多風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)分區(qū)通風(fēng)研究

徐 杰

(山西潞安化工集團(tuán) 潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 忻州 036700)

潞寧煤業(yè)目前存在的主要通風(fēng)問題:①回風(fēng)立井通風(fēng)阻力2 901 Pa(應(yīng)小于2 940 Pa)和西擴(kuò)區(qū)回風(fēng)立井通風(fēng)阻力2 498 Pa(應(yīng)小于2 500 Pa)均達(dá)到了臨界值,實(shí)施降阻工程是目前應(yīng)考慮的主要問題;②回風(fēng)立井和西擴(kuò)區(qū)回風(fēng)立井沒有實(shí)現(xiàn)采區(qū)分區(qū)獨(dú)立通風(fēng),實(shí)現(xiàn)采區(qū)分區(qū)獨(dú)立通風(fēng)是下一步通風(fēng)系統(tǒng)改造首要解決的問題。

潞寧煤礦如能實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng),將會(huì)使通風(fēng)風(fēng)路縮短,通風(fēng)阻力降低,減小漏風(fēng)量,保障礦井通風(fēng)經(jīng)濟(jì)合理。各用風(fēng)地點(diǎn)都能保持新鮮風(fēng)流,作業(yè)環(huán)境好。當(dāng)一個(gè)采區(qū)、工作面或硐室發(fā)生災(zāi)變時(shí),不至于影響或波及其他地點(diǎn),較為安全可靠。其目的為保證采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定,為采區(qū)內(nèi)的采掘工作面布置獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)以及搶險(xiǎn)救災(zāi)創(chuàng)造條件,提高采區(qū)的抗災(zāi)能力[1-2]。

為了實(shí)現(xiàn)潞寧煤礦分區(qū)通風(fēng),通過對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析得出,最有效的方法是在消防材料庫(kù)與西翼瓦斯管路巷之間打一道密閉墻。但是當(dāng)?shù)V山井下布局發(fā)生改變或者事故災(zāi)害發(fā)生時(shí),就會(huì)對(duì)這個(gè)動(dòng)態(tài)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響,導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行不合理。利用2021年7月份建立的潞寧煤業(yè)通風(fēng)仿真系統(tǒng),可對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)整進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真,以仿真結(jié)果為基礎(chǔ),對(duì)阻力分布情況以及風(fēng)量變化情況進(jìn)行分析與總結(jié),針對(duì)不匹配區(qū)域,制定對(duì)應(yīng)的解決方案并加以論證,使得潞寧煤礦通風(fēng)動(dòng)力與阻力能夠達(dá)到合理匹配狀態(tài),使得各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量充足、風(fēng)流穩(wěn)定,從而保障其通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行,以此順利實(shí)現(xiàn)潞寧煤礦通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整及擴(kuò)能改造。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)概況

1.1 礦井概況

隨著礦井生產(chǎn)不斷延伸、規(guī)模不斷的擴(kuò)大,潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司通風(fēng)系統(tǒng)日趨復(fù)雜,目前共有4個(gè)進(jìn)風(fēng)井筒(主斜井、副斜井、進(jìn)風(fēng)斜井、西擴(kuò)區(qū)進(jìn)風(fēng)立井)、2個(gè)回風(fēng)井筒(回風(fēng)立井、西擴(kuò)區(qū)回風(fēng)立井)和6個(gè)井筒,采用混合式通風(fēng)方式,機(jī)械抽出式通風(fēng)方法。

為實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、順利過渡,利用礦井通風(fēng)管理信息系統(tǒng)軟件,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)提前進(jìn)行預(yù)測(cè)分析與優(yōu)化調(diào)節(jié),確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)。

1.2 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中,是否含有角聯(lián)結(jié)構(gòu)是判定該通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是否為復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的條件,若通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中存在角聯(lián)結(jié)構(gòu),則該通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)叫做復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),反之該網(wǎng)絡(luò)叫做簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的非角聯(lián)分支風(fēng)阻發(fā)生變化時(shí),該分支以及其他分支的風(fēng)量發(fā)生變化而不會(huì)導(dǎo)致自身以及其他分支的流向發(fā)生變化,此外正因?yàn)榱飨虿环€(wěn)定的角聯(lián)分支,復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性增強(qiáng),然而若復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的角聯(lián)分支的流向發(fā)生變化對(duì)整個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定沒有負(fù)面影響時(shí),甚至?xí)岣咄L(fēng)網(wǎng)絡(luò)的整體穩(wěn)定性,降低通風(fēng)阻力,減少能耗。

通過對(duì)潞寧煤礦通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整及擴(kuò)能改造后的通風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析,為通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造提供技術(shù)支持。通過分析各用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量來源,可以將潞寧煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化,如圖1所示。

圖1 潞寧煤礦通風(fēng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

通過潞寧煤礦通風(fēng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,可以更直觀地看出各個(gè)風(fēng)井與采區(qū)的風(fēng)量供需關(guān)系,其中,副井、進(jìn)風(fēng)斜井和主斜井進(jìn)風(fēng)井主要為22采區(qū)、31采區(qū)同時(shí)供風(fēng);西擴(kuò)區(qū)進(jìn)風(fēng)井主要為24采區(qū)、22采區(qū)同時(shí)供風(fēng);通過明確各個(gè)風(fēng)井與采區(qū)的風(fēng)量供需關(guān)系,將整個(gè)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化可以得到如圖2所示的近H型復(fù)雜結(jié)構(gòu)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。

圖2 近H型結(jié)構(gòu)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖

經(jīng)過模擬與分析,①～⑤為可能反風(fēng)的分支,但是對(duì)于①、③、④和⑤號(hào)分支來說,僅存在理論情況下才能發(fā)生反風(fēng),且條件極為苛刻,發(fā)生的概率極小。而②號(hào)分支(通風(fēng)結(jié)構(gòu)見圖中6—7)很大概率發(fā)生反風(fēng),而且發(fā)生條件也容易產(chǎn)生,②號(hào)分支為進(jìn)風(fēng)井所進(jìn)風(fēng)通往22采區(qū)巷道,當(dāng)31采區(qū)需風(fēng)量增大時(shí),②號(hào)分支就會(huì)出現(xiàn)反風(fēng)現(xiàn)象,西擴(kuò)區(qū)進(jìn)風(fēng)井供給22采區(qū)的風(fēng)供給到31采區(qū)。所以在系統(tǒng)調(diào)整時(shí),需要加大對(duì)②號(hào)分支的關(guān)注,避免發(fā)生反風(fēng)現(xiàn)象,而影響到22采區(qū)供風(fēng)。

2 系統(tǒng)調(diào)整后風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況預(yù)測(cè)

2.1 維持目前通風(fēng)系統(tǒng)的條件下,直接施工密閉

在維持目前通風(fēng)系統(tǒng)的條件下,在消防材料庫(kù)與西翼瓦斯管路巷之間打一道密閉墻,進(jìn)行分區(qū)通風(fēng)。潞寧煤業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)改變后系統(tǒng)變化情況及對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后風(fēng)機(jī)工況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1) 系統(tǒng)布置。在消防材料庫(kù)與西翼瓦斯管路巷之間打一道密閉墻,使得22采區(qū)、23采區(qū)污濁風(fēng)流全部通過西翼瓦斯管路巷,經(jīng)西擴(kuò)區(qū)回風(fēng)立井流出。具體位置與仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 打密閉前后通風(fēng)仿真對(duì)照?qǐng)D(單位:m3/min)

2) 方案模擬結(jié)果。主要風(fēng)井、大巷風(fēng)量變化如表1所示。

表1 主要風(fēng)井、大巷風(fēng)量變化

3) 施工密閉后系統(tǒng)預(yù)測(cè)分析。主要井巷風(fēng)量影響分析。通過仿真計(jì)算得出:目前通風(fēng)系統(tǒng)下,在消防材料庫(kù)與西翼瓦斯管路巷之間打一道密閉墻,該方案對(duì)礦井系統(tǒng)影響較大。方案實(shí)施后,西擴(kuò)區(qū)回風(fēng)立井回風(fēng)量增加965 m3/min,3號(hào)煤回風(fēng)立井回風(fēng)量降低1 939 m3/min.

對(duì)22采區(qū)的影響膠帶下山、軌道下山相較于方案實(shí)施前,風(fēng)量分別降低614 m3/min、809 m3/min.總回風(fēng)下山回風(fēng)量減少了1 639 m3/min,使得22117工作面風(fēng)量降低215 m3/min;22122工作面風(fēng)量降低363 m3/min.3號(hào)煤回風(fēng)下山回風(fēng)量增加了464 m3/min,對(duì)3號(hào)煤運(yùn)輸下山和軌道下山影響較小。通3號(hào)煤總回巷風(fēng)量增加668 m3/min,排水巷進(jìn)風(fēng)量降低227 m3/min,西翼瓦斯管路巷回風(fēng)量增加1 549 m3/min.

地面主要通風(fēng)機(jī)的影響分析。在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中,系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)變化之中,需風(fēng)量總在變化,需要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)來滿足通風(fēng)要求,工況點(diǎn)調(diào)節(jié)工作對(duì)礦井安全生產(chǎn)至關(guān)重要。風(fēng)機(jī)的可調(diào)節(jié)范圍要滿足礦井的通風(fēng)要求,工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)必須保證在合理范圍內(nèi):一是從經(jīng)濟(jì)方面考慮,工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)主要通風(fēng)機(jī)的靜壓效率不應(yīng)低于70%;二是從安全的角度考慮,要求工況點(diǎn)不能處于不穩(wěn)定區(qū),通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓不應(yīng)大于最大風(fēng)壓的0.9倍。

表2為方案實(shí)施后回風(fēng)井風(fēng)量、總阻力變化情況。

表2 回風(fēng)井風(fēng)量、總阻力變化情況

3號(hào)煤回風(fēng)立井系統(tǒng)調(diào)整前后運(yùn)行工況如圖4所示。

圖4 3號(hào)煤回風(fēng)立井系統(tǒng)調(diào)整前后運(yùn)行工況

西擴(kuò)區(qū)回風(fēng)立井系統(tǒng)調(diào)整前后運(yùn)行工況如圖5所示。

圖5 西擴(kuò)區(qū)回風(fēng)立井系統(tǒng)調(diào)整前后運(yùn)行工況

回風(fēng)立井:3號(hào)煤回風(fēng)立井風(fēng)量為8 480 m3/min,阻力為3 430 Pa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5 000～10 000 m3/min,對(duì)應(yīng)阻力小于2 500 Pa,屆時(shí)3號(hào)煤回風(fēng)立井通風(fēng)量減少1 939 m3/min,阻力增加529 Pa,這將會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)可能發(fā)生風(fēng)機(jī)喘振的嚴(yán)重后果。

西擴(kuò)區(qū)回風(fēng)立井:西翼瓦斯管路巷回風(fēng)量增加1 549 m3/min,總回風(fēng)增加969 m3/min,總阻力降低了422 Pa,有所富余。

2.2 先進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)降阻優(yōu)化,再調(diào)整實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)

基于對(duì)系統(tǒng)調(diào)整后風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況預(yù)測(cè),直接打密閉后,會(huì)造成3號(hào)煤回風(fēng)立井阻力達(dá)到3 430 Pa,風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振,采區(qū)用風(fēng)地點(diǎn)用風(fēng)量不足,影響礦井正常生產(chǎn)。

主要設(shè)想:首先進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化降阻,再通過提升風(fēng)機(jī)運(yùn)行能力,借助通風(fēng)仿真系統(tǒng)對(duì)3號(hào)回風(fēng)立井系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化降阻,預(yù)計(jì)回風(fēng)立井降阻約為1 000 Pa,通風(fēng)阻力預(yù)計(jì)約為2 000 Pa,能夠保證風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。西擴(kuò)區(qū)風(fēng)量增加3 600 m3/min,能夠保持目前的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量配置,目前系統(tǒng)預(yù)測(cè)阻力為3 800 Pa,風(fēng)機(jī)不能滿足該工況要求。所以,如果實(shí)施該方案,需要實(shí)施降阻工程。主要高阻力巷道有:西翼瓦斯管路巷950 Pa,回風(fēng)下山(長(zhǎng)度約為800 m)消耗阻力1 050 Pa,巷道斷面擴(kuò)大1/3以上,阻力降低1 000 Pa,實(shí)施降阻工程后,西擴(kuò)區(qū)風(fēng)量總風(fēng)量14 200 m3/min,總阻力2 800 Pa.

3 結(jié) 語

為實(shí)現(xiàn)潞寧煤礦分區(qū)通風(fēng),利用潞寧煤業(yè)通風(fēng)仿真系統(tǒng)IMVS,對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整并實(shí)時(shí)仿真,根據(jù)仿真結(jié)果預(yù)測(cè)礦井阻力為3 800 Pa,目前風(fēng)機(jī)不能滿足該工況要求。

針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)工況點(diǎn)不匹配問題,制定高阻力巷道,即西翼瓦斯管路巷和回風(fēng)下山的降阻方案,實(shí)施降阻工程后,西擴(kuò)區(qū)風(fēng)量增加3 600 m3/min,總風(fēng)量達(dá)14 200 m3/min,通風(fēng)系統(tǒng)阻力降低1 000 Pa,總阻力為2 800 Pa,礦井通風(fēng)動(dòng)力與阻力能夠達(dá)到合理匹配狀態(tài),滿足工況點(diǎn)要求。