，但有明顯提升，說明通風系統(tǒng)的優(yōu)化改造效果明顯。

5 結(jié)論

為了解決華盛虎峰煤業(yè)礦井部分區(qū)域通風風量偏低，且風質(zhì)明顯低于合格標準的問題，進行通風系統(tǒng)優(yōu)化改造研究，形成以下結(jié)論。

（1）通過對當前通風系統(tǒng)風量、風速、粉塵濃度、風阻等參數(shù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)通風系統(tǒng)存在通風網(wǎng)路布局不合理、通風效率不高、污風回風不暢以及回風段風阻大等問題。

（2）針對西翼提出在+227～ +315 m 處設(shè)置回風巷和在+227～284 m 設(shè)置回風巷，并在在平巷與行人盲斜井的交匯處設(shè)置風橋兩種改造方案，對比兩種方案的工程量決定采用后者方案。

（3）針對東翼總回風巷提出兩種調(diào)整回風斜巷方案，為了進一步降低回風段風阻，決定采用方案二進行改造。

（4）監(jiān)測了改造后通風系統(tǒng)參數(shù)后，風量（風速）、風質(zhì)、風機效率和風量供需比合格率明顯提升。