礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化及關(guān)鍵設(shè)備的選型

張劍波

（陽(yáng)煤寺家莊有限責(zé)任公司防突隊(duì)， 山西 昔陽(yáng) 045300）

引言

煤炭安全生產(chǎn)一直都是備受關(guān)注的問(wèn)題，煤礦安全生產(chǎn)是保證其產(chǎn)量的基礎(chǔ)。影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素包括有煤層中蘊(yùn)藏的瓦斯、地下水以及綜采設(shè)備是否可靠等，為確保煤礦安全生產(chǎn)需針對(duì)性地采取防范措施。其中，針對(duì)綜采工作面煤層中蘊(yùn)藏的瓦斯，主要通過(guò)礦井通風(fēng)系統(tǒng)降低工作面的瓦斯?jié)舛萚1]。礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣性直接決定其瓦斯、粉塵濃度是否符合《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，需建立合理、完善的礦井通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦的安全生產(chǎn)提供保障。鑒于某煤礦年代久遠(yuǎn)，需對(duì)其礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化并完成其關(guān)鍵設(shè)備的選型。

1 通風(fēng)現(xiàn)狀

目前，該礦井所采用的通風(fēng)方式為中央并列式，其通風(fēng)路徑為：主井、副井進(jìn)風(fēng)，西風(fēng)井回風(fēng)的路徑。當(dāng)前某礦通風(fēng)系統(tǒng)所存在的問(wèn)題總結(jié)如下：

1）隨著工作面的深入，通風(fēng)路線不斷加長(zhǎng)，導(dǎo)致其風(fēng)阻增大；

2）該礦的年代相對(duì)久遠(yuǎn)，其設(shè)計(jì)初期的設(shè)備相對(duì)老化，效率低，其通風(fēng)量無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求；

3）鑒于該礦井煤層特點(diǎn)，其同時(shí)參與工作的掘進(jìn)工作面的數(shù)量較多，導(dǎo)致各個(gè)掘進(jìn)工作面的通風(fēng)量較小[2]；

通過(guò)驗(yàn)算可得，以該礦井現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)僅可維持年產(chǎn)值120 萬(wàn)t 的生產(chǎn)需求。但是，該礦的年規(guī)劃產(chǎn)值為210 萬(wàn)t。因此，急需對(duì)綜采工作面現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)

基于對(duì)當(dāng)前礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀研究的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)如下四種通風(fēng)系統(tǒng)的改造方案。具體闡述如下：

改造方案一：維持當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不變的基礎(chǔ)上，僅更換通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備通風(fēng)機(jī)。具體操作為：將當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)的G4-7328D/400 的兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)更換為通風(fēng)量更大的FCBD29/630 對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)。為實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能生產(chǎn)，改造后的通風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，使其能夠根據(jù)通風(fēng)需求控制通風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到所需的通風(fēng)量[3]。

改造方案二：在當(dāng)前通風(fēng)方式的基礎(chǔ)上，新增一個(gè)回風(fēng)井。其中，新增回風(fēng)井主要服務(wù)于4 號(hào)、6 號(hào)煤層的開(kāi)采；原西回風(fēng)井服務(wù)于3 號(hào)、5 號(hào)煤層的開(kāi)采。將原先的中央并列式通風(fēng)方式該為混合式通風(fēng)方式。

改造方案三：在礦井東西兩側(cè)各新增一個(gè)回風(fēng)井，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)對(duì)角式通風(fēng)。具體實(shí)施為：在礦井西側(cè)6號(hào)煤層附近新增一個(gè)回風(fēng)井，主要服務(wù)于4 號(hào)、6 號(hào)煤層的開(kāi)采；在礦井東側(cè)5 號(hào)煤層附近新增一個(gè)回風(fēng)立井，服務(wù)于3 號(hào)、5 號(hào)煤層的開(kāi)采。將原有的中央并列式通風(fēng)方式優(yōu)化為對(duì)角式通風(fēng)方式。

改造方案四：新增輔助通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)工作面的通風(fēng)量不足時(shí)可適當(dāng)增加輔助通風(fēng)機(jī)。針對(duì)該礦情況，在礦井西側(cè)6 號(hào)煤層、東側(cè)5 號(hào)煤層新增輔助通風(fēng)系統(tǒng)，并為其配置4 臺(tái)輔助通風(fēng)機(jī)，從而解決通風(fēng)線路長(zhǎng)、風(fēng)阻大的問(wèn)題。但是，礦井的通風(fēng)方式保持不變[4]。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的確定

根據(jù)礦井實(shí)際情況，提出四種通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案?，F(xiàn)將四種優(yōu)化方案的優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比如下：

1）方案一與其他改造方案對(duì)比具有工程量小、工期短的特點(diǎn)。但是，基于改造方案一隨著工作面的深入，其通風(fēng)阻力不斷增大，雖然更換了功率較大的通風(fēng)機(jī)。但是，經(jīng)換算可知通風(fēng)困難時(shí)期其效率僅為94%，且耗電量很大。

2）方案二新增回風(fēng)井可有效增加回風(fēng)巷道的距離，從而減小風(fēng)阻。經(jīng)計(jì)算，方案二的礦井在困難時(shí)期的風(fēng)阻比方案一小320 MPa。缺點(diǎn)在于：改造方案二的工程量大、工期長(zhǎng)，且通風(fēng)方式由并列式通風(fēng)更改為混合式通風(fēng)，在后期的管理相對(duì)復(fù)雜。

3）方案三在礦井東西側(cè)各新增一個(gè)回風(fēng)立井，其在縮短回風(fēng)巷道距離的同時(shí)，大大降低了礦井在困難時(shí)期的風(fēng)阻，具體值約為980 MPa。此外，基于方案三改造完成后新增了礦井的安全出口，確保礦井風(fēng)壓相對(duì)穩(wěn)定[5]。但是，方案三的工程量更大、工期更長(zhǎng)。

4）基于方案四中的輔助通風(fēng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道中風(fēng)壓的平衡，在不增加礦井巷道風(fēng)壓的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)工作面風(fēng)量的增加。但是，方案四需要較為嚴(yán)格的管理模式，容易導(dǎo)致與輔助風(fēng)機(jī)并聯(lián)風(fēng)路中風(fēng)量不足。

綜上所述，方案一具有相同工程量下工期短的明顯優(yōu)勢(shì)；方案四盡管能夠增加巷道的風(fēng)量，但是其仍無(wú)法滿足將來(lái)210 萬(wàn)t/d 的工作需求。為進(jìn)一步甄選出較為合適的優(yōu)化方案，本文對(duì)前三種方案的改造成本進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)比結(jié)果如表1 所示。

表1 三種方案改造成本分析 萬(wàn)元

綜上所述，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全以及管理等方面對(duì)比分析，方案一為最優(yōu)方案。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的選型

方案一的關(guān)鍵是為礦井通風(fēng)系統(tǒng)匹配最佳的通風(fēng)機(jī)。因此，根據(jù)相關(guān)計(jì)算得出通風(fēng)機(jī)的型號(hào)和規(guī)格。

3.1 選型依據(jù)

方案一僅對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型，其基礎(chǔ)通風(fēng)方式未改變。因此，通風(fēng)機(jī)的選型依據(jù)為：通風(fēng)方式為中央并列式通風(fēng)方式，其中主、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)。

經(jīng)前期測(cè)算，該礦井在實(shí)際生產(chǎn)中所需的風(fēng)量為135m3/s；在通風(fēng)困難時(shí)期礦井巷道的負(fù)壓為4163.2Pa、通風(fēng)容易時(shí)期礦井巷道的負(fù)壓為3 597.2 Pa。

3.2 通風(fēng)設(shè)備的選型確定

考慮通風(fēng)系統(tǒng)在實(shí)際通風(fēng)過(guò)程中的漏風(fēng)損失和阻力損失后，要求通風(fēng)機(jī)風(fēng)量滿足如下要求：

通風(fēng)機(jī)風(fēng)量為135 m3/s×1.05=141.75 m3/s；

基于對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算，并對(duì)通風(fēng)機(jī)相關(guān)產(chǎn)品的選型對(duì)比，擬采用方案一中通風(fēng)機(jī)的型號(hào)為FCBD29/630 對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)。安裝兩臺(tái)，其中一臺(tái)工作，另一臺(tái)為備用。

4 結(jié)語(yǔ)

通風(fēng)系統(tǒng)作為保證綜采工作面巷道瓦斯、粉塵濃度滿足《煤炭安全規(guī)程》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的措施之一，其性能優(yōu)劣直接決定工作面生產(chǎn)的安全性。對(duì)于年代久遠(yuǎn)的礦井而言，隨著巷道的推進(jìn)，出現(xiàn)通風(fēng)量不足、設(shè)備老化等問(wèn)題。因此，需根據(jù)礦井實(shí)際情況對(duì)其通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以確保其滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。