礦井通風(fēng)系統(tǒng)的改造及通風(fēng)機(jī)的選型

劉二毛

（西山晉興能源有限公司斜溝煤礦， 山西 興縣 033600）

引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是保證工作面安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，可凈化工作面的空氣降低其瓦斯?jié)舛取５V井通風(fēng)系統(tǒng)的性能決定著工作面的生產(chǎn)的安全性和效率。隨著煤礦開采的不斷深入，工作面的數(shù)量及網(wǎng)絡(luò)較開采初期已發(fā)生很大的變化，傳統(tǒng)的通風(fēng)方案導(dǎo)致日常生產(chǎn)中的通風(fēng)問題突出[1]。因此，需根據(jù)工作面的采掘情況對(duì)通風(fēng)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)改造優(yōu)化。

1 斜溝煤礦某工作面通風(fēng)現(xiàn)狀

斜溝煤礦某工作面為東西方走向的方向，煤層平均厚度為0.8 m，該煤礦屬于低瓦斯礦井，開采方式為斜井開采，共包含有四個(gè)井筒。工作面所選用的采煤方式為后退式走向長壁采煤，頂板管理手段為自然垮落法。

該工作面目前采用“兩進(jìn)一回”的通風(fēng)路徑，采用中央式抽出方式。其中，進(jìn)風(fēng)井為主斜井和副斜井，主斜井的長度為800 m，副斜井的長度為730 m。經(jīng)勘測可知，主斜井的通風(fēng)量為3 056 m3/min，副斜井的通風(fēng)量為3 479 m3/min。回風(fēng)經(jīng)包括有兩個(gè)井筒，回風(fēng)井的通風(fēng)量為6 539 m3/min。經(jīng)長期生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)存在如下問題：

1）通風(fēng)巷道的漏風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，經(jīng)現(xiàn)場測量漏風(fēng)量可達(dá)15.34 m3/s。

2）當(dāng)前通風(fēng)方案中的建筑物配置不合理以及維護(hù)和管理不合理，導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部漏風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，常導(dǎo)致風(fēng)流短路的現(xiàn)象發(fā)生，最終導(dǎo)致各個(gè)通道內(nèi)的風(fēng)量分配不均勻。

3）就當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)所配置的通風(fēng)設(shè)備而言，存在通風(fēng)機(jī)與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不匹配的問題，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)的效率低下。經(jīng)測算可知，當(dāng)前通風(fēng)機(jī)的工作效率僅為16.8%，遠(yuǎn)小于通風(fēng)設(shè)備效率不低于60%的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3）工作面的風(fēng)速較低，主要原因是天井和部分溜礦井未完全密閉所導(dǎo)致，使得新風(fēng)通過短路路徑進(jìn)入回風(fēng)道。

4）當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)的配套設(shè)備在目前的通風(fēng)方案下，為工作面提供的風(fēng)量僅為84 m3/s，而工作面實(shí)際的需風(fēng)量為135 m3/s。因此，當(dāng)前所配置的通風(fēng)機(jī)無法滿足實(shí)際通風(fēng)量的需求。

2 通風(fēng)系統(tǒng)的改造

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)的改造依據(jù)及原則

該煤礦每年生產(chǎn)能力為90萬t，按照每年工作330 d計(jì)算，且采取三班倒的工作制，每天工作24 h。

為保證通風(fēng)系統(tǒng)改造的有效性，在實(shí)際改造操作中遵循如下原則：

充分結(jié)合煤礦的采煤方式、生產(chǎn)能力以及地質(zhì)、水文條件；通過改造有效減少礦井內(nèi)部的漏風(fēng)現(xiàn)象，提升有效風(fēng)量率；在現(xiàn)有通風(fēng)井巷的基礎(chǔ)上完成對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的改造，在保證通風(fēng)需求的基礎(chǔ)上，盡量地降低改造費(fèi)用；為工作面配置性能更佳的通風(fēng)機(jī)，使其供風(fēng)量滿足工作面的需風(fēng)量，提升通風(fēng)機(jī)的工作效率[3]。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)的改造

在分析當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)所存在問題的基礎(chǔ)上，充分分析導(dǎo)致上述問題的原因，初步擬定采取如下改造方案：新增回風(fēng)井、新增輔助回風(fēng)井和回風(fēng)斜井、新增煤層輔助回風(fēng)巷和反井鉆孔回風(fēng)。

2.2.1 新增回風(fēng)井

在煤礦工作面北側(cè)新增回風(fēng)井，使得新增的回風(fēng)井與原北側(cè)的回風(fēng)巷相通，如下頁圖1所示：

經(jīng)計(jì)算可知，北側(cè)新增回風(fēng)井的直徑為5m，回風(fēng)井的高度為380m。基于工作面新增的回風(fēng)井可從根本上解決通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)與需風(fēng)量不匹配的問題[4]。從而保證在現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備下能夠滿足工作面需風(fēng)量的要求。

圖1 新增回風(fēng)井

2.2.2 增補(bǔ)輔助回風(fēng)井和回風(fēng)斜井

為工作面新增輔助回風(fēng)井和回風(fēng)斜井，新增的位置示意如圖2所示。

圖2 新增輔助回風(fēng)井和回風(fēng)斜井的位置示意圖

經(jīng)核算，新增輔助回風(fēng)井的長度為1 000 m，新增回風(fēng)斜井的長度為1 200 m。通過新增輔助回風(fēng)井和回風(fēng)斜井可提升工作面的供風(fēng)量，確保其滿足工作面需風(fēng)量的要求。

2.2.3 增補(bǔ)煤層輔助回風(fēng)巷和反井鉆孔回風(fēng)

2.3 通風(fēng)改造方案的確定

方案一：經(jīng)市場調(diào)研，每開拓1 m巷道需費(fèi)用4萬元整，則方案一開拓380 m的巷道需費(fèi)用1 520萬元；加上所用地的費(fèi)用為980萬元。采用改造方案一需總費(fèi)用2500萬元。

方案二：開拓輔助回風(fēng)井和斜井的費(fèi)用為0.8萬元/m，該改造方案總共增補(bǔ)的風(fēng)井的長度為2 200 mm，則總費(fèi)用為1 760萬元。

方案三：基于該改造方案的總費(fèi)用包括有鉆孔的費(fèi)用和煤巷掘進(jìn)的費(fèi)用。該改造方案需鉆深度為100 m孔2個(gè)，深度為252 m孔2個(gè)，鉆孔總費(fèi)用為704萬元；煤巷掘進(jìn)的費(fèi)用大概為270萬元。則，采用改造方案三需總費(fèi)用974萬元。

綜上所述，改造方案三的改造費(fèi)用最小，且施工周期最短。因此，采用方案三對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3 通風(fēng)機(jī)的選型

改造后，采用主斜井、副斜井進(jìn)風(fēng)，輔助回風(fēng)井和回風(fēng)井出風(fēng)，所采用的通風(fēng)方式為中央并列式抽出通風(fēng)方式。經(jīng)現(xiàn)場勘測可知：在實(shí)際生產(chǎn)中工作面的需風(fēng)量為135 m3/s，且在通風(fēng)容易時(shí)期的負(fù)壓值為3 596.3 Pa，在通風(fēng)困難時(shí)期的負(fù)壓值為4 163.2 Pa。

按照需風(fēng)量1.05倍的余量設(shè)計(jì)，所選型通風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量最小為135 m3/s×1.05=141.74 m3/s。按照負(fù)壓350 Pa的余量設(shè)計(jì)，所選型通風(fēng)機(jī)在通風(fēng)相對(duì)容易時(shí)期可供風(fēng)壓最小為3 946.2 Pa，在通風(fēng)困難使其可供風(fēng)壓最小值為4 513.1 Pa。結(jié)合上述選型依據(jù)，最終所選通風(fēng)機(jī)的型號(hào)為FBCDZ29/630×2，該型號(hào)通風(fēng)機(jī)的主要指標(biāo)如表1所示：

表1 FBCDZ29/630×2通風(fēng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)核算，在通風(fēng)相對(duì)容易時(shí)期通風(fēng)機(jī)的工作效率為85%，在通風(fēng)困難時(shí)期通風(fēng)機(jī)的工作效率為85%，滿足《煤炭安全規(guī)程》通風(fēng)機(jī)最小工作效率不得低于60%的規(guī)定[5]。

4 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)作為綜采工作面的關(guān)鍵系統(tǒng)，其性能直接決定工作面生產(chǎn)的安全性和效率。在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著工作面推進(jìn)其地質(zhì)、水文以及斷面形狀發(fā)生變化，故需對(duì)通風(fēng)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，某工作面的通風(fēng)問題采取增補(bǔ)輔助回風(fēng)井和反井鉆孔對(duì)其通風(fēng)方案進(jìn)行改造，并結(jié)合工作面的需風(fēng)量和負(fù)壓情況為通風(fēng)系統(tǒng)配置型號(hào)為FBCDZ29/630×2的通風(fēng)機(jī)。