煤礦通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)難易程度評價(jià)及應(yīng)用

付建兵

（汾西礦業(yè)(集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033399）

煤礦通風(fēng)是防止瓦斯集聚、降低粉塵以及有害氣體影響的主要技術(shù)措施，通風(fēng)可為作業(yè)人員提供良好環(huán)境[1-2]。通風(fēng)系統(tǒng)難易程度是井下通風(fēng)系統(tǒng)評價(jià)、優(yōu)化的主要參考，現(xiàn)階段主要的通風(fēng)評價(jià)方法主要為等積孔法[3-5]。眾多的學(xué)者對礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價(jià)進(jìn)行分析，其中劉輝提出采用A-Q 法對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)；劉友英提出一種“礦井線性風(fēng)導(dǎo)”概念，可在一定條件下較好的評價(jià)礦井通風(fēng)系統(tǒng)難易程度；雷兆忠等認(rèn)為等積孔雖然是通風(fēng)系統(tǒng)難易程度評價(jià)的重要指標(biāo)，但采用等積孔評定現(xiàn)代化礦井通風(fēng)系統(tǒng)難以程度面臨不全面問題，并提出等積孔計(jì)算修整計(jì)算方法。隨著礦井生產(chǎn)條件以及布局改變，井下通風(fēng)系統(tǒng)處于不斷變化，只有根據(jù)生產(chǎn)變化調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)方可更好的滿足生產(chǎn)需要[6-8]。因此，文中依據(jù)山西某礦井下實(shí)際情況，對礦井通風(fēng)難以程度進(jìn)行評價(jià)并給出通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化對策，以期更好促進(jìn)礦井生產(chǎn)。

1 工程概況

山西某煤礦采用斜井+立井開拓，現(xiàn)階段主要的3 號煤層埋深平均430 m，礦井采用分布開采，開采范圍內(nèi)共劃分5 個采區(qū)，其中1、2 采區(qū)均已回采完畢。現(xiàn)生產(chǎn)主要集中在3 及5 采區(qū)，同時礦井在2018 年完成技改，煤炭產(chǎn)量增加約50%。

礦井采用分區(qū)式通風(fēng)，其中有3 個斜井進(jìn)風(fēng)（分別為主斜井、行人斜井、下料斜井）、2 個立井回風(fēng)（分別為新回風(fēng)立井、牛角嶺立井），新回風(fēng)立井主要擔(dān)負(fù)新采區(qū)通風(fēng)工作，牛角嶺立井用以為現(xiàn)生產(chǎn)采區(qū)供風(fēng)。

2 通風(fēng)系統(tǒng)難易程度評價(jià)指標(biāo)

2.1 通風(fēng)阻力

通風(fēng)阻力是巷道、通風(fēng)構(gòu)筑物、通風(fēng)設(shè)施等構(gòu)成的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的阻力，影響通風(fēng)阻力因素有斷面、通風(fēng)路線長度、圍巖支護(hù)方式、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)布置合理性等。礦井在技改過程中對巷道進(jìn)行刷擴(kuò)并采用對錨網(wǎng)索支護(hù)方式對圍巖進(jìn)行控制，局部采用噴漿方式降低風(fēng)阻；礦井生產(chǎn)由現(xiàn)采區(qū)逐漸轉(zhuǎn)向新采區(qū)，生產(chǎn)方法改為大采高綜采，產(chǎn)能顯著提升，采掘作業(yè)面瓦斯涌出量也有所增加。礦井在完成技改后，通風(fēng)路線長度增加、通風(fēng)阻力出現(xiàn)明顯變化，通風(fēng)任務(wù)加重以及通風(fēng)難度變大。針對技改完成后礦井開采拓條件、生產(chǎn)方式改變現(xiàn)狀，采用通風(fēng)阻力對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)更為切合現(xiàn)場實(shí)際情況，可為后續(xù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供詳實(shí)資料。

2.2 等積孔

等積孔可用以評定通風(fēng)難以程度，具體計(jì)算公式為：

式中：A 為等積孔，m2；Q 為總回風(fēng)量，m3/s；h 為通風(fēng)阻力，Pa。

用等積孔評定通風(fēng)阻力時可分為三級，具體為通風(fēng)容易、通風(fēng)中等、通風(fēng)困難，評定指標(biāo)分別為等積孔＞2 m2、1～2 m2、＜1 m2。隨著采深及生產(chǎn)規(guī)模增加，瓦斯涌出量不斷增大，礦井供風(fēng)量明顯增大；同時通風(fēng)路線長度明顯增大，通風(fēng)阻力增高，為減少通風(fēng)路線往往需要布置多個回風(fēng)井。為滿足礦井井下通風(fēng)需要，可采用的措施包括有降低風(fēng)阻、增大風(fēng)量，但是由于主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓不能無限提升，因而將礦井作為整體計(jì)算得到的等積孔往往不能較好的表征礦井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際難易程度。

通過上述分析并結(jié)合礦井雙回風(fēng)井通風(fēng)情況，提出單回風(fēng)井通風(fēng)線路計(jì)算等積孔，并評價(jià)通風(fēng)難易程度。

3 通風(fēng)難易程度評價(jià)結(jié)果

在通風(fēng)阻力測量路線選擇依據(jù)為：選擇的測定線路為風(fēng)量較大且通過采煤工作面線路；測量線路較長且包含多種井巷類型以及圍巖支護(hù)方式；選擇主風(fēng)流方向且便于測量的線路作為測量路線。依據(jù)礦井技改后通風(fēng)路線以及生產(chǎn)布置，具體確定的通風(fēng)阻力測定路線為：

1）主測線路一。主進(jìn)風(fēng)斜井→皮帶大巷（3501巷）→采煤工作面（3514 大采高綜采面）→回風(fēng)大巷（3502 巷）→新回風(fēng)立井。

2）輔測路線一。進(jìn)風(fēng)材料井→皮帶聯(lián)絡(luò)巷→軌道大巷（3503 巷）→皮帶大巷（3501 巷）。

3）主測線路二。進(jìn)風(fēng)副井→南行人巷→南進(jìn)風(fēng)巷→三上進(jìn)風(fēng)山巷→采煤工作面（3305 大采高綜采面）→三上回風(fēng)上山→南翼回風(fēng)大巷→二上回風(fēng)上山→牛角嶺回風(fēng)井。

4）輔測線路二。進(jìn)風(fēng)材料井→南運(yùn)輸巷→南回風(fēng)大巷→二上回風(fēng)上山→牛角嶺回風(fēng)井。

按照上述測量路線得到礦井通風(fēng)路線沿程阻力分布，具體測量結(jié)果見圖1 所示。礦井老采區(qū)及新采區(qū)三段（進(jìn)風(fēng)、用風(fēng)及回風(fēng)段）通風(fēng)阻力分布見表1。

圖1 通風(fēng)阻力分布示意圖

表1 通風(fēng)阻力占比表

結(jié)合圖1 及表1 數(shù)據(jù)得出，礦井新采區(qū)進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段以及回風(fēng)段風(fēng)阻占比分別為21.29%、33.98%、44.73%；礦井老采區(qū)進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段以及回風(fēng)段風(fēng)阻占比分別為14.52%、38.62%、49.16%；礦井新采區(qū)及老采區(qū)通風(fēng)阻力分布均較為合理。從礦井通風(fēng)路線百米阻力來看，新采區(qū)及老采區(qū)百米阻力均較高，其中回風(fēng)大巷段阻力較大，分析主要是由于巷道風(fēng)速快、局部位置巷道斷面變化明顯導(dǎo)致。

根據(jù)等積孔計(jì)算原則，得到新回風(fēng)立井以及牛角嶺回風(fēng)立井兩條通風(fēng)路線等積孔、通風(fēng)阻力，具體測量結(jié)果見表2 所示。

表2 兩條通風(fēng)路線等積孔、通風(fēng)阻力結(jié)果

依據(jù)等積孔分級評定標(biāo)準(zhǔn)以及其他相關(guān)通風(fēng)技術(shù)規(guī)范要求，礦井通風(fēng)風(fēng)量在83.33～166.67 m3/s（5 000～10 000 m3/min）時，通風(fēng)總通風(fēng)阻力應(yīng)在2 500 Pa 以內(nèi)。現(xiàn)場測定結(jié)果表明，礦井新回風(fēng)立井以及牛角嶺回風(fēng)立井兩條通風(fēng)路線通風(fēng)阻力、風(fēng)量等均滿足相關(guān)要求。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

綜合采用通風(fēng)阻力、等積孔分段計(jì)算方法對礦井通風(fēng)系統(tǒng)難以程度進(jìn)行評價(jià)。為進(jìn)一步提升礦井通風(fēng)效果，依據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)難易程度評價(jià)結(jié)果對分配通風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化，具體結(jié)果見表3 所示。

表3 通風(fēng)系統(tǒng)配風(fēng)量優(yōu)化結(jié)果

5 結(jié)論

1）對礦井新采區(qū)及老采區(qū)通風(fēng)阻力進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)新采區(qū)及老采區(qū)通風(fēng)阻力分布均較為合理，但是均存在回風(fēng)井風(fēng)阻占比高問題，主要是受回風(fēng)井風(fēng)速大、局部位置斷面變化影響，因此在后續(xù)生產(chǎn)過程中可針對性進(jìn)行處理。

2）從通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)阻值及等級孔來看，新采區(qū)通風(fēng)總風(fēng)阻0.278 7 N·s2/m8、等積孔為2.25 m2，通風(fēng)較為容易；老采區(qū)通風(fēng)總風(fēng)阻0.380 4 N·s2/m8、等積孔2.02 m2，通風(fēng)較為容易。

3）整體來說礦井通風(fēng)阻力分布較為合理，通風(fēng)斷面大及巷道表面較為平整，新采區(qū)3502 巷（回風(fēng)大巷）通風(fēng)阻力偏大，主要原因是巷道內(nèi)有瓦斯抽采管路并堆積部分雜物，同時局部位置巷道斷面不規(guī)則、局部通風(fēng)阻力大。因此，在后續(xù)生產(chǎn)過程中可對巷道進(jìn)行修整，并強(qiáng)化材料及設(shè)備，以降低通風(fēng)路線風(fēng)阻。