連續采煤機塊段式開采工作面通風系統優化研究*

高云峰，杜濤，畢建國，高瑞文

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原030024；2.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，太原030006）

連續采煤機塊段式開采工作面通風系統優化研究*

高云峰1，2，杜濤2，畢建國2，高瑞文2

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原030024；2.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，太原030006）

介紹了連續采煤機塊段式開采通風系統，針對現有通風系統配風量大、風速低、負壓低的問題，提出回采區段構筑回風通道、采用局部通風機向工作面加強供風的問題，并用加權相對偏離值最小法對通風系統進行分析研究，確定了礦井全風壓結合局部通風機增強供風作為優化通風系統方案。

塊段式開采；通風系統；加權相對偏離值最小法

連續采煤機塊段式開采工藝，在礦井邊角煤、不規則塊段回采中，具有采掘合一、出煤快、初期設備投資少、機動性強、機械化程度高、全員效率高等優點；近30多年來，在我國晉陜蒙礦區得到推廣應用。但受回采條件所限，該開采工藝的工作面一般難以建立完整通風系統，工作面風流穩定性差，容易造成安全隱患。因此，分析優化該工藝的配套通風系統，對保證工作面安全高效生產具有重要意義。

1 塊段式開采工作面的通風方式

塊段式開采的通風結構，決定著漏風量和工作面風量的穩定性；而開采巷道的布置，決定著通風系統的復雜性。配風量大、風速低、負壓低是塊段式開采時通風的基本特點。根據開采時巷道的布置、以及進回風方式、工作面通風方法，塊段式開采的通風系統方式，見圖1。

2 通風的系統優化方案

通風系統的通風條件差，進、回風巷并列，漏風大；回采時工作面為擴散通風，特別是新鮮風流沖洗工作面后經回采所在巷道進入區段回風巷，工作面作業人員處于回風流中，空氣質量差、粉塵濃度高，對人員傷害較大，且安全隱患多。因此需對通風系統進行合理優化，以保安全高效生產。

為避免工作面乏風流經工作巷道、提高作業環境質量，應在回采區段構筑回風通道，并按工作面實際條件合理布置聯絡巷，減少采空區頂板跨落對回風通道的影響，保證回風通道通暢，也為工作面梭車等設備運行方便。再者，由于圖1的工作面通風設施多、漏風量大、系統可靠性較差、抗災能力弱，故可采用局部通風機向工作面加強供風，通風系統優化方案，見圖2。上述三種通風系統方案應用特征及優缺點不盡相同，如表1所示。

3 通風系統的分析方案

1）上述兩種優化方案(較原方案有一定優勢)各有優缺點，仍需進一步分析，從中確定安全可靠、經濟合理的通風系統。若以各巷道長度及百米風阻R100=0.072 N2·s/m8計算各巷道的風阻，總進風量18 m3/s時，解算各方案通風阻力的結果分別為10.6 Pa，19.7 Pa，8.1 Pa。可知第三種方案通風網絡阻力最小，較為經濟合理。通風系統的合理與否，首先取決于其能否向用風地點提供穩定可靠的風量和是否易于管理，即取決于通風網路和通風構筑物。上述通風系統的分析，如表2所示。

2）為保證優化方案的科學性，采用加權相對偏離值最小法進一步分析。

a.通風系統的評判指標：塊段式開采的通風特點是漏風大、風量不穩定、通風管理較困難、工作面通風質量差等，通風系統的評判指標應充分體現這些特點，并且各指標應有獨立的物理意義，符合科學、可測、可比、簡明的原則。因此通風系統的主要評判指標為：通風物設施、局部通風機、通風網絡、工作面通風質量、工程量等5個指標。依據各指標對通風系統影響的重要程度，利用“相對重要性序列矩陣法”求得各指標的權值分別為6、4、8、10、3。

b.加權相對偏離值最小法的優化步驟：通過將不同性質、不同因次量的指標轉化為無因次的量，采用計算相對偏差值δij（i為方案的指標；j為各方案）的方法，并考慮各指標的權值，進行綜合評價，確定最優方案。具體評價程序如下：①擬定通風系統方案；②計算或確定各方案的指標值③確定標準的指標值或imin；④計算各指標的相對偏差值⑤相對偏差值矩陣：根據各方案的指標計算的相對偏差值組成相對偏差值矩陣：

3）通風系統的分析評價：上述三種通風方案的評判指標值及各指標標準值，如表3所示。

各指標的評定值如表4所示。各方案的綜合評價指標分別為Wa=6.2，K1=1.52，K2=1.47，K3=1.02。加權相對偏離值最小的方案為最優方案，故第Ⅲ方案為最優方案，分析結果與現場應用結果吻合；該方案工作面為礦井全風壓結合局部通風機供風，局部通風機安設處風量穩定，局部通風機供風量大，可保證各用風地點需風量；該通風系統抗災能力強，一旦局部通風機停轉，人員可很快撤到主輔運巷道中。

4 結論

1）連續采煤機塊段式開采過程中，為保工作面風流穩定性，應采用礦井全風壓結合局部通風機增強通風的聯合式通風系統。

2）為保局部通風機安設處的風量，進、回風準備巷道聯絡橫巷的臨時密閉，應滿足便于安裝、可重復利用、嚴密、不漏風等要求。

3）連續采煤機塊段式開采通風構筑物及設施多，應加強管理，確保安全生產。

[1]譚允禎.礦井通風系統優化[M].北京：煤炭工業出版社，1992.

[2]夏孝明.礦井通風系統方案優化的評判指標[J].煤礦安全，2000(5)：5-7.

[3]王虹，李志強.短壁機械化開采支護技術綜述[C].煤炭科學研究總院太原研究院，短壁機械化開采專業論文集.太原：2003：1-6．

[4]張國樞.通風安全學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2008．

[5]國家安全生產監督管理總局.煤礦安全規程[M].北京：中國法制出版社，2011．

2.Taiyuan Research Institute,China Coal Technology&Engineering Group,Taiyuan 030006,China)

Optimization on Ventilation System of Blocking Mining Face with Continuous Miner

GAO Yunfeng1,2，DU Tao2,BI Jianguo2,GAO Ruiwen2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;

The paper introduces the ventilation system of blocking mining with continuous miner.To solve the problems,including large air volume,low air speed,and low negative pressure,the study presents to construct return air passage in extraction sections and to use local fan to increase air supply for the working face.In addition,the ventilation system is studied with minimum weighted relative deviation value method to determine the optimized ventilation system plan which combines full wind pressure and local fan to improve the air supply in the mine.

blocking mining;ventilation system;minimum weighted relative deviation value

TD722

A

1672-5050（2015）01-0001-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.001

（編輯：劉新光）

2014-10-10

山西省青年科技研究基金項目（2012021022-2）；中國煤炭科工集團有限公司科技創新基金項目（2013QN002）。

高云峰（1981-），男，山東煙臺人，在讀工程碩士研究生，助理研究員，從事連續采煤機短壁機械化開采工藝技術研究及煤礦井巷工程管理工作。