晉華宮礦復雜條件下礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化研究

文/孟志斌

山西大同煤礦集團公司晉華宮礦南山井田現(xiàn)為晉華宮礦三大生產(chǎn)區(qū)域之一，南山井原有三個進風井和一個回風井，采用抽出式通風。隨著礦井開采煤層工作面的變化，其原有通風系統(tǒng)、設備以及通風方案與參數(shù)都必須進行升級或優(yōu)化。按目前實際情況看，南山井在采掘部署調(diào)整后仍將缺風1600m3/min，南山井馬營溝風井系統(tǒng)的通風能力不能滿足生產(chǎn)要求，必須對其通風系統(tǒng)做進一步改造。

一、原通風系統(tǒng)能力與合理性分析

1.通風系統(tǒng)難以滿足長遠發(fā)展要求

南山井共有薄煤層9#、10#和厚度達5～8m的12#厚煤層。目前通風能力只可以滿足一個工作面實際需要，但后期須進行9#層、10#煤層和12#厚煤層同時開采，礦井需風量將會大大增加。

2.引風道與風硐斷面面積不足

南山井馬營溝風井原按照安裝1.8m直徑主扇設計，其風機主扇引風道和風硐斷面分別僅有4.2m2和4.84m2，盡管之后進行過改造擴建，但又在原基礎上更換了功率更大且排風量高達5800m3/min的BDK56C-6-No.22對旋式主扇，經(jīng)實測發(fā)現(xiàn)，風硐風速已達到20m3/s，遠超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的要求，存在嚴重的超風速、高損壓難題。

3.主通風設備存在問題

南山井使用的對旋式主扇曾多次發(fā)生過銅襯脫鉚事故。另外，由于主扇葉片銹蝕損壞嚴重，每年必須對葉片至少更換一次，耗費了大量的維修成本。

二、系統(tǒng)優(yōu)化方案提出

1.方案技術分析

對于優(yōu)化方案主要從以下三方面進行考慮：一是尋找新的進風通道或者在原有基礎上擴容以增加進風量，二是拓展新回風通道或在原來條件下增大回風能力，三是調(diào)整或優(yōu)化通風參數(shù)以提升通風效果。由此提出以下兩種方案。

（1）馬營溝風井改建方案。首先，提升同風能力，即延長馬營溝風井井筒并在地面重新修建風道、主扇基礎以及安裝相適應的主扇設備；同時，將材料斜井延伸至9#煤層作為其專用進風及運料通道。其次，將現(xiàn)回風斜井斷面由原來6m2擴大至15m2以上。

（2）材料斜井改回風井分擔通風方案。已有進風井不變，把材料斜井延伸至9#煤層與總回風井貫通作為回風井，地面修建防爆門、風硐和機房等設施并安裝主扇，擔負9#煤層通風任務。另外，馬營溝風井擔負12#煤層和10#煤層進風任務。

2.方案技術經(jīng)濟比較

盡管方案二相對于方案一施工較為容易，但工程量較大，施工工期太長而不能滿足生產(chǎn)接替要求，對礦井生產(chǎn)影響較大，而且投資較大。因此，方案一優(yōu)于方案二。

三、新方案參數(shù)設計與優(yōu)化

1.南山礦井采掘工作面分布與風量需求分析

結合實際生產(chǎn)情況，分為通風容易和困難兩個階段或時期。通風容易時期是指目前生產(chǎn)通風需求相對較小且其通風能力僅須滿足當前生產(chǎn)及薄煤層開拓的阻力要求即可的階段，困難時期是指在后續(xù)生產(chǎn)中其通風能力必須滿足9#薄煤層、10#中厚煤層和12#厚煤層同時高強度開采時的礦井通風阻力需要的階段。經(jīng)過計算，通風容易時期和困難時期礦井需風情況分別見下表。

通風容易時期礦井需風量

通風困難時期礦井需風量

2.風阻計算和網(wǎng)絡解算

（1）容易時期的最大通風阻力風流路線。容易時期的最大通風阻力風流路線為：副井→9#層副井→9#層材料井→9#層集中軌道巷→9#層盤區(qū)巷→8224工作面→盤區(qū)回風巷→風硐→回風井。

（2）困難時期的最大通風阻力風流路線。困難時期的最大通風阻力風流路線為：副井→12#層盤區(qū)巷→8224工作面→12#盤區(qū)回風巷→總回風巷→風硐→回風井。

（3）通風摩擦阻力計算。按所選定的礦井通風容易和困難兩個時期的通風阻力最大阻力風流路線，分別計算出各區(qū)段井巷的摩擦阻力。計算可得，通風容易時期最大阻力區(qū)段摩擦阻力計算2203Pa或224.8mmH2O，通風困難時期最大阻力區(qū)段摩擦阻力計算2662Pa或271.7 mmH2O。

（4）確定風硐的通風阻力和自然風壓。對風硐的要求是通風阻力h硐一般不超過100～200Pa，因馬營溝風井改造引風道較長，風硐的通風阻力取最大值200Pa。自然風壓四季不同，但考慮對主扇的影響阻力h自選取200Pa。

（5）通風阻力計算。通風容易時期的通風阻力 h阻易=k局∑h摩易－h(huán)自=1909×1.15－200=1995Pa=203mmH2O；通風困難時期的通風阻力h阻難=k局∑h摩難－h(huán)自=2308×1.15+200=2854Pa=291mmH2O由于存在外部漏風，通風機排風量Q排必然大于礦井總風量Q，則Q排=k外Q。

式中：k外—外部漏風系數(shù)，抽出式通風且風井有無提升任務時分別取1.10和1.05。

（6）通風設備配套選型與實際通風參數(shù)分析。按實際要求，確定2K60-No.28主扇作為礦井通風配套設備。考慮本地實際大氣壓、溫度不同于標準狀態(tài)，選取主扇特性曲線300和400作為通風容易和困難時期的解算，修正后的礦井通風容易時期工況點為：總需風量8141m3/min，通風阻力203mmH2O；礦井通風困難時期工況點為：總需風量9916m3/min，通風阻力291mmH2O。

（7）通風風速驗算。通風容易時期最大阻力區(qū)段風速顯示，3#層到地面回風井風量及風速均最大，分別為129.9m3/s和8.9m/s，備采至采面盤區(qū)井風量與風速均最小，分別為24.4m3/s和1.18m/s。通風困難時期最大阻力區(qū)段風速驗算結果顯示，風井回風巷風量及風速均最大，分別為159.5m3/s和11.8m/s，9～12#層副井風量與風速均最小，分別為2.3m3/s和0.2m/s。由此可見，兩個時期的通風風速均符合規(guī)程要求。

四、結論

經(jīng)過技術經(jīng)濟比較與分析，選定方案可以滿足礦山目前及后期生產(chǎn)的通風系統(tǒng)重新部署條件，能夠確保生產(chǎn)通風安全。重新核定的新通風方案的風量、風壓等參數(shù)以及通風配套設備功率可以滿足實際需要，并符合安全規(guī)程相關規(guī)定。