綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

焦明玉

（西山煤電屯蘭礦防突科，山西 古交 030200）

引言

近年來，我國的機(jī)械化礦井開采作業(yè)開采深度由淺部轉(zhuǎn)為深部，這不僅增加了開采難度，而且發(fā)現(xiàn)井下存在大量的礦井熱。各類采礦活動(dòng)都深受礦井熱的影響，如礦井火災(zāi)的預(yù)測與控制、生產(chǎn)系統(tǒng)的布置以及采礦工藝等。當(dāng)開采作業(yè)工作深度為千米左右時(shí)，其環(huán)境溫度約50℃以上，其中一些金屬含硫的礦井，如我國的新橋硫鐵礦、武山銅礦以及松樹山銅礦等均因高溫發(fā)生礦石自燃的事故，而煤礦等礦井則易發(fā)生瓦斯爆炸的災(zāi)害[1-2]。除此之外，高溫也影響著施工人員的工作環(huán)境，持續(xù)的高溫易導(dǎo)致施工人員出現(xiàn)中毒以及中暑。因此，當(dāng)進(jìn)行深井開采作業(yè)時(shí)，對礦井進(jìn)行降溫通風(fēng)為一項(xiàng)重要的研究工作，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的核心技術(shù)也在于降溫技術(shù)的快速發(fā)展。一方面，它不僅可以有效地解決礦井的熱害問題，也可以保障施工人員在井下的安全開采，同時(shí)可降低生產(chǎn)成本[3]。因此，急需對綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

1 工程概況

某煤礦地裝機(jī)數(shù)量為25個(gè)，該礦井的通風(fēng)系統(tǒng)為二級(jí)機(jī)站的單翼對角式的設(shè)計(jì)。第一級(jí)機(jī)站為進(jìn)風(fēng)端；進(jìn)風(fēng)井包括中段石門（-850 m、-790 m、-730 m、-670 m以及2號(hào)副井的-875 m、-190 m、-160 m、-80 m）以及中段巷道（+40 m、+50 m）。該機(jī)站的部分風(fēng)機(jī)性能如表1所示。通過對該礦井通風(fēng)系統(tǒng)的介紹，經(jīng)測定與調(diào)查，結(jié)果表明礦井通常存在風(fēng)量不足、風(fēng)流短路以及風(fēng)流停滯等因素影響風(fēng)流分配。

表1 機(jī)站的部分風(fēng)機(jī)性能表

2 工程方案

根據(jù)第一部分所提出的該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的位置與通風(fēng)概況，調(diào)查結(jié)果表明仍存在不合理的風(fēng)流分配，為解決此問題，在技術(shù)層面提出三種解決方案來進(jìn)一步優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)。

1）方案一：該方案是基于保持原通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)力，在第二級(jí)處增設(shè)風(fēng)機(jī)機(jī)站使之該礦井的通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換形成三級(jí)機(jī)站，依據(jù)各盤區(qū)所要求的風(fēng)量，其調(diào)節(jié)風(fēng)流的技術(shù)選擇多中段空氣幕，并且在恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)機(jī)機(jī)站安裝硐室型風(fēng)機(jī)以便形成空氣幕。針對開采深度-714~875 m范圍間的各個(gè)中段點(diǎn)列出一些優(yōu)化的措施，如分散的作業(yè)點(diǎn)極易導(dǎo)致紊亂的開采順序，從而加大了調(diào)控風(fēng)流的難度，因此，需在通風(fēng)系統(tǒng)的橫軸和縱軸方向均安排合理的回采順序，使作業(yè)點(diǎn)更為有序且集中；需在相應(yīng)的位置增設(shè)輔扇，如開采深度在-714 m到-730 m的斜坡道，由于出現(xiàn)反風(fēng)，需在54線增加輔扇，其功率應(yīng)小于15 kW以下；在52線處的回風(fēng)巷與穿脈的相交位置也應(yīng)增加輔扇，這是由于該位置出現(xiàn)的反風(fēng)引起了風(fēng)流循環(huán)于運(yùn)輸巷、出礦巷及井下穿脈等位置；在開采深度為-825 m的斜坡道增設(shè)輔扇可加大進(jìn)風(fēng)量，這是因?yàn)閮蓷l斜坡道即處于-850 m處的52線連接于-825 m處無風(fēng)；在-825 m中段的進(jìn)風(fēng)55線處設(shè)置空氣幕，在該中段正常施工作業(yè)需要的風(fēng)量約為32 m3/s，且主要的施工作業(yè)區(qū)在56-58線處，但經(jīng)測定風(fēng)量的結(jié)果顯示出在56線處的風(fēng)量約為11.8 m3/s，該值遠(yuǎn)低于正常所需風(fēng)量值，因此設(shè)置空氣幕也相當(dāng)必要；針對-875 m中段，該中段與礦井的主副井及進(jìn)風(fēng)井均相通，自然風(fēng)壓直接影響著各個(gè)井筒相應(yīng)的風(fēng)流方向，當(dāng)處在不同季節(jié)時(shí)則具有不同的風(fēng)流方向。這種現(xiàn)象導(dǎo)致了嚴(yán)重的風(fēng)流短路且使得該中段，尤其于51線以北等運(yùn)輸穿脈具有較小的風(fēng)量，所以于50線處加設(shè)空氣幕。同時(shí)，該中段屬于運(yùn)輸段，應(yīng)及時(shí)地將設(shè)備尾氣及粉塵排除出去，減小自然風(fēng)壓對該中段的影響效果，增加風(fēng)量，因此需增設(shè)一臺(tái)功率為45 kW的輔扇。

2）方案二：基于方案一，使用DK系列的大風(fēng)壓風(fēng)機(jī)替換-850 m1號(hào)、2號(hào)總回風(fēng)巷以及-790 m總回風(fēng)巷的風(fēng)機(jī)，功率為2×450 kW且型號(hào)為DK62（B）-10-№32。

3）方案三：該方案的通風(fēng)系統(tǒng)在方案一即利用硐室型輔扇形成的空氣幕來分配風(fēng)流的基礎(chǔ)上統(tǒng)一采用主輔聯(lián)合模式，將-850 m1號(hào)、2號(hào)總回風(fēng)巷以及-790 m總回風(fēng)巷的風(fēng)機(jī)拆除，替換為2臺(tái)對旋式風(fēng)機(jī)于回風(fēng)井周圍，且其布置形式為并聯(lián)，功率為2×1 000 kW，型號(hào)為DK62(A)-12-№40。

通過對三個(gè)優(yōu)化方案進(jìn)行解算，結(jié)果表明，總進(jìn)風(fēng)量按大小排序分別為方案三、方案二、方案一，均可滿足正常進(jìn)風(fēng)量需求。

3 方案分析

基于第二部分提出的三個(gè)優(yōu)化方案，從技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)成本方面來系統(tǒng)分析這三個(gè)方案。該礦井屬于高機(jī)械化深井開采作業(yè)，地?zé)崾瞧渲匾闹萍s因素，若通風(fēng)效果良好，則能夠有效地降低井下工作溫度，及時(shí)排除一些污濁空氣，符合安全生產(chǎn)理念且能提高生產(chǎn)效率。因此，在比較優(yōu)化方案時(shí)，良好的通風(fēng)效果為重點(diǎn)考慮因素。為滿足正常礦井生產(chǎn)力的需求，其總供風(fēng)量應(yīng)達(dá)到510 m3/s以上。盡管從經(jīng)濟(jì)成本上分析，方案一相較于方案三（購置設(shè)備以及安裝設(shè)備的費(fèi)用較其余兩方案多100萬元左右）的成本優(yōu)勢較大，但其未能解決深井熱問題；從通風(fēng)效果分析，方案三不僅能夠滿足正常生產(chǎn)所要求的供風(fēng)量，而且能夠排除深井熱。鑒于通風(fēng)效果對于安全生產(chǎn)以及高生產(chǎn)效率的重要性，最終選擇應(yīng)用方案三。結(jié)合方案的優(yōu)缺點(diǎn)給出具體工程方案的應(yīng)用如下：通過方案三的實(shí)施，主要解決的問題為礦井總供風(fēng)量以及風(fēng)流分配不均；礦井的通風(fēng)構(gòu)筑物以及其通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)隨著礦井的生產(chǎn)變化實(shí)時(shí)調(diào)整；通過依據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況來確定出硐室風(fēng)機(jī)站和風(fēng)門空氣幕的相關(guān)位置。

4 結(jié)論

目前，各類礦井都處于深部開采時(shí)期，除了面臨風(fēng)流分配不均的問題，礦井熱、供風(fēng)不足等問題也尤為凸顯。因此，應(yīng)結(jié)合礦井實(shí)際情況，針對通風(fēng)系統(tǒng)存在問題，制定通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案，解決通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流分配不均，供風(fēng)不足等問題。