多區域均衡通風系統的優化設計

李洋冰

（潞安集團寺家莊公司，山西 晉中 045300）

引言

礦井通風作為煤礦生產的關鍵分系統，其通風效率和性能直接決定綜采工作面生產的安全性。隨著礦井的延伸和工作面布局的變化，其對應的通風條件與其設計初期發生較大的變化，導致礦井通風設施、能力無法滿足實際生產的需求，主要表現為礦井通風機效率低下、能耗嚴重等問題，從而嚴重影響煤礦生產的安全性和現場作業人員的安全性[1]。因此，在實際生產中需根據通風條件的變化對通風系統進行優化設計，保證通風系統的效率和通風能力，進而保證工作面高效、安全的生產。具體闡述如下：

1 通風系統現狀分析

潞安集團寺家莊礦目前所采用的通風方式為中央邊界式通風，具體通風方法為機械抽出式通風。當前的進風井包括有新副井和老副井兩個，回風井分別設置于煤礦南部上組煤和下組煤兩個開采邊界。進風井和和回風井的相關參數如表1所示。

表1 進風井和回風井相關參數

礦井上組煤風井和下組煤風井所配置通風機的型號為2K56-2No18。其中，上組煤風井通風機對應葉片角度為35°，下組煤風井通風機對應葉片角度為40°；兩通風機配置電機的額定功率為410 kW。目前，整個煤礦共包括有四個綜采工作面（上組煤一個，下組煤三個），一個備用工作面（位于下組煤）[2]。

經實踐表明，當上組煤開采至-400 m水平時，上組煤通風系統為通風最困難時期；當下組煤開采至-480 m水平時，下組煤通風系統為通風最困難時期。通風最困難時期對應的通風阻力大。可將礦井通風系統現狀總結如下：

1）下組煤通風系統目前已經達到滿負荷運行狀態，無法適應后續生產規模進一步擴大的通風需求。

2）當通過更換通風機對其通風系統進行優化后，雖然通風量得到提高，但對工作面的防火以及瓦斯管理等方面提升難度。

3）當礦井轉入下組煤生產時，上組煤施工地點減少其對應通風量存在富余。

因此，綜合對礦井通風現狀的分析，可通過實現礦井上組煤與下組煤通風系統的互通，并實現上組煤和下組煤通風系統的聯合運轉解決通風量無法滿足實際生產需求的問題[3]。

為保證后續對通風系統優化的效果，故需掌握礦井各部分及總的通風量。經核算，礦井上下組煤通風量如表2所示：

表2 礦井各工作面通風量統計 m3/min

2 礦井多區域均衡通風的優化

基于對礦井當前通風現狀分析的基礎上，擬通過兩個步驟完成對其通風系統的優化，包括替換當前礦井的主通風機、對下組煤通風系統進行優化。

2.1 替換主通風機

針對礦井上組煤通風能力已經達到飽和，而且下組煤已有局部位置存在風量不足的問題。而且，在實際生產過程中已經對通風機的葉片角度進行調整以提升其通風量。但是，當2K56-2No18通風機葉片角度調整至最大值50°，對應的最大風量僅為6 000 m3/min，仍然無法滿足實際通風需求；而且，葉片安裝角度調整至最大值時對應的負壓值可達3 210 Pa。

因此，將2K56-2No18主通風機更換為型號為BDK-8-No24的通風機。實踐表明，將該型通風機的葉片安裝角度調整為43°時，其對應的最大通風量為10 776 m3/min，對應的通風阻力僅為1 800 Pa。

2.2 下組煤通風系統的優化

鑒于下組煤通風困難程度大于上組煤通風系統。因此，在更換上組煤和下組煤通風系統主通風機的基礎上還需對下組煤通風系統進行優化設計，并通過兩個步驟完成：降低下組煤通風系統的阻力；簡化下組煤通風網絡。

2.2.1 降低下組煤通風阻力的方案

方案（1）：將當前工作面通風阻力相對集中的東翼回風巷和東一回風巷進行擴修。

方案（2）：在并行于回風上山的方向新增一條回風巷。

方案（3）：對81000人行上段進行擴建。

方案（4）：對西五回風巷道進行擴建。此外，將工作面已經報廢的通風設施進行拆除[4]。

為最終確定降低下組煤通風阻力的方案，通過數值模擬手段對上述四種方案下的風量和壓力進行分析，如表3所示。

表3 下組煤降阻優化方案對應風量及風壓

分析表3中所得模數值模擬數據可知，方案（4）對應的通風風量最大，且對應的通風壓力最小。因此，采用方案（4）下組煤通風系統進行優化旨在降低其通風阻力。

2.2.2 簡化下組煤通風網絡的方案

方案（1）：在更換主通風機的基礎上，對工作面的東一回風巷、東翼回風巷、回風下山通道以及西五回風巷道進行擴修，與此同時，將工作面的西二采區和西四采取的通風系統去除；

方案（2）：在更換主通風機的基礎上，對工作面的東一回風巷、東翼回風巷、回風下山通道以及西五回風巷道進行擴修，與此同時，將工作面的西一、西二、西三、西四采取的通風系統去除[5]。

為最終確定簡化下組煤通風網絡的方案，通過數值模擬手段對上述兩種方案下的風量和壓力進行分析，如表4所示。

表4 下組煤通風網絡優化方案對應風量及風壓

分析表4數據可知，對礦井采取可實施的簡化通風網絡的方案后，工作面的通風量減小，對應的通風壓力增大。說明，目前現場可采取的簡化下組煤通風網絡的方案并未能夠達到預期的效果。因此，綜上所述采取降低通風阻力中的方案（4）對下組煤通風系統進行優化。

3 結語

通風系統作為綜采工作面安全、高效生產的關鍵系統，其主要凈化工作面的空氣，降低工作面的粉塵濃度。在實際生產中，隨著工作面的不斷推進普遍存在通風效率和通風能力無法滿足實際通風量的需求。為此，需密切監測綜采工作面現場的風量、風壓等參數，并及時采取相應的優化改造方案以保證通風系統的效率和能力。