李雅莊礦通風系統可靠性定量分析研究

郭雪鵬，劉恒泰

(霍州煤電集團有限責任公司 通風部，山西 臨汾 031400)

礦井通風系統是一個包括礦井通風方式、通風機運行方法以及通風網絡狀況的動態系統，是煤礦安全生產的基石[1-2]. 礦井采掘深度和開采規模的增加，給礦井通風系統帶來的通風壓力也逐漸增大，導致通風可靠性降低，嚴重的會引起井下風流紊亂，影響煤礦的正常生產，因此進行礦井通風系統可靠性的研究是十分必要的[3].

礦井通風系統的可靠性主要指保證礦井在正常投產時間內，滿足井下各用風地點的風量滿足生產需要，同時保證通風系統與礦井生產系統協調運行，防止井下突發事件發生的能力[4-5]. 通風網絡中通風構筑物的損壞程度、通風動力裝置的運行狀況等因素，對礦井通風系統的可靠性造成了直接影響[6].

1 礦井概況

李雅莊礦通風方式為混合式，通風方法為抽出式，共5個井筒。其中，4個進風井，1個回風井。進風井分別為：主斜井、副斜井、1號進風立井、2號進風立井。回風井為2號回風立井；2號回風井裝有2臺同等能力的通風機，一臺保證礦井正常生產運行，另一臺作為備用風機。六采區通風系統采用兩進風兩回風的方式，即六采區的皮帶巷、軌道巷作為進風巷，右回風巷、左回風巷作為采區回風巷。回采工作面采用U型通風，配風量為2 235 m3/min，掘進工作面采用壓入式供風。

2 礦井通風系統可靠性分析

影響礦井通風系統可靠性的主要因素包括通風方式和方法、通風動力、通風網絡以及通風設施，通過對李雅莊礦礦井通風系統的分析，及時發現現階段運行的通風系統中可能存在的安全隱患，并針對這些潛在的隱患提出治理和改正措施。

2.1 通風動力裝置可靠性

通風動力裝置可靠性因素包括風機通風方法合理性、機房安全設施健全度、風機性能合格度、風機反風性能合格度、局部通風系統可靠度。李雅莊礦礦井通風方式實現了各盤區分區獨立通風，符合《煤礦安全規程》要求。2號回風立井井口安裝2臺FBCDZ-10-No.34型軸流對旋式通風機，配用電機功率2×710 kW，其回風量為12 000 m3/min，運行負壓2 200 Pa. 回風井配置的通風動力能滿足當前生產要求。

2.2 礦井通風網絡結構及阻力分布合理性

礦井通風管理信息系統軟件能夠實現日常通風管理，進行各種通風系統方案仿真，軟件在算法上解決了無初值迭代求解，實現了固定半割集下的通風網絡按需分風，對于通路的求解采用基于節點驅動的算法，加速了程序的執行[7].

李雅莊礦礦井通風網絡分支總數為383條，網絡節點總數為294，地面運轉主扇風機1臺，調節設施總數為44. 通過礦井通風管理信息系統進行巷道風速分析，得到各巷道風速均滿足《煤礦安全規程》要求。對于2號回風立井而言，總阻力為2 243 Pa，進風區阻力為496 Pa，用風區阻力為1 464 Pa，回風區阻力為283 Pa，進風區段所占阻力為22.2%，而用風區段所占阻力為65.4%，回風區段所占阻力為12.4%. 2號回風立井及主通風機參數見表1. 由表1可知，礦井屬于通風容易風井。

表1 2號回風井及地面主通風機參數表

根據礦井通風系統三區阻力分布比例可知該礦通風阻力分布較為合理，沒有出現明顯的高阻力段。進風區阻力占比較大的原因是路線較長，長度大約為6 900 m. 在用風段，對2-605工作面回風側進行了調節，調節阻力310 Pa，考慮和八采區總回的南總回風巷同時降阻調，可實現礦井總阻力下降，總風量增加。此外，對2號進風井進行了風量限制，通過優化可進一步降低阻力，增加礦井風量。六采區右回風下山部分巷道風量大，有效斷面相對小，風速接近上限6 m/s. 從目前來看，通風系統能夠滿足生產要求，但總阻力偏大，需要進行通風系統改造，提高礦井通風系統的穩定程度：1) 加強巷道支護，減小巷道形變程度以降低總阻力。2) 加強巷道管理，清理巷道內的雜物。3) 對局部巷道斷面太小的巷道進行擴巷。4) 八采區回采時，拆除南總回風巷道調節，維護南總回風巷道使回風順暢。5) 在五采區回采之前，對八聯巷附近南總回風巷進行擴巷。

2.3 通風設施可靠性

通風構筑物巷道共有44處，風門壓差超過1 000 Pa的有14處，風門壓差在500～1 000 Pa有11處，100～500 Pa的有6處，小于100 Pa的有13處。構筑物巷道參數統計可通過李雅莊礦礦井通風管理信息系統進行查詢。

隨著李雅莊礦生產的不斷接續，采深不斷增加，其通風系統日益復雜，為了確保井下各用風地點風量供需關系的合理性，加設的通風構筑物尤其是風門的數量較多，所以需要加強管理，特別是壓差大的風門更要注意日常維護與檢修，保障通風系統可靠運行。礦井有效風量為156.47 m3/s，總排風量為193.99 m3/s，用風量占總風量比例即有效風量率為80.66%，礦井總風量能夠滿足生產需求，考慮到井下部分風門存在漏風等現象，可以通過加強控風設施密閉性的方式，減少無效風量，提高風量的利用率。

3 通風系統可靠性定量評價

為了對李雅莊礦通風系統整體可靠性進行分析，采用模糊綜合評價法進行定量計算研究。

1) 首先設模糊綜合評價的評語集為：

2) 根據模糊評價理論體系計算如下：

(1)

式中：

N—一級得分；

M—隸屬度得分。

3) 對李雅莊礦通風系統評價指標的賦值結果見表2.

4) 依據以上的計算賦值結果，按照式(2)對李雅莊煤礦通風系統安全綜合評價值F進行計算。

(2)

根據上述的評語集區間，由于0.8

4 結 論

1) 采用系統工程理論對李雅莊礦通風系統進行了可靠性影響因素分析，包括通風方式和方法、通風動力、通風網絡和通風設施，構建了李雅莊礦通風系統可靠性評價指標體系。

2) 采用模糊綜合評價法對李雅莊礦通風系統穩定性進行定量評價分析，研究表明李雅莊礦通風系統為基本安全級別。對通風網絡中的風量調配合理性、風路串并聯穩定性以及通風構筑物的規范性、漏風情況、兩端壓差的穩定性等需要加強管理。

表2 李雅莊礦通風系統可靠性評價指標體系賦值表