石膏石礦通風(fēng)系統(tǒng)的安全性試驗及措施

張曉芳

（長治市潞城區(qū)應(yīng)急救援指揮中心，山西 長治047500）

引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)性能和安全性是保證地下礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，對于石膏石礦也不例外。石膏石礦通風(fēng)系統(tǒng)主要功能是將生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的粉塵、有害氣體的濃度控制在安全范圍之內(nèi)。而通風(fēng)系統(tǒng)在實際運行中存在風(fēng)流短路、漏風(fēng)、風(fēng)流反向以及污風(fēng)循環(huán)等問題，嚴(yán)重威脅著石膏石礦生產(chǎn)及作業(yè)人員的安全性[1]。本文著重對某石膏石礦通風(fēng)系統(tǒng)的安全性進行試驗分析，并提出相關(guān)的安全措施。

1 某石膏石礦工程概況

地質(zhì)條件：石膏石礦所開采的為石膏巖，且石膏巖的平均厚度為11 m，目前可供開采的石膏巖的厚度為6 m，石膏巖層的傾向為89°，平均傾角為1.5°。該石膏石礦最頂部的巖層類型為粉砂質(zhì)泥巖，中間巖層類型為泥巖；石膏巖底部為粉砂巖并伴有部分粉砂質(zhì)泥巖。

水文條件：該石膏石礦所屬地域的平均降水量為1 141.8 mm，主要降水季節(jié)集中于每年的4月份到9月份。經(jīng)現(xiàn)場探測可知，在石膏石礦頂板有呈點滴狀的地下水滲出，其涌水量非常小，尚不能夠形成水流，其水文條件很簡單。

開采條件：整體而言，石膏石礦的頂?shù)装鍘r層的力學(xué)性能較好，但仍存在冒頂和坍塌的可能。但是，該礦井口位置相對穩(wěn)固。目前，該礦采用主平硐+斜坡道的開拓方式，并采用類似于煤礦工作面的房柱式的前進式開采方式[2]。

2 該礦井通風(fēng)系統(tǒng)的確定

根據(jù)該石膏石礦地質(zhì)、水文情況，該礦井原采用中央并列式通風(fēng)方式，并且所選型通風(fēng)機的工作面方式為抽出式。綜合考慮該礦井的開采條件，提出采用礦山大管道抽出式主扇機械通風(fēng)方式。對應(yīng)的主扇管道抽出式通風(fēng)方式的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 主扇抽出式通風(fēng)系統(tǒng)框圖

如圖1所示，主扇抽出式通風(fēng)系統(tǒng)主要包括抽出式風(fēng)機、導(dǎo)風(fēng)連接箱、主風(fēng)管和支風(fēng)管。其中，可通過調(diào)風(fēng)板槽對工作面的風(fēng)速進行控制，以保證通風(fēng)量與實際工作相匹配的目的，從而實現(xiàn)節(jié)能通風(fēng)[3]。

經(jīng)理論計算，該礦正常生產(chǎn)時采掘工作面所需風(fēng)量為630 m3/min，根據(jù)管道直徑及其相關(guān)條件其對應(yīng)的風(fēng)速為10.5 m3/s，局部通風(fēng)機通風(fēng)量為108 m3/min，其他需風(fēng)量為126 m3/min。根據(jù)上述各部分通風(fēng)量，按照1.15的安全系數(shù)該礦井所需總風(fēng)量為993.6 m3/min，對應(yīng)總風(fēng)速為16.56 m3/s。

基于上述理論計算結(jié)果，所選擇通風(fēng)機型號為FBCZ4-11A，按照“一用一備”的原則為礦井配兩臺主通風(fēng)機，并為采掘工作面配置兩臺局部通風(fēng)機，具體型號為YBT-5.5。上述兩通風(fēng)機的關(guān)鍵參數(shù)見下頁表1。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全性試驗

3.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全性試驗的方案設(shè)計

為驗證基于上述通風(fēng)機對應(yīng)通風(fēng)方案的安全性，本次試驗采用相關(guān)儀器設(shè)備對礦井正常生產(chǎn)過程中風(fēng)速、有害氣體的濃度、氧氣的濃度以及粉塵濃度等參數(shù)進行監(jiān)測，判定其是否均在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，進而驗證該礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全性和有效性[4]。本次試驗所選用的儀器設(shè)備的類型及關(guān)鍵參數(shù)如表2所示。

表1 礦井配置通風(fēng)機參數(shù)

表2 儀器設(shè)備類型及參數(shù)統(tǒng)計

1）礦井風(fēng)速測量：風(fēng)速檢測的目的是判斷其是否滿足抽取炮煙的要求。因此，礦井通風(fēng)口的位置作為風(fēng)速的測量點。

氧氣的測量：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定低限值和高限值報警位置，測量不同地點氧氣的濃度變化。

2）有害氣體的檢測：將四合一檢測儀中置入不同的傳感器（CO、CH4、H2S），并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)定不同有害氣體的報警限值，測量不同位置有害氣體的濃度變化情況，并實時記錄數(shù)據(jù)。

3）粉塵測量：將粉塵檢測儀置于相應(yīng)的位置，對工作面的粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度進行測量。

3.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全性試驗的結(jié)果分析

本次試驗對通風(fēng)系統(tǒng)運行前后各參數(shù)的變化情況進行對比，具體如表3所示。

表3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)運行前后參數(shù)對比

如表3所示：礦井通風(fēng)系統(tǒng)運行前后氧氣濃度變化不大，但是工作面有害氣體濃度經(jīng)通風(fēng)系統(tǒng)作用后均降至0；總粉塵質(zhì)量濃度從1 000 mg/m3降低至2 mg/m3，其中，工作面呼吸性粉塵質(zhì)量濃度從6 mg/m3降低至0.4 mg/m3。因此，當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)性能能夠保證工作面有害氣體和粉塵濃度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，即證明通風(fēng)系統(tǒng)具有良好的效果[5]。

4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全性策略

1）在實際生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格加強對通風(fēng)系統(tǒng)的管理，定期對通風(fēng)設(shè)備、設(shè)施等進行檢修，必須按照相關(guān)規(guī)定為工作面指定配風(fēng)量，且抽風(fēng)口必須距離工作面管道10～15 m；

2）在通風(fēng)系統(tǒng)正常運行之前，應(yīng)對通風(fēng)機性能、通風(fēng)阻力進行測定，保證每年開展一次反風(fēng)演習(xí)，為突發(fā)事故做準(zhǔn)備；

3）礦井通風(fēng)系統(tǒng)正式運行后，應(yīng)每年對工作面風(fēng)量進行核算，并及時對通風(fēng)設(shè)備、通風(fēng)方案進行調(diào)整。