工作面局部通風方案的優(yōu)化及設備選型

孫 博

（山西西山煤電股份有限公司鎮(zhèn)城底礦， 山西 古交 030203）

引言

煤礦通風系統(tǒng)作為綜采工作面的呼吸系統(tǒng)，其主要功能是為工作面提供新鮮的空氣，稀釋工作面的瓦斯?jié)舛龋懦龉ぷ髅娴拿簤m等[1]。隨著我國采煤技術、掘進機技術的不斷發(fā)展以及巷道的不斷延伸，通風量不能夠滿足工作面的需風量，導致工作面生產(chǎn)存在極大的安全隱患。針對通風系統(tǒng)供風長度長、通風能耗大以及投入成本大的問題，對工作面局部通風方案進行優(yōu)化設計。

1 工程概況

本文所研究煤礦為單一斜構造，4103工作面煤層呈東南-西北走向，煤層傾角范圍為58°～70°，平均傾角為65°，屬于急傾斜煤層。工作面走向長度為1817m、傾斜長度為187.4m、面積為340505.8m2，該工作面所采9號煤層裂隙發(fā)育，結構簡單，局部地段煤層下部夾0.2 m的頁巖或炭質(zhì)頁巖，厚度變化不大，屬于穩(wěn)定煤層。

煤層頂板（偽頂、直接頂、老頂）：描述煤層頂板巖石性質(zhì)、層理、節(jié)理、厚度、強度（硬度）、頂板分類等情況及其變化情況。煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

最大涌水量為25 m3/h，正常涌水量為0～5 m3/h。瓦斯絕對涌出量為2.37 m3/min，相對瓦斯涌出量為 1.35 m3/t；CO2的相對涌出量為 3.0 m3/t，CO2的絕對涌出量為1.58 m3/min。煤塵爆炸指數(shù)為21.33%、煤塵具有爆炸性，燃傾向性等級為Ⅱ級，易自燃。

目前，礦井所采用的通風方式為機械抽出式[2]。進風井為主斜井和副斜井，回風井為專用井。礦井所采用的通風機為軸流式通風機，采用“一用一備”的方式進行布置。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測可知：該礦井當前的進風量為60 m3/s，回風量為61.8 m3/s；礦井的通風阻力為359.6 Pa。

表1 4103工作面煤層頂?shù)装迩闆r

2 局部通風方案的優(yōu)化

本文著重對該煤礦掘進工作面的通風方案進行優(yōu)化。該4103掘進工作面每年工作天數(shù)為330 d，每天采用三班倒的工作制度，每班工作8 h。該掘進工作面采用綜合掘進模式，其核心設備為EQJ-20掘進機，其生產(chǎn)能力為13萬t/a。

2.1 局部通風方案優(yōu)化的原則

為保證優(yōu)化后的通風方案能夠切實解決當前掘進工作面所存在的問題，優(yōu)化時需遵循如下原則：

1）充分結合當前掘進工作面的掘進能力、掘進機設備及工作面巷道地質(zhì)、水文以及地形等情況；

2）本次通風方案的核心在于減少風筒的漏風量，保證整個掘進工作面的有效風量率；

3）在充分保證工作面通風條件的基礎上，將改造成本及通風費用降至最低；

4）結合節(jié)能減排的原則，對當前工作面通風設備和掘進設備進行節(jié)能改造；

5）要求經(jīng)改造后的通風系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，且便于作業(yè)人員對其管理[3]。

2.2 局部優(yōu)化通風方案的對比

4103掘進工作面與其他工作面相比較的顯著特點為：4103工作面巷道的斷面面積較大，且面積可達19 m2；4103工作面巷道的距離長，且通風距離可達2 km。鑒于上述特點，導致在當前通風方案下難以保證巷道的風速。因此，本文擬采用如下兩種優(yōu)化方案：

1）由于4103工作面巷道距離過長，采用進風巷和回風巷共用一條巷道的方式，并對巷道實際通風距離進行精確測量，選擇最佳的通風機和風筒，且通風機采用“一備一用”的原則進行配置[4]。

2）采用智能局部通風技術對當前通風方案進行改造，具體實施如下：巷道施工采用全風壓與局部通風技術相結合，并采用雙巷進行平行掘進的工作模式，其中一巷為進風，另一巷為回風，從而達到全風壓通風的效果。智能局部通風技術對巷道密閉要求較高，避免由于密閉質(zhì)量不佳導致局部通風機出現(xiàn)供風不足的現(xiàn)象，從而影響循環(huán)風。基于智能局部通風工作面如圖1所示。

方案一與方案二的對比如表2所示。

圖1 4103工作面智能通風技術的應用示意圖

表2 兩種優(yōu)化通風方案的對比

如表2所示，方案一與方案二相比較，盡管方案一前期投入小，但是后期維護及管理難度較大，導致其成本增加，且通風距離較長，導致其風阻較大，且其排水供風能力較差[5]。因此，采用局部智能通風技術對通風系統(tǒng)進行改造。

2.3 通風設備的選型

本次方案優(yōu)化的另一個核心為對通風設備的選型，包括通風機和風筒。通風設備選型的原則首先要確保通風設備具備足夠的能力保證工作面瓦斯?jié)舛刃∮?%；其次盡可能減少工作面通風設備的數(shù)量。結合工作面地形及所采用的優(yōu)化方案，通風機及風筒的選型結果及參數(shù)如表3、表4所示。

表3 通風機型號及參數(shù)

表4 風筒參數(shù)

3 結語

為了保證通風系統(tǒng)供風量與工作面需風量相匹配，需根據(jù)工作面的地形及掘進設備生產(chǎn)能力對通風方案進行優(yōu)化，并為其配置最佳通風機、風筒等設備，保障綜采工作面瓦斯及煤塵濃度符合《煤炭安全規(guī)程》的相關標準要求。