掘進工作面通風方案的設計及驗證

張旭峰

（陽煤寺家莊有限責任公司開拓三隊， 山西 昔陽 045300）

引言

礦井通風是礦井生產過程中的重要安全保障。隨著礦井開采規模的不斷擴大、掘進巷道不斷延長，原有的通風系統已不能滿足礦井生產的安全需求。尤其對一些已經處于生產后期的老礦井，必須改造升級通風系統。增加通風量、更換通風設備是目前較普遍的礦井通風改造方案，這種方法成本高、耗能大、施工困難，迫切需要探索一種新的通風技術來取代傳統的通風做法，可控循環通風應運而生[1]。然而可控循環通風較為復雜，目前我國只在低瓦斯煤礦中的掘進工作面有一定的應用。多年來，礦井中可控循環通風技術應用實例結合數值模擬試驗研究表明掘進工作面采用可控循環通風技術可以稀釋和排出瓦斯及粉塵，有效改善礦井通風條件，保證礦井生產安全。

1 工程實例

1.1 礦井概況

該礦井生產能力可達1.5 Mt/a，服務年限為25.3 a。該礦井包括兩個水平開拓，開采方式采用上下山開采。上組煤采區為092 采區，開采9-1、9-2 及10 煤層。下組煤采區為161 采區，開采16 煤層。礦井含有四個井筒：主斜井、副斜井、主立井、回風立井。礦井總風量150，掘進工作面配風量均為8。礦井絕對瓦斯涌出量為9.08 m3/min，相對瓦斯涌出量2.63 m3/t。該礦井有1 個炮掘、3 個綜掘工作面。9-1 號、16 號綜掘工作面瓦斯涌出量分別為0.073 m3/min、1.16 m3/min。9-1 號炮掘工作面瓦斯涌出量為：0.045 m3/min。煤塵爆炸指數在26%～37%之間。

1.2 礦井通風現狀

該煤礦共有四條井筒，分別包括有主斜井、副斜井、主副立井以及回風立井。其中，主斜井、副斜井和主副立井為該煤礦通風系統提供進風；回風立井為該煤礦提供回風。煤礦所采用的通風方式為中央并列式、抽出式通風方式，所選設備為局部風機壓入式通風。

目前，煤礦的總通風量為150 m3/s，由于該煤礦進風井和回風經的高度差小于150 m。因此，該煤礦不適合采用自然風壓方式進行通風。

2 掘進工作面可控循環通風的設計

該礦掘進工作面原采用壓入式通風方式。現采用可控循環通風技術進行改造，即增加2 臺局部排風機，并安裝瓦斯、粉塵濃度監測，風量監測，及報警裝置[2]。主要設計要求如下：可控循環通風可調節壓、抽局部風機風量比，保證掘進工作面保持負壓；局排風筒入口距作業點的距離應在有效吸程內；風筒內風速大于0.25 m/s。

根據礦井通風資料，繪制掘進工作面可控循環通風網絡圖，如圖1 所示。

圖1 掘進工作面通風網絡示意圖

圖中所注風量單位為m3/s。通風網絡圖中數字為風量值，標為“Q=XX”或“XX”。

3 通風效果的驗證

3.1 通風量的驗證

為驗證可控循環技術對煤礦掘進工作面通風的改善情況，對工作面的風阻、風量以及風速等參數進行對比[3]。假設選用直徑1 000 mm 的風筒，假定風筒重疊段平均風速為0.25 m/s，循環率為35%。利用Avwin 軟件計算風網，解算結果見表1 所示。

表1 掘進工作面通風網絡計算結果

分析表1 可知，煤礦采用可控循環通風技術后，掘進工作面的通風量得到明顯改善；巷道負壓明顯增加，進而有利于自然風進入巷道內，減小通風機的負荷；此外，改造后巷道內的風阻系數明顯降低，降低了通風機工作時的負荷。總之，基于可控循環通風技術所設計的通風方案能夠對巷道內的通風情況得到明顯改善。

3.2 工作面瓦斯濃度的驗證

瓦斯作為威脅綜掘工作面安全生產的主要因素。因此，瓦斯濃度為衡量通風系統有效性、可行性的關鍵指標[4]。改造前后決絕工作面瓦斯濃度的對比如表2 所示。

表2 改造前后掘進工作面瓦斯濃度對比

分析表可知，基于可控循環通風技術對掘進工作面通風方案的設計能夠明顯降低掘進工作面的瓦斯濃度，且改造后工作面瓦斯濃度分別為0.025 3%和0.028 3%，，完全滿足《煤礦安全規程》規定的掘進工作面瓦斯濃度均小于0.03 的要求。

3.3 其他參數的驗證

改造前后其他參數的對比如表3 所示。

分析表3 可知，改造后掘進工作面的粉塵濃度明顯降低，濕度及溫度均得到明顯改善，為工作面作業人員提供了較為舒適的工作環境。

表3 改造前后其他參數對比

3.4 節能效果分析

礦井采用掘進工作面可控循環通風技術后，礦井總風量為139 m3/s。該方案選用了2 臺防爆軸流風機局部排風，一用一備。經過改造后，通風電機功率降低約120 kW，每天可節約1 226 kWh 的電量。顯然，可控循環通風技術應用在低瓦斯礦井中不僅可以改善掘井工作面操作環境，還可以減少用電能耗，降低成本提高煤礦的經濟效益[5]。

4 結論

煤礦通風性能作為保證綜掘工作面安全生產的關鍵，在實際生產中應根據煤礦所處地理位置、規模及開采方式設計與其相匹配的通風方案。本文基于可控循環通風技術對XX 煤礦的通風方案進行設計，通過風網計算可得結論：該煤礦采用可控循環通風技術后掘進工作面的通風量得到明顯提升，巷道負壓及風阻明顯降低；工作面的瓦斯濃度值也較之前有改善，滿足《煤炭安全規程》的相關要求；工作面粉塵、溫濕度等作業人員的工作環境得到明顯改善；此外，采用可控循環通風技術后每天可節約電能約為1 226 kWh。