煤礦通風(fēng)安全評(píng)價(jià)及優(yōu)化

湯 濤

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司屯蘭礦，山西 古交 030200）

通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦的關(guān)鍵系統(tǒng)，其主要承擔(dān)凈化工作面的空氣質(zhì)量、降低瓦斯、粉塵濃度，為現(xiàn)場工作人員和設(shè)備提供一個(gè)安全、舒適且穩(wěn)定的工作環(huán)境。通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性直接決定煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。因此，設(shè)計(jì)一套合理的通風(fēng)安全指標(biāo)評(píng)價(jià)體系準(zhǔn)確對(duì)其安全性進(jìn)行量化，查找通風(fēng)系統(tǒng)所存在的安全問題，并及時(shí)制定優(yōu)化方案并實(shí)施，保證礦井生產(chǎn)的安全性和生產(chǎn)效率[1-2]。

1 工程概述

本文所研究煤礦的生產(chǎn)能力為157 萬t/a，采煤方法采用走向長壁后退式開采方法，頂部管理采用全部垮落法，采煤工藝為綜合機(jī)械化放頂開采工藝。目前，在該煤礦共布置有1 個(gè)綜放工作面和2 個(gè)掘進(jìn)工作面。該煤礦所采用的通風(fēng)方式為中央邊界式通風(fēng)，采用四進(jìn)一回的通風(fēng)方式；其中，進(jìn)風(fēng)井包括有主斜井、副斜井、西風(fēng)井和立井；回風(fēng)井為唯一的東風(fēng)井。在東風(fēng)井基于一用一備的原則配套兩臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)，其具體型號(hào)為BD-Ⅱ-8-No24，該通風(fēng)機(jī)具體工作參數(shù)如表1 所示：

表1 BD-Ⅱ-8-No24 軸流式通風(fēng)機(jī)工作參數(shù)

近期對(duì)該煤礦的瓦斯和二氧化碳涌出量進(jìn)行重新鑒定得出，基于該項(xiàng)指標(biāo)是后續(xù)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵。經(jīng)鑒定，該煤礦的瓦斯相對(duì)涌出量2.01 m3/t，絕對(duì)涌出量為6.47 m3/min；所涌出二氧化碳的絕對(duì)量為10.15 m3/min，相對(duì)量為3.161 m3/t。總體來講，該煤礦屬于低瓦斯礦井。

2 煤礦通風(fēng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立及實(shí)例計(jì)算

2.1 煤礦通風(fēng)安全評(píng)級(jí)指標(biāo)體系的建立

煤礦通風(fēng)安全屬于一項(xiàng)綜合性評(píng)價(jià)，需要考慮諸多因素才能夠真實(shí)掌握煤礦的通風(fēng)現(xiàn)狀，并對(duì)優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[3]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，針對(duì)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)綜合性能需要綜合礦井通風(fēng)動(dòng)力、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)設(shè)施、通風(fēng)質(zhì)量、防災(zāi)減災(zāi)能力、通風(fēng)科學(xué)管理以及通風(fēng)經(jīng)濟(jì)合理七項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)；為準(zhǔn)確對(duì)通風(fēng)安全性進(jìn)行量化評(píng)估，需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，并對(duì)一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行綜合確定[4]。礦井通風(fēng)安全的指標(biāo)體系及其權(quán)重構(gòu)建如表2 所示。

表2 礦井指標(biāo)體系及其權(quán)重、取值

2.2 煤礦通風(fēng)安全評(píng)價(jià)的實(shí)例計(jì)算

基于表2 中礦井通風(fēng)安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，結(jié)合該礦井的通風(fēng)動(dòng)力、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)施、質(zhì)量、防災(zāi)能力以及管理水平等基本參數(shù)得出其通風(fēng)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)值為56.6 分。綜合分析，導(dǎo)致其綜合評(píng)價(jià)值較低的主要原因，即通風(fēng)系統(tǒng)所存在的問題總結(jié)如下：

1）該煤礦的通風(fēng)線路較長導(dǎo)致其所需風(fēng)量增大，礦井負(fù)壓較高等；

2）就礦井通風(fēng)阻力分布來看，其比例不合理，而且以回風(fēng)段的通風(fēng)阻力最大，主要是由于回風(fēng)巷道變形嚴(yán)重、斷面面積偏小所導(dǎo)致。

3）東回風(fēng)斜井風(fēng)速超限，主要原因是東風(fēng)斜井局部區(qū)域的斷面面積較小。

4）隨著巷道的深入，通風(fēng)線路延長，導(dǎo)致其需風(fēng)量增大，表現(xiàn)為現(xiàn)場風(fēng)量不足的問題[5]。

3 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化及評(píng)價(jià)

針對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)前所面臨的問題，提出如下優(yōu)化方案：

方案一：在現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，并聯(lián)一臺(tái)通風(fēng)機(jī)，具體型號(hào)為BD-Ⅱ-8-No24；

方案二：增加一個(gè)回風(fēng)井，并增加一臺(tái)通風(fēng)機(jī)，并在新增回風(fēng)立井南側(cè)實(shí)施風(fēng)硐；

方案三：在當(dāng)前東風(fēng)井的基礎(chǔ)上，將西風(fēng)進(jìn)風(fēng)井改造為回風(fēng)井；

方案四：在不增加風(fēng)井的基礎(chǔ)上，在現(xiàn)場新增一套并聯(lián)回風(fēng)巷。

為保證最終的優(yōu)化結(jié)果，根據(jù)上述四種優(yōu)化方案對(duì)通風(fēng)安全評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，并對(duì)四種通風(fēng)優(yōu)化方案對(duì)應(yīng)的效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示：

表3 不同通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的評(píng)價(jià)

如表3 所示，方案二和方案三對(duì)應(yīng)通風(fēng)系統(tǒng)綜合量化評(píng)價(jià)得分高于優(yōu)化前通風(fēng)系統(tǒng)。通過對(duì)比通風(fēng)系統(tǒng)不同優(yōu)化方案的量化評(píng)價(jià)值，最終確定采用方案三對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，改造后東風(fēng)井和西風(fēng)井的運(yùn)行工況如表4 所示：

表4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后回風(fēng)井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況

4 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，其主要功能為保證綜采工作面瓦斯、粉塵等控制在《煤炭安全規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，以保證綜采工作面人員設(shè)備的安全性。本文結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，查找通風(fēng)系統(tǒng)所存在的問題，并提出優(yōu)化改造方案?？偨Y(jié)如下：

1）以通風(fēng)動(dòng)力、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)施、質(zhì)量以及管理等基本參數(shù)為依據(jù)得出當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)的量化評(píng)價(jià)值為56.6 分；

2）該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)所面臨的實(shí)際問題主要由于回風(fēng)巷道變形嚴(yán)重、斷面面積偏小以及通風(fēng)線路增長所導(dǎo)致。

3）結(jié)合實(shí)際問題，主要通過將西進(jìn)風(fēng)井改造為系回風(fēng)井，并配套相應(yīng)通風(fēng)機(jī)，改造后通風(fēng)安全綜合量化評(píng)價(jià)值為74.9，達(dá)到了預(yù)期的優(yōu)化效果。