煤礦風(fēng)井貫通工程技術(shù)的驗證

劉 杰

（山西焦煤西山煤電集團公司官地礦通風(fēng)部通風(fēng)三隊，山西 太原 030053）

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的主要任務(wù)是向工作面提供新鮮空氣的同時將有害氣體從工作面排出，進而為現(xiàn)場作業(yè)人員提供一個安全、舒適的工作環(huán)境。良好的通風(fēng)是保證煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。隨著煤礦開采深度的不斷增加，工作面現(xiàn)場出現(xiàn)了風(fēng)阻增大、風(fēng)阻分配不合理、漏風(fēng)現(xiàn)象嚴重以及風(fēng)量不足等問題，從而影響通風(fēng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，制約生產(chǎn)進度[1]。因此，適時的根據(jù)礦井通風(fēng)現(xiàn)狀對通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、改造是十分有必要的。

1 風(fēng)阻現(xiàn)狀分析

本文所研究礦井所配套通風(fēng)系統(tǒng)采用“二進一回”的通風(fēng)方式，通風(fēng)機安裝于回風(fēng)斜井中，具體型號為BDK-8-NO24 型。進風(fēng)井包括有主斜井和副斜井，在當(dāng)前工況下，礦井的總進風(fēng)量為138.1 m3/s，其中主斜井的進風(fēng)量為41.3 m3/s，副斜井的進風(fēng)量為96.8 m3/s；礦井的總回風(fēng)量為138.9 m3/s。總的來將，該礦井的有效通效率為88.7%。經(jīng)探測分析，該礦井屬于低瓦斯礦井，存在煤塵爆炸風(fēng)險，煤層屬于容易自燃煤層。

為切實掌握礦井當(dāng)前工況下的通風(fēng)情況，采用氣壓計基點測定方法對其通風(fēng)阻力進行測定[2]，包括煤礦巷道內(nèi)的通風(fēng)阻力及其相關(guān)風(fēng)阻參數(shù)，通風(fēng)阻力的測量路線如下：

從主斜井開始，依次途徑井下中央水倉、火藥庫、42106 繞道、42106 輔助運輸順槽、回采工作面、回風(fēng)順槽、回風(fēng)大巷、回風(fēng)斜井，最終達到風(fēng)硐口。在測量過程中對上述途徑位置的斷面形狀、支護方式、巷道長度、斷面積、周長、阻力、風(fēng)量、摩擦風(fēng)阻、百米風(fēng)阻以及摩擦系數(shù)等參數(shù)進行全面測定。經(jīng)對測量的數(shù)據(jù)整理，得出該礦井通風(fēng)阻力的風(fēng)阻情況，如表1 所示。

表1 礦井通風(fēng)阻力分布

分析表1 數(shù)據(jù)可知，該礦井的進風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段的通風(fēng)阻力比例為2∶1∶4；與理論上3∶3∶4的分配存在一定的差異。可以看出，該礦井的通風(fēng)阻力主要集中回風(fēng)段；經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研可知，導(dǎo)致回風(fēng)段通風(fēng)阻力過大的主要原因為該區(qū)域的風(fēng)量較大，且在回風(fēng)段的巷道內(nèi)鋪設(shè)有大量的排水管道。

礦井等積孔與總通風(fēng)總阻力相關(guān)，兩項參數(shù)可直觀表達礦井通風(fēng)的難易程度。經(jīng)核算，該礦井的等積孔為4.02 m2；等積孔面積大于2，說明該礦井通風(fēng)難易程度屬于容易。對該礦井所配套通風(fēng)機工況點分析，得出結(jié)論如圖1 所示。

圖1 通風(fēng)機工況點

如圖1 所示，通風(fēng)機主要工作在低負壓、大風(fēng)量的區(qū)域，對應(yīng)的通風(fēng)功率為244.09 kW；該型通風(fēng)機的額定功率為442.03 kW。說明，通風(fēng)機的效率偏低，未達到其較高的水平。

總的來將，該礦井通風(fēng)現(xiàn)狀表現(xiàn)為：通風(fēng)阻力分配不合理、通風(fēng)機運行效率偏低且礦井當(dāng)前屬于通風(fēng)容易時期[3]。

2 風(fēng)量現(xiàn)狀分析

為保證該礦井通風(fēng)系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其功能保證工作面的生產(chǎn)效率和安全性，結(jié)合實際生產(chǎn)對礦井通風(fēng)現(xiàn)狀進行分析。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果統(tǒng)計，目前該礦井的用風(fēng)地點可歸類為回采工作面、掘進工作面、井下硐室以及其他等。其中，回采工作面主要包括41209 和42110 兩個工作面；掘進工作面主要包括有4211 膠帶運輸、311 盤區(qū)輔助運輸巷道、31103 回風(fēng)巷道等；井下硐室包括有爆破材料的發(fā)放硐室、變電所以及膠運機機頭硐室等；其他主要指的是工作面現(xiàn)場對輔助運輸設(shè)備無軌腳輪所排放的尾氣進行稀釋。經(jīng)核算：

回采工作面中41209 綜采工作面所需風(fēng)量為20.91 m3/s，31103 綜采工作面所需風(fēng)量為19.96 m3/s；礦井掘進工作面所需的總風(fēng)量為63.06 m3/s；井下硐室所需的總風(fēng)量為10.5 m3/s 等；總的來講，礦井所需的總風(fēng)量應(yīng)大于183.85 m3/s。

結(jié)合礦井的測縫旬報表，礦井總的最大進風(fēng)量為138.52 m3/s，總的最大回風(fēng)量為139.42 m3/s。

可以看出，礦井當(dāng)前的通風(fēng)系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)需求，容易在工作面造成瓦斯集聚以及自燃的現(xiàn)象，存在潛在的危險源[4]。

3 風(fēng)井貫通工程技術(shù)驗證

根據(jù)礦井當(dāng)前風(fēng)量不足、風(fēng)阻較大且其分配不合理以及通風(fēng)機運行效率偏低的情況；為改善礦井供風(fēng)量緊張的情況，需要對其風(fēng)量進行增加。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，在現(xiàn)場實施將2#風(fēng)井與現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)貫通，解決當(dāng)前礦井所面臨的問題。

為保證2#風(fēng)井與現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的順利貫通，在實際貫通操作前作出如下準備工作：

1）將現(xiàn)場東翼膠帶運輸巷道、回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷道安裝型號為FBDN5.0/2×5.5 局部通風(fēng)機；

2）對現(xiàn)場東翼風(fēng)橋處的瓦斯、積水進行排放，并對現(xiàn)場的雜物進行清理；

3）在現(xiàn)場東翼風(fēng)橋正頭5 m 范圍內(nèi)的甲烷、一氧化碳等氣體安裝相應(yīng)的傳感器進行監(jiān)測。在貫通前，在東翼風(fēng)橋巷的位置安裝臨時風(fēng)窗，并在臨時風(fēng)窗上安裝規(guī)格為150 mm×150 mm 的調(diào)節(jié)口。貫通實施后的通風(fēng)方式，如圖2 所示。

圖2 2#風(fēng)井與通風(fēng)系統(tǒng)貫通示意圖

如圖2 所示，將2#風(fēng)井與現(xiàn)階段通風(fēng)系統(tǒng)貫通后，礦井的通風(fēng)方式變更為分區(qū)式通風(fēng)，進風(fēng)井包括有主斜井、1#副斜井和2#副斜井；回風(fēng)井包括有1#回風(fēng)井和2#回風(fēng)井。其中，1#回風(fēng)井主要服務(wù)于3-1煤層開采及礦井南側(cè)的開拓服務(wù)；2#回風(fēng)井主要服務(wù)于4-2 煤層開采及礦井北側(cè)的開拓服務(wù)。以1#回風(fēng)井的通風(fēng)阻力測定結(jié)果為例，如表2 所示。

表2 1#回風(fēng)井通風(fēng)阻力測定結(jié)果

如表2 所示，1#回風(fēng)井的在不同段的通風(fēng)阻力分布比例接近3∶3∶4；整體線路上的通風(fēng)總阻力為1196.6Pa。說明，對2#風(fēng)井進行貫通操作后，現(xiàn)場的通風(fēng)阻力分配較貫通前相對合理，對于保證通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義[5]。

經(jīng)現(xiàn)場測定可知，貫通操作后礦井的實際供風(fēng)量為246.67 m3/s，大于礦井的實際需風(fēng)量183.85 m3/s，滿足通風(fēng)機運行的工況點要求。

4 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)為保證綜采工作面安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，其主要任務(wù)是降低工作面粉塵、瓦斯等有害氣體的濃度，為現(xiàn)場作業(yè)人員提供一個穩(wěn)定、安全、舒適的工作環(huán)境。但是，隨著工作面的不斷推進，原通風(fēng)系統(tǒng)存在風(fēng)量不足、風(fēng)阻分配不合理等情況，導(dǎo)致現(xiàn)場通風(fēng)機通風(fēng)效率低、生產(chǎn)風(fēng)險大等問題。為此，將2#風(fēng)井與現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進行貫通，通風(fēng)方式由“二進一回”改進為“分區(qū)式”。實踐表明：進行貫通操作后礦井的通風(fēng)阻力分布接近3∶3∶4；實際供風(fēng)量246.67 m3/s，大于礦井的實際需風(fēng)量183.85 m3/s，滿足通風(fēng)機運行的工況點要求。