復雜通風網絡系統優化研究

張小東

（山西鉅盛能源集團有限公司，山西 寧武 036700）

隨著礦井服務年限的逐漸延申，我國存在大量通風網絡復雜礦井，且由于之前系統設計能力有限，采煤工藝落后，已不能達到現代化生產礦井需求，針對此現狀，必須進行合理的系統優化。通風系統的合理與否和礦井的安全生產，防災抗災能力以及經濟效益有著密切的關系。礦井通風系統優化的目的就是優化風量，減小通風阻力，減少礦井漏風，提高有效風量率，提高礦井防災抗災能力，力求通風系統簡單可靠，確保礦井安全生產[1-3]。通風網絡優化既要本著解決礦井實際問題，又要符合投資省、見效快、工程量小、技術指標合理的原則，也就是要滿足技術可行、經濟合理、安全可靠的通風系統評判指標[4-6]。目前一些學者也對通風系統優化做出了一些研究，如改變通風方式等方法，本文主要研究對復雜風網系統通過增加通風聯巷，并對一些多余老舊巷道進行封閉，來簡化通風系統，減小礦井通風總阻力。

1 礦井概況

某礦井生產規模為400 萬t/a，采用平硐—斜井聯合開拓方式,井田內共布置有12 個井筒，為7 個進風井、5 個回風井。井田內分南、中、北三條石門大巷延伸劃分為南部、中部、北部三個區域，逐步由淺向深、至上而下開采，采區內條帶式布置工作面，采用傾斜長壁后退式回采。礦井采用分區抽出式通風，礦井總進風為40 654 m3/min，總回風量為41 340 m3/min，并經瓦斯等級鑒定為高瓦斯礦井。

2 礦井通風參數測定與分析

2.1 通風系統阻力測定

本次通風阻力測定采用基點法測定，即將1 臺氣壓計放在井上，每隔一定時間讀取氣壓讀數并記錄測定時間以監測地面大氣壓力的變化，進而對井下測定的氣壓數據進行校正；另1 臺氣壓計沿事先選好的路線逐點測定氣壓值并記錄測定時間。計算公式如下：

式中：K1、K2分別為2 臺測定氣壓計的校正系數；Pc1、Pc2分別為基點校正氣壓計在測定氣壓計讀數PR1、PR2測值時的讀數，Pa。

該礦分五個區域進行測定，每個區域選擇最長通風阻力線路，并根據測定結果繪制了通風網絡圖（如圖1 所示）。

圖1 通風網絡圖

通過通風阻力測定得出各區域阻力分布情況，如下頁表1 所示。

2.2 風網解算與結果分析

將阻力測定中的所測通風參數，進行風網解算可得出如下結果：

1）五個區域中的五個主要通風機，有2 個風機的工況不在穩定運行區域，均為風壓偏高，但風量相比較小的狀況。

2）三區域回風段阻力所占比例偏大。

3）四區域進風段阻力所占比值偏大。

表1 各區域阻力分布情況匯總表

3 風網降阻優化

3.1 合理分配風量降阻

對某礦通風系統進行風量調整，尤其針對三區域和四區域，安設相應的調風設施，經對礦井局部風量重新調節后，三、四區域的通風阻力有所降低，但風機工況仍距合理工作區間偏離較大，調風已不能有效解決復雜風網的通風阻力，僅能在小范圍內微調，對整個通風系統的阻力降低并不顯著。

3.2 局部回風段降阻

在回風區域，新增一條回風聯巷，同時將上端回風段封閉，使得回風流縮短回風距離，并將模擬聯巷參數輸入風網解算系統，可得出三區域的回風部分阻力占比減小，此區域風機工況回到正常工作范圍，降阻效果明顯。

圖2 局部區域新增回風聯巷位置示意圖

3.3 進風區域增加聯巷分支降阻

在節點160 處新增一條聯巷（新增分支，如圖3所示）在進風區域，此段風量較大，且與其他分支風量匯合后，下一段分支的風量會積聚，增大巷道的通風阻力，且風量較大的此段巷道，拐彎處多，風量較大的情況下巷道的局部阻力也會陡然增大，因此在此段巷道有必要將風流進行分流，從而降低此區域的通風阻力。

新增分支后，將新增巷道的參數輸入風網解算系統中，可知四區域進風段通風阻力明顯降低，并使得主要通風機工況在正常工作范圍內。

圖3 進風區域增加聯巷分支位置示意圖

4 結論及建議

通過調研該礦的通風現狀，并根據此次通風阻力測定與風網解算分析，可以得出以下結論:

1）對礦井系統進行風網解算后，得出三區域和四區域的風機工況范圍不合理，風機的工況不能位于穩定的工作區間；在進行風量重新分配下，三、四區域的通風阻力分布仍然不合理，此狀況并不能得到有效改變，三區域回風段與四區域進風段阻力占比仍然偏大。

2）根據風網解算可知，在三區域局部地方的阻力顯著增大，因此降低此段巷道的通風阻力，對降低三區域阻力意義重大。結合該礦實際做出對此區域增加一條回風聯巷，并將無用巷道進行封閉。改變風網結構后，通過風網解算軟件得出此區域通風阻力顯著降低，風機工況范圍已趨于正常工作范圍內。

3）針對四區域情況分析，在進風段中，有局部區域風量過于集中（160-161 段），且此段巷道斷面較小，巷道拐彎多，導致巷道沿程阻力及局部阻力陡然增大。經分析后在此段處進行了合理的風量分流，風流后經風網解算軟件可知，四區域風網阻力下降明顯，且風機工況已處于合理工作區間。

根據以上研究結果分析，建議如下:

1）對三區域和四區域通風阻力分析后，可知雖通過增加并聯網路對此區域的通風阻力降低，但隨著采掘作業的繼續深入，在開采后期，通風阻力還會繼續增大，針對此種情況，建議在必要階段更換主要通風機。

2）由于該礦為高瓦斯礦井，井下布置抽采管道，且布置管道的回風巷道斷面較小，因此建議在有能力的情況下，適當的增加巷道斷面，保證巷道有足夠大的有效通風斷面，尤其是總進風巷道和總回風巷道，避免巷道內存放物品，主要巷道內不要隨意停放車輛、堆積木料等，巷道內堆積物要及時清除或排列整齊，盡量少堵塞巷道斷面。

3）在巷道進入下水平開采時，局部區域的通風網絡應進行重新布置，對老舊無用巷道及早封閉，通過新掘巷道使得通風系統更加簡單，巷道布置更加合理。