高阻力礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

張文彪

（柳林縣煤炭工業(yè)局， 山西 柳林 033300）

1 某礦井實(shí)際通風(fēng)系統(tǒng)分析

1.1 礦井概況

本次研究的礦井地處山東省萊蕪市南部郊區(qū)，處于優(yōu)勢(shì)的地理位置，磁萊鐵路從礦區(qū)東北部有磁萊鐵路繞礦，與顏莊火車站相距6.5 km，運(yùn)輸?shù)V井的鐵路在顏莊車站與磁萊線相連，有高速公路通過(guò)，交通便捷。礦井東西部均與其他煤礦相鄰，井田面積23.6 km2。礦井采用斜井多水平大巷石門開(kāi)拓，共三個(gè)水平，采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，冒落法管理頂板。

礦井通風(fēng)方式為對(duì)角式，風(fēng)從副井、管子井和皮帶進(jìn)井，回風(fēng)通過(guò)西風(fēng)井和北風(fēng)井，共計(jì)需風(fēng)量為2 856m3/min。布置兩個(gè)采煤工作面在北區(qū)、三個(gè)掘進(jìn)工作面、14個(gè)硐室及其他用風(fēng)地點(diǎn)，共計(jì)需風(fēng)量為3 067m3/min。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘驗(yàn)可知，本煤礦礦井有獨(dú)立完善的通風(fēng)系統(tǒng)，有監(jiān)控安全措施，保證防塵滅火完善，設(shè)施完備、可靠。本礦井主要是利用機(jī)械通風(fēng)，經(jīng)資質(zhì)單位檢測(cè)合格。安全檢測(cè)儀器完備可靠，局部通風(fēng)裝置符合相關(guān)要求，屬于低瓦斯礦井，管理規(guī)范。

1.2 通風(fēng)性系統(tǒng)概況特點(diǎn)

本礦井通風(fēng)系統(tǒng)是復(fù)雜動(dòng)態(tài)的。其地質(zhì)條件在煤層發(fā)育處受地殼運(yùn)動(dòng)的影響下，出現(xiàn)斷層、褶皺、沉陷等；瓦斯及二氧化碳的涌出影響礦井通風(fēng)；在正常生產(chǎn)的過(guò)程中，隨著不斷開(kāi)拓、采掘面的推進(jìn)或者轉(zhuǎn)移、礦山壓力壓縮巷道變形，造成通風(fēng)設(shè)備磨損被毀，使其性能衰老，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、分支風(fēng)阻、風(fēng)網(wǎng)內(nèi)風(fēng)流大小、方向都會(huì)發(fā)生改變[6]。

造成本礦井發(fā)生變化主要受通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力及阻力分布等因素的影響，使得老礦井存在井通風(fēng)線路長(zhǎng)、回風(fēng)斷面小、通風(fēng)阻力大、井下生產(chǎn)地點(diǎn)分布散亂、通風(fēng)調(diào)控與管理困難等問(wèn)題。井下通風(fēng)設(shè)施多，通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。主要通風(fēng)機(jī)及附屬裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下。漏風(fēng)嚴(yán)重，井下有效風(fēng)量率低。井下安全生產(chǎn)條件更趨復(fù)雜，礦井的抗災(zāi)能力降低等外在特性。

1.3 系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

表1 西風(fēng)井、西區(qū)系統(tǒng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力及阻力分布表

表2 北風(fēng)井、北區(qū)系統(tǒng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力及阻力分布表

表1為西風(fēng)井、西區(qū)系統(tǒng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力及阻力分布表，表2為北風(fēng)井的具體情況。在計(jì)算過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況將西區(qū)和北區(qū)作為一個(gè)完整的系統(tǒng)進(jìn)行參考。將相關(guān)數(shù)據(jù)表1和表2輸入計(jì)算機(jī)使用軟件解算，得到通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀模擬網(wǎng)絡(luò)解算的結(jié)果，見(jiàn)下頁(yè)圖1和圖2。由下頁(yè)圖1可知，功率與風(fēng)量呈正相關(guān)關(guān)系，但是壓強(qiáng)與風(fēng)量的關(guān)系為負(fù)相關(guān)，而圖2中，可以看出功率與風(fēng)量呈正比例線性關(guān)系，效率在圖1和圖2中都是緩慢增加后趨于平穩(wěn)或下降，這表明，存在最優(yōu)優(yōu)化參數(shù)。由表1和表2可知，西風(fēng)井風(fēng)量51.5m3/s，北風(fēng)井風(fēng)量51.5m3/s，基本相當(dāng)。

根據(jù)計(jì)算檢測(cè)可知，北區(qū)與西區(qū)實(shí)際情況真實(shí)，阻力分布較為平衡，通風(fēng)阻力與風(fēng)量合理匹配，滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：本礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要規(guī)律特點(diǎn)為：第一，由于北區(qū)具有較大較長(zhǎng)的一條進(jìn)風(fēng)大巷，因此北區(qū)進(jìn)風(fēng)段比例過(guò)大（圖2），西區(qū)進(jìn)風(fēng)段最合理（圖1）。第二，本區(qū)有簡(jiǎn)單的通風(fēng)系統(tǒng)，有合理的巷道斷面，通風(fēng)順暢，因此兩區(qū)域用風(fēng)段比例均較小。第三，北區(qū)由回風(fēng)井、小面積回風(fēng)巷段面組成，導(dǎo)致北區(qū)有較大通風(fēng)阻力，因此西區(qū)與北區(qū)有大比例的阻力分布。通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬可知，現(xiàn)階段礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)狀況符合礦井通風(fēng)的要求。

圖1 西風(fēng)井1號(hào)主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)個(gè)體特征曲線

圖2 北風(fēng)井1號(hào)主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)個(gè)體特征曲線

但是在局部通風(fēng)巷道仍存在需要完善的環(huán)節(jié)：第一，突然變化的巷道斷面以及斷面存在直角拐彎，導(dǎo)致增加了局部通風(fēng)阻力；第二，維護(hù)巷道，有效增加其斷面，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道通風(fēng)摩擦阻力的降低；第三，對(duì)于通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行合理規(guī)劃，充分利用通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)門、風(fēng)窗等，將自然風(fēng)的風(fēng)流量作為設(shè)置參數(shù)，適當(dāng)縮減通風(fēng)設(shè)備數(shù)量，降低發(fā)生漏風(fēng)的可能，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)阻力的降低。第四，封閉暫不使用的聯(lián)絡(luò)、巷道，以此提升有效風(fēng)量并加強(qiáng)對(duì)礦井的日常維護(hù)。

2 某礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案及其分析

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

根據(jù)實(shí)際勘察與實(shí)驗(yàn)計(jì)算，本礦井的系統(tǒng)實(shí)際問(wèn)題包括：礦井通風(fēng)量與阻力系統(tǒng)不符、通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)、用、回風(fēng)段通風(fēng)阻力比例不合理、風(fēng)機(jī)負(fù)壓過(guò)高，風(fēng)機(jī)效率偏低。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案

在本案例中，由于風(fēng)機(jī)負(fù)壓過(guò)高、風(fēng)機(jī)效率偏低，在制定通風(fēng)系統(tǒng)改造方案時(shí)將電動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行了提高，將260 kW電機(jī)更換為570 kW電動(dòng)機(jī)。此外，為了解決礦井通風(fēng)量與阻力系統(tǒng)不符，通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)、用、回風(fēng)段通風(fēng)阻力比例不合理的問(wèn)題，項(xiàng)目組在技術(shù)路線中對(duì)回風(fēng)井參數(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)度上的調(diào)整，以平衡通風(fēng)量與阻力間的關(guān)系。具體有三種較為合理的技術(shù)方案：

1）在315石門至32石門區(qū)段范圍內(nèi)開(kāi)拓一新進(jìn)風(fēng)立井，將北區(qū)回風(fēng)井一段，由10.2m2擴(kuò)至12m2，并對(duì)北區(qū)各采區(qū)回風(fēng)巷進(jìn)行一般性地?cái)U(kuò)修維護(hù)降阻。

2）拓寬-400北區(qū)大巷，將-400北區(qū)大巷由18m2擴(kuò)至26m2，將北區(qū)回風(fēng)井一段，由10.2m2擴(kuò)至12m2，并對(duì)北區(qū)各采區(qū)回風(fēng)巷進(jìn)行一般性地?cái)U(kuò)修維護(hù)降阻。

3）在315下山區(qū)運(yùn)輸下山補(bǔ)掘150 m巷道與315輔助下山相通，與315輔助下山并聯(lián)回風(fēng)；同時(shí)拓寬315運(yùn)輸上山從7.2m2擴(kuò)大到10m2。拓寬315輔助下山，從7.2m2擴(kuò)大到8.5m2。將北區(qū)回風(fēng)井一段由10.2m2擴(kuò)至12m2，并對(duì)北區(qū)各采區(qū)回風(fēng)巷道進(jìn)行一般性地?cái)U(kuò)修維護(hù)降阻。

在技術(shù)上符合要求的情況下，再根據(jù)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性與技術(shù)可行性進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，方案（3）中的工況點(diǎn)處于經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的區(qū)域，且風(fēng)壓最低，風(fēng)量最大，進(jìn)風(fēng)區(qū)、用風(fēng)區(qū)、回風(fēng)區(qū)的通風(fēng)阻力分布更加合理，耗工性最小、通風(fēng)電費(fèi)最少、投資費(fèi)用最小。此外，風(fēng)壓最低、風(fēng)量最大，最有利于施工與管理等優(yōu)勢(shì)。綜上所述，方案（3）技術(shù)可行、通風(fēng)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且完全可靠。

3 結(jié)語(yǔ)

為確定礦井的通風(fēng)狀況需要以實(shí)地檢測(cè)的風(fēng)阻力風(fēng)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和風(fēng)機(jī)特性曲線對(duì)礦井通風(fēng)情況進(jìn)行模擬計(jì)算，本次研究發(fā)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)滿足通風(fēng)需求量。但目前在通風(fēng)巷道中仍存在不足，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)，可指導(dǎo)管理工作者進(jìn)行日常管理工作，并可將日常數(shù)據(jù)作為分析不同時(shí)期通風(fēng)情況的參考依據(jù)。根據(jù)實(shí)地勘驗(yàn)，在本次檢測(cè)中礦井通風(fēng)確實(shí)存在一定問(wèn)題需要及時(shí)解決。結(jié)合專家意見(jiàn)以及工作經(jīng)驗(yàn)，主要制定了三個(gè)方案，根據(jù)綜合比較最優(yōu)方案為方案三，其技術(shù)可行、通風(fēng)經(jīng)濟(jì)、安全可靠。