井下通風網絡分析與方案優化

呂崇陽

（晉能控股煤業集團天安公司葦町煤業，山西 晉城 048000）

引言

通風系統為煤礦安全生產的關鍵分系統，其主要由通風裝置和井下通風網絡組成，其主要任務是向綜采工作面輸送新鮮空氣，稀釋有害氣體，降低粉塵濃度，為綜采工作面作業人員提供一個健康、舒適、安全的工作環境。井下通風系統各裝置能夠穩定運行，其井下通風網絡的連接合理并能夠根據實際生產工況進行合理優化控制[1]。但是，實踐表明礦井建設初期所設計的通風系統很難滿足其后期的生產要求。因此，隨著采煤設備及工藝不斷提升，對通風系統進行改造優化是實現工作面擴產的基本保障。本文將對葦町煤業井下通風網絡進行分析并對其相應的通風方案進行優化。

1 工程概況

本文所研究的礦井為老礦井，其始建于1965年并于1966年正式投產使用，目前礦井的采掘總量可達80萬t/年。該礦井的地質條件相對復雜，工作面受斷層起伏的影響導致煤層的厚度、傾角等參數變化較大；而且，該礦井的頂底板的圍巖狀態復雜，穩定性較差。目前，礦井主要以斜井開采為主，對應的井筒包括有膠帶斜井、主斜坡道、北輔斜井、北回風斜井以及南回風斜井。

目前，礦井所采用的通風方式為中央進風兩翼對角抽出。對應的進風巷道區域除了采空區外，中央巷道包括有北輔助斜井和主斜坡道。根據礦井巷道的布置情況，在其南風井和北風井分別布置兩臺對旋式軸流通風機，分別擔負著對礦井南段和北段兩個區域的回風任務；除此之外，工作面在掘進巷道為保證生產的安全性還配置有局部通風機，對旋軸流通風機的主要參數如表1所示。

表1 對旋式軸流通風機的參數

2 井下通風系統測定與評價

為掌握礦井當前配置下通風系統所存在的問題，本節著重對通風系統進行測定和評價。主要測定的參數包括有主扇風量、主扇風壓、主扇電動機實際消耗功率、主扇效率等。測定所采用的儀器包括有熱氣式電風速儀、輕便杯式風速儀、干濕表、傾斜壓差計等[2]。上述設備均通過校準并在計量有效期內。測定結果如表2所示。

表2 井下通風系統的測定結果

對井下各巷道的過風量進行測定可得：斷面面積最大的巷道為主斜坡道與+820 m中段聯絡平巷，為19.5 m2；風速最大的巷道為+700 m中段北回風斜井總回風到，對應的風速為3.175 m/s；通風量最大的巷道為+750 m中段南回風斜井總回風道，對應的風量為57.57 m3/s。

結合對礦井通風系統的測定結果，并根據現場實際調查結果分析，對葦町煤業井通風系統所面臨的問題總結如下：井下的進風有接近一半均被污染；目前，礦井所屬的8個采區中，僅有一個的通風量滿足《煤炭安全規程》的規范要求；其余采區由于通風不通暢，導致氣流在工作面出現反向流動的狀態，無法滿足實際生產的通風要求；當前通風網絡對應工作面的通風效率偏低，網絡中存在較大的漏風現象[3]。

為保證井下通風網絡對應的通風系統滿足工作面的實際通風要求，需對當前通風網絡進行優化。本節將根據對通風系統的測定結果初步提出以下整改建議：

1）加強對掘進工作面的通風力度，重新核算工作面的需風量為掘進工作面串聯相應臺數的局部通風機，保證新鮮空氣能夠送至工作面，解決進風被污染的問題。

2）對井下已經結束施工的溜井進行封閉處理；對+860 m和+820 m中段進入南風井的通道進行密閉處理；對+820 m中段進入斜坡道的通道進行密閉處理。

3）對工作面進行重新規劃布置，保證處于上游工作面的作業進度快于處于下游工作面的作業進度，從一定程度上降低污風的串聯問題。

4）強化對工作面通風構筑物的管理，確保能夠根據實際生產的需風量對構筑物進行調整，從而實現對風量的合理優化分配。

3 通風網絡方案的優化

3.1 礦井通風量的核算

鑒于該礦井已經投產將近50年的時間，工作面巷道的布置情況錯綜復雜，而且工作面中有些巷道已經處于坍塌狀態無法實地對其風量進行測算。綜合分析效率和準確性，本文采用計算機對井下通風網絡進行解算，并主要對通風量進行核算[4]。結合井下工作面的實際情況，該礦井通風量待核算的工作面包括有回采工作面、備采工作面、采切工作面、放礦工作面、開拓掘進工作面和其他獨立硐室工作面。

各個工作面的需風量分別按照排炮煙的要求和排塵的要求進行核算，并取其最大值為該工作面的需風量結果。經計算所得各個工作面的需風量如表3所示。

結合上述各個工作面的需風量解算結果，按照1.35的余量系數計算得出礦井總的需風量為150 m3/s。

3.2 通風網絡的方案優化

結合“2”中提出的礦井網絡初步整改意見和“3.1”中礦井各個工作面需風量和總需風量的重新計算結果，提出如下通風網絡的優化方案：

1）方案一：保持礦井中央進風兩翼對角抽出式的通風方式，將原主斜坡道的廢矸石運輸任務改為通過膠帶斜井運輸。該方案能夠在較小改造成本下解決礦井當前的通風問題，但是無法從根本上解決生產后期的漏風、短路等問題[5]。

表3 井下工作面需風量統計 m3/s

2）方案二：為工作面增加一個斜井作為進風巷道，在進風斜井與各中段的水平聯絡巷道設置一級機站。該方案能夠有效解決當前工作面進風被污染以及巷道深部風流無法控制和工作面各巷道風量分配不合理的問題。但是，該方案一次性改造所投入的成本過大且周期較長。

3）方案三：保持北風井通風機主扇的安裝方式，將南風井對應的通風井移至當前位置下游750 m的中段位置。該方案能夠解決南風井漏風嚴重的問題，使巷道內通風阻力降低。但是，該方案導致南回風井的低壓增大，容易導致巷道出現變形，從而使得為其配置通風機的主扇不能正常工作。

綜合上述分析，最終選擇方案二對礦井通風網絡方案進行優化。

4 結語

通風系統為綜采工作面的“肺”，其不僅能夠降低工作面的瓦斯等有害氣體的濃度，還能降低綜采工作面的粉塵濃度，是為作業人員提供健康、安全、舒適工作環境的保障。為此，需結合實際生產需求對通風設備和通風網絡進行優化改造，保證其供風量、負壓等可滿足工作面的生產需求。