煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

張玉剛

（陽(yáng)泉煤業(yè)有限責(zé)任公司三礦， 山西 陽(yáng)泉 045000）

1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化原則以及常用方法

一般來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)應(yīng)遵照以下原則進(jìn)行：首先，在保證通風(fēng)效果的前提下，盡量使通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單；其次，保證通風(fēng)系統(tǒng)具有足夠的可靠性，而且優(yōu)化過(guò)后的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)該具有可調(diào)性。煤礦井下在進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中，常用的通風(fēng)方式有：機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)。煤礦在優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)主要采取優(yōu)化礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、優(yōu)化礦井進(jìn)出風(fēng)井布置方式或位置兩種方式[1]。

2 一礦7800回采工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

某煤業(yè)集團(tuán)一礦是一座現(xiàn)代化大型礦井，煤礦7800工作面的東部區(qū)域?yàn)榧芸杖塑囅铮辈繀^(qū)域?yàn)閷?shí)體煤，7800工作面標(biāo)高為400～450 m，平均煤厚為5.06 m，所開(kāi)采煤層為緩傾斜煤層，沿煤層走向方向布置運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽，巷道沿頂板進(jìn)行掘進(jìn)，運(yùn)輸順槽長(zhǎng)度為590 m，回風(fēng)順槽長(zhǎng)度為647 m，運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽的巷道寬度和高度分別為5 m和3 m。巷道回采過(guò)后，采空區(qū)中集聚大量瓦斯，為抽采采空區(qū)中所集聚的瓦斯，在巷道頂板之上布置了1條高抽巷。此外，為提高7800回采工作面的回采率，加大采煤面可采量，煤礦在施工過(guò)程中多掘了1條回風(fēng)順槽，7800工作面通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。工作面在生產(chǎn)初期的通風(fēng)方式設(shè)計(jì)為里段和中段區(qū)域采用“U型通風(fēng)+高抽巷”的通風(fēng)布置方式，外段區(qū)域采用“一進(jìn)兩回”的通風(fēng)布置方式。

2.1 存在的主要問(wèn)題

在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，7800工作面推進(jìn)至外段區(qū)域時(shí)，開(kāi)切眼長(zhǎng)度為239 m，外段區(qū)域采用“一進(jìn)兩回”的布置方式后，經(jīng)測(cè)算，殘存瓦斯?jié)舛葹?.98 m3/t，瓦斯壓力為0.23 MPa，運(yùn)輸順槽風(fēng)流量為3 900 m3/min，回風(fēng)順槽的風(fēng)流量為2 560 m3/min。在采煤機(jī)正常割煤時(shí)，順槽上隅角的瓦斯?jié)舛冉?jīng)常處于預(yù)警濃度以下0.6%左右，瓦斯?jié)舛冗^(guò)高給煤礦工作面的安全生產(chǎn)帶來(lái)巨大隱患（如圖2所示）。因?yàn)樵诘V井設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有在外段區(qū)域布置高抽巷，而且沒(méi)有在工作面上布置預(yù)抽鉆孔，所以外段區(qū)域瓦斯?jié)舛群茈y降低，嚴(yán)重影響礦井的生產(chǎn)進(jìn)度。礦井的通風(fēng)系統(tǒng)急需優(yōu)化[2]。

圖1 7800工作面通風(fēng)系統(tǒng)

圖2 外段區(qū)域優(yōu)化前通風(fēng)系統(tǒng)

2.2 改造方案

為解決7800工作面外段區(qū)域上隅角瓦斯?jié)舛冗^(guò)高的問(wèn)題，根據(jù)該礦實(shí)際情況將外段區(qū)域的通風(fēng)方式由原來(lái)的“一進(jìn)兩回”的通風(fēng)方式調(diào)整為“W”型通風(fēng)，該通風(fēng)方式特點(diǎn)為“兩進(jìn)一回”，優(yōu)化后的通風(fēng)方式如下頁(yè)圖3所示。改變外段區(qū)域通風(fēng)方式后還要強(qiáng)化工作面瓦斯抽采，在7800工作面里回風(fēng)順槽向運(yùn)輸順槽中施工布置預(yù)抽鉆孔，預(yù)抽鉆孔的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為90～115 m，相鄰預(yù)抽鉆孔之間的間距為1.2m，為提高抽采效率，鉆孔孔徑設(shè)計(jì)為120 mm。此外，在回風(fēng)巷中布置瓦斯釋放孔，通過(guò)瓦斯釋放孔連接軌道巷，釋放孔之間間距設(shè)計(jì)為1.2 m，長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為43 m，孔徑設(shè)計(jì)為70 mm，在回風(fēng)巷中布置137個(gè)瓦斯釋放孔。通過(guò)實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)工作面上隅角瓦斯具有良好的稀釋作用，使工作面瓦斯大大降低，通過(guò)布置瓦斯釋放孔，實(shí)現(xiàn)了工作面瓦斯抽采全覆蓋，為工作面的安全生產(chǎn)提供了保障。

圖3 外段區(qū)域優(yōu)化后通風(fēng)系統(tǒng)

3 二礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

隸屬于同一礦業(yè)集團(tuán)的二礦同樣是一座現(xiàn)代化礦井，煤礦現(xiàn)階段主要開(kāi)采2號(hào)煤層，2號(hào)煤層具有的典型特點(diǎn)是煤層厚度大，埋藏深度淺，礦井的通風(fēng)方式設(shè)計(jì)為多風(fēng)井分區(qū)對(duì)角抽出式、主輔扇聯(lián)合通風(fēng)，主要進(jìn)風(fēng)井筒有主斜井、副斜井、人行斜井、各采區(qū)軌道上山或運(yùn)輸上山，此外，部分區(qū)域輔助運(yùn)輸平硐也兼做進(jìn)風(fēng)井筒，回風(fēng)井筒為中部回風(fēng)井，在開(kāi)采南翼區(qū)域時(shí)，南翼第四采區(qū)運(yùn)輸上山也作為回風(fēng)井筒使用。

3.1 存在的主要問(wèn)題

1）該煤礦為高瓦斯礦井，隨著開(kāi)采深度的增加以及開(kāi)采強(qiáng)度的加大，瓦斯涌出量增大，原有的通風(fēng)系統(tǒng)難以滿足高瓦斯礦井的風(fēng)量需求，嚴(yán)重制約礦井生產(chǎn)。

2）2號(hào)煤層埋藏深度淺，距離地表最近距離為90 m，在煤層開(kāi)采過(guò)后形成許多直通地表的裂隙，由于裂隙的存在使通風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)嚴(yán)重[3]。

2）通風(fēng)設(shè)備數(shù)量巨大，降低了通風(fēng)的可靠性。此外由于礦井采用聯(lián)合通風(fēng)系統(tǒng)，形成了角聯(lián)通的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這種通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)阻力不平衡，抵抗災(zāi)害能力較差。

3.2 改造方案

首先，將南翼第四采區(qū)4311綜采工作面，以及工作面中的相關(guān)平巷硐室進(jìn)行封閉；然后從南翼第四采區(qū)向南翼第二采區(qū)回收煤層。對(duì)水平大巷回收完成后封閉井底車場(chǎng)，對(duì)采取采區(qū)上下山回收完成后封閉井口。在進(jìn)行封閉工作時(shí)，應(yīng)該按照分段回收、分段封閉的原則進(jìn)行。通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化改造后如圖4所示。

該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化改造后徹底解決了通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，通風(fēng)阻力不平衡的問(wèn)題，消除了采區(qū)范圍內(nèi)沒(méi)有專用回風(fēng)巷道的重大隱患。此外，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化了原有的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提高了通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加了通風(fēng)系統(tǒng)的安全性。優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)將原來(lái)的聯(lián)合通風(fēng)方式改為抽出式通風(fēng)，在提高通風(fēng)效率的同時(shí)，增加了通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)最大限度地減少了通風(fēng)設(shè)備的數(shù)量，降低了通風(fēng)設(shè)施的冗余度。白芨溝煤礦遵循按段回收，分段封閉的原則進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造，取得了顯著的成果，對(duì)于提高煤礦的生產(chǎn)效益，建設(shè)高產(chǎn)高效礦井具有重要意義。

圖4 優(yōu)化改造后通風(fēng)系統(tǒng)圖

4 三礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

三礦主要開(kāi)采二號(hào)煤層，煤層平均厚度為8 m，礦井采用立井，斜井混合開(kāi)拓方式，通風(fēng)方式選擇為中央并列式，兩翼對(duì)角混合抽出式通風(fēng)，進(jìn)風(fēng)井是位于工業(yè)廣場(chǎng)的主井、位于西翼的運(yùn)輸斜井以及中央進(jìn)風(fēng)井，回風(fēng)井是位于工業(yè)廣場(chǎng)北側(cè)的副井、桐家莊新風(fēng)井、南窯風(fēng)井。

4.1 存在的主要問(wèn)題

1）風(fēng)井采用的風(fēng)機(jī)型號(hào)為70B2-21-18，這種風(fēng)機(jī)回風(fēng)性能差，效率低，經(jīng)測(cè)算需風(fēng)量與回風(fēng)量相差15.93 m3/s，所以該型號(hào)風(fēng)機(jī)不能滿足工作面正常生產(chǎn)所需風(fēng)量要求，嚴(yán)重制約生產(chǎn)。

2）南窯風(fēng)井進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)線路長(zhǎng)，通風(fēng)阻力大，造成通風(fēng)困難。

3）隨著開(kāi)采深度的增加，煤礦瓦斯涌出量增大，需風(fēng)量也隨之增大，原有的通風(fēng)系統(tǒng)難以滿足礦井進(jìn)行安全生產(chǎn)的要求。在優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)前需要先確定每條巷道風(fēng)量以及通風(fēng)阻力[4]。測(cè)定表明，礦井北翼回風(fēng)阻力占總風(fēng)阻力的16.71%，南翼通風(fēng)阻力占總通風(fēng)阻力的13.69%。因?yàn)槟弦聿蓞^(qū)進(jìn)風(fēng)線路長(zhǎng)，通風(fēng)阻力大，在進(jìn)風(fēng)端占總通風(fēng)阻力的31.14%。經(jīng)過(guò)分析測(cè)定數(shù)據(jù)可知：礦井北翼巷道局部斷面小，形成很高通風(fēng)阻力；礦井施工范圍廣，導(dǎo)致局部區(qū)域施工質(zhì)量差，造成區(qū)域漏風(fēng)量大；在南翼區(qū)域的回風(fēng)巷道中存在巷道頂板冒落，部分區(qū)域存在積水，這些原因都會(huì)造成巷道通風(fēng)阻力加大。

4.2 改造方案

將工業(yè)廣場(chǎng)的風(fēng)井選用型號(hào)為BD-Ⅱ-8-No22（n=740 r/min、HP 型）軸流對(duì)旋式風(fēng)機(jī)，這種風(fēng)機(jī)可以滿足在深井巷道在正常生產(chǎn)中的風(fēng)量需求；在工業(yè)廣場(chǎng)南翼區(qū)域新建一口風(fēng)井，用來(lái)代替南窯風(fēng)井，為提高通風(fēng)效率，將新建風(fēng)井的通風(fēng)機(jī)葉片安裝角度由原來(lái)的3°上調(diào)到7°。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，經(jīng)過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后的礦井工作面瓦斯?jié)舛蕊@著降低，滿足礦井生產(chǎn)需風(fēng)要求，保證了礦井的安全生產(chǎn)。