高瓦斯礦井通風系統優化方案研究

徐孟

關鍵詞：高瓦斯;礦井通風;指標數據;歸一化處理

礦井通風系統是安全高效生產的重要保障，只有穩定的通風系統才能源源不斷的向井下提供新鮮的風流，供工作人員呼吸和生產所需。因此井下巷道及生產環境的復雜性，導致通風系統具有明顯的非線性特征，隨著煤礦機械化水平的不斷提高，開采難度以及深度逐漸增大，使得通風系統更加復雜。此時，原有的通風系統已經不滿足安全生產所需，急需進行通風系統的優化[1]。目前礦井通風系統的優化方案主要有外部優化和內部優化兩種，本文結合礦井實際通風量小、通風阻力大的現狀，進行了通風系統的優化設計，實現通風量的正常供給。

1 礦井通風現狀

礦井通風系統的衰老是一個逐變的過程，衰老的過程與工作面的布置密切相關，一般來說，通風系統的衰老有外在特征和內在特征兩部分。外在特征具有以下特點：較長的通風線路和較小的巷道斷面面積使得通風阻力增大;井下生產管理點分布散亂時，通風系統管理困難;井下生產條件復雜，通風機長時間運行條件下運行效率低下使得通風漏風量嚴重。

內在特征具有以下特點：礦井通風系統的內在特征主要從安全和技術兩方面考慮，實現礦井通風系統的安全性，工作面的風流以及風質必須滿足最終通風效果，且通風時的阻力不宜過大。

對于該礦井而言，通過兩臺軸流風機實現礦井的中央并列式通風，兩臺軸流式風機的型號分別為BDK（III）-8-NO21 和 BDK（III）-6-NO20，電機在運行過程中的功率為165kW，排風量達到3562m3/min，通風過程中漏風量達到8.64m3/s，整個通風過程中漏風量嚴重，通風阻力較大，嚴重影響到礦井的安全生產，為此，對礦井通風系統進行改造就顯得尤為重要。

2 通風系統優化方案研究

2.1 礦井通風系統優化設計流程

首先根據礦井的開拓方式、開采方法以及通風方式，分析礦井通風系統優化的意義和必要性，上文已經闡述，不再贅述，然后通過現狀模擬分析得到目前通風系統存在的問題，隨后擬定出礦井通風系統的優化設計方案，通過經濟技術比較，初步篩選出方案，最終確定指標，選擇出優化方案。

2.2 礦井通風系統優化方案的設計及分析

根據礦井的通風狀況，對通風系統進行優化設計，方案1如下：將原來的東、西風井作為回風井，通過實際風量的解算，得到東風井的漏風量達到4.15m3/s，排風量為10.3m3/s，通風負壓為2549Pa;西風井的漏風量達到9.25m3/s，排風量為68.21m3/s，通風負壓為2450Pa;圖1（a）方案1計劃風量與實際解算風量對比，根據《煤礦安全規程》，此方案下通風量不足，通風阻力過大，因此不宜采用。

方案2如下：將原來的東、西風井作為回風井，其中東風井的風機型號為BDKIII-8-NO19，西風井的風機型號為BDK（III）-6-NO20，通過擴大回風巷的斷面面積降低通風阻力，通過實際風量的解算，得到東風井的漏風量達到3.01m3/s，排風量為10.52m3/s，通風負壓為2010Pa;西風井的漏風量達到6.38m3/s，排風量為67.21m3/s，通風負壓為2210Pa;圖1（b）為方案2計劃風量與實際解算風量對比，根據《煤礦安全規程》，此通風方案下，通風漏風量減少，但是巷道內通風阻力以及很大，導致風量分配不均勻，在礦井復雜的生產環境下，通過增加通風機只會導致漏風量的持續增加，因此此方案也不可行。

方案3如下：在方案2的基礎上，擴大采區巷道面積，加大通風機的通風量。通過實際風量的解算，得到東風井的漏風量達到2.98m3/s，排風量為13.25m3/s，通風負壓為2358Pa;西風井的漏風量達到5.38m3/s，排風量為72.15m3/s，通風負壓為2462Pa;圖1（c）為方案3計劃風量與實際解算風量對比，根據《煤礦安全規程》，此通風方案下，通風系統的中的漏風量明顯減少，因為采區巷道面積和總通風巷道面積的增大，使得通風過程中通風阻力較小，整體風量分配較為均勻，能夠使用礦井復雜的生產環境，因此，將方案3定為最終通風方案。

3 通風系統方案的優化決策

優化通風系統是一個復雜的問題，上文通過對通風阻力、漏風量以及風量的解算得到優化通風方案，本節對優化后的方案進行指標計算，得到表1所示的結果。

對于表1中的指標值而言，礦井風量供需比值范圍為1-1.1之間，比值越接近1，通風效果越好，本文中礦井風量供需比為1，對于電費和井巷施工費，其評判指標值越小越好，除此之外的評判指標值都是越大越好。為了更直觀的觀察表1的數據，對其進行歸一化處理。根據歸一化處理結果，得到方案具有可行性。因此進行實際施工，實際通風效果如下：對于采區而言，24501工作面計劃風量為650m3/s，實際風量為673.8m3/s;24509工作面計劃風量為280m3/s，實際風量為361.8m3/s;掘進

對于水平巷道而言，大巷掘進計劃風量為270m3/s，實際風量為270m3/s;井下火藥庫計劃風量為110m3/s，實際風量為107.4m3/s;中央泵房、中央變電所計劃風量為150m3/s，實際風量為139.8m3/s;充電硐室計劃風量為60m3/s，實際風量為67.8m3/s;消防庫計劃風量為40m3/s，實際風量為55.2m3/s。

從實際通風效果來看，優化后的通風方案工作面以及巷道的通風量都有了明顯的增加，井下火藥庫和中央泵房、中央變電所的通風量雖然較小，但是處于可控范圍，因此，優化后的通風方案滿足通風效果。

4 結論

①根據礦井通風阻力大、漏風量大的現狀及通風設計原則，提出了三種通風方案，從技術可行性、經濟合理性以及安全可靠性三個方面考慮，確定了方案3為最終優化通風方案;②通過對優化后的通風系統方案指標數據的歸一化處理，得到通風方案3下評判指標的各項指標值，符合通風設計原則;③對實際通風應用效果進行觀察，發現在優化后的通風方案下，巷道及工作面通風量明顯增加，雖然井下火藥庫和中央泵房、中央變電所的通風量雖然較小，但是處于可控范圍，證明了通風方案的可行性。

參考文獻：

[1]張兆瑞，郭扁頓，郭建珠.礦井通風系統評價指標向量及其應用研究[J].西安礦業學院，1995（4）：397-384.