煤礦地面主通風系統(tǒng)的改造研究

蘇云龍

（華陽集團一礦，山西 陽泉 045000）

引言

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

1 工程概況

某煤礦開采巷道狹長，隨著開采巷道的不斷延伸，該礦井阻力在近10 年來達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）工作巷道為長窄形，須具有較長的通風距離，約為10 200 m 左右；

2）前幾年，由于丁二采區(qū)突出，整個礦井由原先的低瓦斯轉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)境通風系統(tǒng)，即，根據(jù)低瓦斯區(qū)單一的通風系統(tǒng)、較淺的煤層厚度，采取“一進一回”的通風系統(tǒng)；

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

以上三個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亟待解決的問題。

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

2 改造方案的實施

為改造煤礦主通風系統(tǒng)，主要提出以下四種實施方案：

方案一最直接可實施，基于原有的風機條件，通過改善通風機的進風能力，直接調節(jié)風機的性能指標，調大風壓以提高進風能力。現(xiàn)有系統(tǒng)中風機可提供的風壓最大可達6000Pa，且使用的負壓為4200Pa，使用范圍已達70%，雖可繼續(xù)調大風壓指標，但越往高調節(jié)風壓則直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，可見該方案有待改善。

方案二主要是針對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巷，其中針對三采區(qū)的外部，基于先前的戊七穿層回風巷進行下山擴建，四采區(qū)剩余資源量少則需要較少的風量，不需再擴修回風系統(tǒng)。根據(jù)方案二進一步設計改造，并進行網絡解算[4-5]，其計算結果表明，若想在低負壓值（～1 800 Pa）條件下滿足整個通風系統(tǒng)對風量的要求，專用回風巷以及戊七穿層回風巷的斷面面積需分別達到16.5 m2和20.2 m2。依據(jù)目前現(xiàn)有的支護條件并不能達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上，在三采區(qū)施工一條專用回風巷，不擴修先前的戊七穿層回風巷，并在其西側方向新增一條巷道，在采區(qū)工作面應用尾巷，不僅治理瓦斯，更重要的是加大通風量。根據(jù)以上施工方案，經計算得，專用回風巷以及戊七穿層回風巷的斷面面積需分別達到7 m2和12 m2，可見該方案較為合理。

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

綜上所述，總結該礦主通風系統(tǒng)的改造實施方案為，主要改造對象是采面、采區(qū)的通風系統(tǒng)，其中：針對采區(qū)內部，將通風系統(tǒng)改為“兩進一回”，替換取代先前的“一進一回”通風系統(tǒng)；針對采區(qū)外部，回風下山的數(shù)量由一條增加為兩條；針對采區(qū)工作面，采用“一進兩回”的通風系統(tǒng)模式，不再沿用“U”型改造系統(tǒng)。該實施方案的工程量如表1 所示。

表1 實施方案的工程量

3 工程應用效果

3.1 工程指標

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

2）在采面工作點使用尾巷，其通風方式偏Y 方向，即通風方式發(fā)生改變。其應用結果表明，無瓦斯超限的事故發(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）通過優(yōu)化相關設施，可保證最低的有效風量占比為87%左右；

4）對幾個專回、回風以及皮下拉底進行擴修，確保了采區(qū)工作點的用風，通過增加通風處斷面能夠有效降低風阻。

3.2 效益指標

1）根據(jù)指標要求，負壓值應該不得高于3 300 Pa，該工程中負壓值為3 150 Pa，符合要求；

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

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

4 結論

以某高阻力礦井為工程研究對象，分析其產生高阻力是由于長窄的巷道條件、瓦斯突出、沿用“一進一回”的通風系統(tǒng)以及原有回風巷道斷面較小等原因造成的；根據(jù)產生高阻力的原因進行方案實施，在采區(qū)內部采取“兩進一回”通風系統(tǒng)、在采區(qū)外部增加兩條回風下山、在采區(qū)工作面采取“一進兩回”改造系統(tǒng)；經改造完成，該煤礦負壓值為3150 Pa，其風量以及有效風量均達到指標要求，完成了對該煤礦地面主通風系統(tǒng)的改造研究。