煤礦地面主通風(fēng)系統(tǒng)的改造研究

蘇云龍

（華陽(yáng)集團(tuán)一礦，山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

隨著礦井開(kāi)采深度的加大，需要較長(zhǎng)的通風(fēng)線路，導(dǎo)致通風(fēng)阻力升高而易引發(fā)安全事故。因此具有良好運(yùn)行狀態(tài)的主通風(fēng)系統(tǒng)是礦井安全開(kāi)采的重要保障[1-2]。目前，一些在用通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已不能滿足礦井生產(chǎn)需求[3]，因此為改善礦井的生產(chǎn)狀況，需優(yōu)化煤礦主通風(fēng)系統(tǒng)。

1 工程概況

某煤礦開(kāi)采巷道狹長(zhǎng)，隨著開(kāi)采巷道的不斷延伸，該礦井阻力在近10 年來(lái)達(dá)5 100 Pa 左右，為高阻力礦井。造成該礦井阻力高的主要原因包括：

1）工作巷道為長(zhǎng)窄形，須具有較長(zhǎng)的通風(fēng)距離，約為10 200 m 左右；

2）前幾年，由于丁二采區(qū)突出，整個(gè)礦井由原先的低瓦斯轉(zhuǎn)為高瓦斯后成為突出礦井，但其依然沿用先前低瓦斯工作環(huán)境通風(fēng)系統(tǒng)，即，根據(jù)低瓦斯區(qū)單一的通風(fēng)系統(tǒng)、較淺的煤層厚度，采取“一進(jìn)一回”的通風(fēng)系統(tǒng)；

3）回風(fēng)巷道也沿用原先采區(qū)的巷道，回風(fēng)斷面較小，嚴(yán)重失修，地壓變化范圍大。

以上三個(gè)原因是造成該礦井阻力較高的直接原因，如何在瓦斯突出的礦井條件下降低其阻力是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

目前，在高負(fù)壓的開(kāi)采狀態(tài)下，為提升其穩(wěn)定性，該煤礦已更換原有的主通風(fēng)機(jī)，但負(fù)壓值越高則整個(gè)系統(tǒng)的不可靠性越大，例如緊張的風(fēng)量。另外現(xiàn)有的工作環(huán)境也不適用于原有的通風(fēng)系統(tǒng)，若能建立新的專用回風(fēng)系統(tǒng)，并能夠符合該通風(fēng)系統(tǒng)的要求，則能夠大幅度提高該突出礦井的安全性。隨著礦井機(jī)械化生產(chǎn)范圍的拓寬，環(huán)境溫度以及風(fēng)量大小也是需重要考慮的因素，因此，對(duì)該煤礦主通風(fēng)系統(tǒng)的改造迫在眉睫。

2 改造方案的實(shí)施

為改造煤礦主通風(fēng)系統(tǒng)，主要提出以下四種實(shí)施方案：

方案一最直接可實(shí)施，基于原有的風(fēng)機(jī)條件，通過(guò)改善通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)能力，直接調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的性能指標(biāo)，調(diào)大風(fēng)壓以提高進(jìn)風(fēng)能力。現(xiàn)有系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)可提供的風(fēng)壓最大可達(dá)6000Pa，且使用的負(fù)壓為4200Pa，使用范圍已達(dá)70%，雖可繼續(xù)調(diào)大風(fēng)壓指標(biāo)，但越往高調(diào)節(jié)風(fēng)壓則直接影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，可見(jiàn)該方案有待改善。

方案二主要是針對(duì)該礦井為突出礦井的需求，在三、四采區(qū)均施工一條專用回風(fēng)巷，其中針對(duì)三采區(qū)的外部，基于先前的戊七穿層回風(fēng)巷進(jìn)行下山擴(kuò)建，四采區(qū)剩余資源量少則需要較少的風(fēng)量，不需再擴(kuò)修回風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)方案二進(jìn)一步設(shè)計(jì)改造，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算[4-5]，其計(jì)算結(jié)果表明，若想在低負(fù)壓值（～1 800 Pa）條件下滿足整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)量的要求，專用回風(fēng)巷以及戊七穿層回風(fēng)巷的斷面面積需分別達(dá)到16.5 m2和20.2 m2。依據(jù)目前現(xiàn)有的支護(hù)條件并不能達(dá)到與此斷面相符的要求，顯然該方案不合理。

方案三在方案二的基礎(chǔ)上，在三采區(qū)施工一條專用回風(fēng)巷，不擴(kuò)修先前的戊七穿層回風(fēng)巷，并在其西側(cè)方向新增一條巷道，在采區(qū)工作面應(yīng)用尾巷，不僅治理瓦斯，更重要的是加大通風(fēng)量。根據(jù)以上施工方案，經(jīng)計(jì)算得，專用回風(fēng)巷以及戊七穿層回風(fēng)巷的斷面面積需分別達(dá)到7 m2和12 m2，可見(jiàn)該方案較為合理。

方案四，該礦井作為高阻力礦井，由于礦井壓力越大則回風(fēng)巷道斷面積越小，通過(guò)清理總回風(fēng)系統(tǒng)可使巷道斷面積增大，從而使通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力有效降低。根據(jù)目前對(duì)所采用的通風(fēng)系統(tǒng)采取的措施包括開(kāi)幫、起底、擴(kuò)修以及優(yōu)化等，可使通風(fēng)阻力降低并達(dá)到制度化管理及永久化實(shí)施的目的。

綜上所述，總結(jié)該礦主通風(fēng)系統(tǒng)的改造實(shí)施方案為，主要改造對(duì)象是采面、采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)，其中：針對(duì)采區(qū)內(nèi)部，將通風(fēng)系統(tǒng)改為“兩進(jìn)一回”，替換取代先前的“一進(jìn)一回”通風(fēng)系統(tǒng)；針對(duì)采區(qū)外部，回風(fēng)下山的數(shù)量由一條增加為兩條；針對(duì)采區(qū)工作面，采用“一進(jìn)兩回”的通風(fēng)系統(tǒng)模式，不再沿用“U”型改造系統(tǒng)。該實(shí)施方案的工程量如表1 所示。

表1 實(shí)施方案的工程量

3 工程應(yīng)用效果

3.1 工程指標(biāo)

1）貫通新總回，負(fù)壓由5 050 Pa 降至3 150 Pa,風(fēng)量由6 500 m3/min 增加至8 100 m3/min，其水平阻力降1 900 Pa 且風(fēng)量增加1 600 m3/min，主要有兩路回風(fēng)系統(tǒng)；

2）在采面工作點(diǎn)使用尾巷，其通風(fēng)方式偏Y 方向，即通風(fēng)方式發(fā)生改變。其應(yīng)用結(jié)果表明，無(wú)瓦斯超限的事故發(fā)生且從尾巷排出的最大瓦斯量占比為94%左右，涌出量為15 m3/min；

3）通過(guò)優(yōu)化相關(guān)設(shè)施，可保證最低的有效風(fēng)量占比為87%左右；

4）對(duì)幾個(gè)專回、回風(fēng)以及皮下拉底進(jìn)行擴(kuò)修，確保了采區(qū)工作點(diǎn)的用風(fēng)，通過(guò)增加通風(fēng)處斷面能夠有效降低風(fēng)阻。

3.2 效益指標(biāo)

1）根據(jù)指標(biāo)要求，負(fù)壓值應(yīng)該不得高于3 300 Pa，該工程中負(fù)壓值為3 150 Pa，符合要求；

2）各個(gè)工作面達(dá)到了所需風(fēng)量的要求，如戊八區(qū)的風(fēng)量1 400 m3/min，處于備采區(qū)的丁九區(qū)風(fēng)量達(dá)1 060 m3/min，均達(dá)到所要求風(fēng)量范圍；

3）除了所需風(fēng)量大小，仍需有效風(fēng)量率高于87%，戊八區(qū)和丁九區(qū)的有效風(fēng)量率分別為92%和89%，均高于所要求的87%，達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)論

以某高阻力礦井為工程研究對(duì)象，分析其產(chǎn)生高阻力是由于長(zhǎng)窄的巷道條件、瓦斯突出、沿用“一進(jìn)一回”的通風(fēng)系統(tǒng)以及原有回風(fēng)巷道斷面較小等原因造成的；根據(jù)產(chǎn)生高阻力的原因進(jìn)行方案實(shí)施，在采區(qū)內(nèi)部采取“兩進(jìn)一回”通風(fēng)系統(tǒng)、在采區(qū)外部增加兩條回風(fēng)下山、在采區(qū)工作面采取“一進(jìn)兩回”改造系統(tǒng)；經(jīng)改造完成，該煤礦負(fù)壓值為3150 Pa，其風(fēng)量以及有效風(fēng)量均達(dá)到指標(biāo)要求，完成了對(duì)該煤礦地面主通風(fēng)系統(tǒng)的改造研究。