基于風阻參數測定對通風系統的優化改造

王大帥

（山西壽陽潞陽麥捷煤業有限公司， 山西 晉中 045400）

引言

通風系統主要對工作面瓦斯濃度進行稀釋、降低粉塵濃度，為綜采工作面人員和設備提供一個安全、舒適、穩定的工作環境。隨著巷道的不斷推進和相鄰工作面的開采或廢棄導致礦井在設計初期所制定的通風方案隨著通風狀態的變化也處于動態變化狀態，最為明顯的特征為礦井通風系統風阻增加、風量不足、設備能耗過大的問題。因此，需定期對礦井通風能力進行核算以制定合理的優化改造方案，為保證綜采工作面的安全生產奠定穩定、可靠的基礎。

1 105107 綜采工作面工程概況

1.1 工作面基本情況

本文以105107 綜采工作面開采為例，該工作面的切眼長度為180 m，工作面煤層的平均厚度為5.7 m，工作面煤層的傾角范圍為-2°～-8°，平均傾角為-5°。經探測，105107 工作面煤炭的工業儲量為148 萬t，但是實際可開采的煤層儲量為111.67 萬t。目前，工作面的回采率可達93%，每年開采時長為346 d。105107 工作面頂底板條件如表1 所示。

表1 105107 綜采工作面地質條件

經探測可知：105107 綜采工作面的瓦斯的絕對涌出量可達89 m3/min，該工作面屬于高瓦斯工作面。因此，該工作面通風系統的性能對于預防工作面瓦斯爆炸尤為重要。105107 綜采工作面的正常涌水量為6 m3/h，最大涌水量可達15 m3/h。目前，105107綜采工作面采用走向長壁、后退式放頂煤一次采全高的機械化采煤方式[1]。

1.2 工作面通風現狀

目前，105107 綜采工作面所屬礦井所配置通風機的具體型號為FBCDZN0-8-30B，共配置設備的臺數為兩臺，采用“一用一備”的工作模式。所配置通風機電機的額定功率為450 kW，額定工作面負壓為4100 Pa。所屬礦井目前采用“兩進一回”的中央并列式通風方式，其中進風井包括有主斜井和副斜井，回風井為回風斜井；經現場測量可知：整個礦井總的進風量為6600 m3/min，總的回風量為6700 m3/min。整個礦井的通風參數如表2 所示。

表2 礦井通風參數

結合實際生產需求，105107 綜采工作面的實際需風量為1800 m3/min。同時，隨著礦井生產規模的不斷擴大以及105107 相鄰綜采工作面的回收封閉導致現場的實際需風量不斷變化。對于105107 綜采工作面而言，由于其相鄰105103 工作面目前已經進入停采線并逐漸進入回收階段，105103 的風量由1300 m3/min 降低至750 m3/min；在此基礎上，若礦井其余地點的風量保持不變，對應的105107 綜采工作面的實際供風量僅為788.22 m3/min。

綜上所述，通過對105107 綜采工作面通風參數解算可知，該工作面未來面臨的主要問題是所需風量大于供風風量，即風量不足的問題。因此，為了保證該礦井綜采工作面的連續生產，需在105103 綜采工作面徹底廢棄或封閉前建立的新的回風系統。

2 礦井通風系統的優化改造

將上述分析可知，105107 在未來開采中面臨的主要問題為風量不足。對應的主要優化改造措施方案為新增回風立井，并增加新的通風設備；同時，在基本優化改造的基礎上為了保證改造效果還需對該礦井的一些通風設施進行改造，以防工作面風量增加后由于斷面面積過小導致工作面風速過大的問題。

2.1 新增回風立井

2.1.1 新增葉片安裝角度為-3°的通風機

為礦井新增回風立井后，該礦井原回風斜井更換為進風井，即優化改造后礦井的通風方式為“三進一回”。若僅增加回風立井，且新增通風機葉片的安裝角度為-3°，整個煤礦的通風負壓勢必會增加，且整個礦井的負壓可達3688 Pa，遠大于AQ1028 的要求。但是，在上述基礎上采取適當降低通風機負壓的措施后，對應通風機主扇的負壓可減少至2873.46 Pa。

2.1.2 新增葉片安裝角度為-6°的通風機

1）僅將新通風機的葉片安裝角度為-6°，其他方面不作改變。此種情況下，對應主扇的風量可達164.74 m3/s，負壓為2388.74 Pa。

2）將新通風機的葉片安裝角度設定為-6°，工作面原回風斜井棄用。此種情況下，對應主扇的風量可達156.07 m3/s，負壓為2517.36 Pa。

3）將新通風機的葉片安裝角度設定為-6°，工作面原回風斜井棄用，同時將工作面原回風巷和總進風巷之間的門打開[2]。此種情況下，對應主扇的風量可達165.06 m3/s，負壓為2384.05 Pa。

綜上所述，在工作面新增回風立井的基礎上，將新增通風機的安裝角度設定為-6°，工作面原回風斜井棄用，同時將工作面原回風巷和總進風巷之間的門打開，對礦井通風系統進行改造。

2.2 改造通風設施

當礦井通風系統做出上述改造后，整體的風量增加，為避免由于風量增加而導致風速增加的問題，需對進風巷道的斷面進行擴大改造[3]。根據礦井未來的生產任務和實際需風量，可將巷道斷面面積擴大為11.2 m2、17.4 m2和21.2 m2三個等級。上述三種斷面面積擴大后，對應的工作面風阻和網絡解算結果如下：

1）當進風巷道斷面面積擴大至11.2 m2時，整個礦井的進風斜井、總進風巷、進風下山巷的風阻降低；同時，在此情況下主通風機工況如下：風量為225.76 m3/h，風阻為3883.37 Pa；

2）當進風巷道斷面面積擴大至17.4 m2時，整個礦井的進風斜井、總進風巷、進風下山巷的風阻降低更加明顯；同時，在此情況下主通風機工況如下：風量為255.42 m3/h，風阻為4484.73 Pa；

3）當進風巷道斷面面積擴大至21.2 m2時，整個礦井的進風斜井、總進風巷、進風下山巷的風阻降低較強兩種情況更加明顯；同時，在此情況下主通風機工況如下：風量為260.73 m3/h，風阻為4377.73 Pa；

綜上所述，隨著進風巷道斷面面積的增加，對應礦井各個巷道內的風阻逐漸降低。同時，隨著巷道斷面面積的增加對應主通風機的風量逐漸增加，且巷道斷面面積擴大至21.2 m2時通風量大于17.4 m2的情況，對應的通風機的工作負壓也較小。因此，最終確定進風巷道斷面面積擴大至21.2 m2。

3 結語

本文針對105107 綜采工作面隨著105103 工作面即將開采完成導致其風量不足的問題，主要通過對整個礦井新增回風立井，將新通風機的葉片安裝角度設定為-6°，工作面原回風斜井棄用，同時將工作面原回風巷和總進風巷之間的門打開的措施對通風系統進行改造；與此同時，將工作面進風巷道斷面增大至21.2 m2。