礦井瓦斯通風系統的改造及應用

崔佳斌

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

引言

通風系統為煤礦安全生產必不可少的系統，該系統主要為工作面提供充足的氧氣，凈化工作面的空氣，避免瓦斯爆炸、粉塵等事故，為作業人員和設備運行提供舒適、安全的環境。通風系統在實際生產中存在隨機、動態變化，其會根據生產進度對風量、風速等參數進行相應的調整控制[1]。而且隨著工作面的不斷推進，設計初期的通風系統往往不能適應新環境的生產需求。因此，對于通風系統而言，需根據實際生產情況進行實時優化改造，以保證工作面的生產安全性。本文將著重對礦井瓦斯通風系統進行改造，并對改造后通風系統進行應用驗證。

1 礦井瓦斯通風系統改造理論

礦井通風系統指礦井所采用的通風方式、通風方法、通風設施及通風網絡等。其中通風方式可分為對角式、混合式、區域式及中央式等。一般來說，當通風系統在運行過程中存在如下問題，即需對通風系統進行改造：

1）隨著礦井生產效率的提升，生產能力的增加，當前通風系統的性能無法滿足當下生產能力的需求。

2）隨著工作面的不斷推進、延伸，使得礦井的通風系統較設計初期發生較大的變化。

3）隨著生產的進行，工作面瓦斯的涌出量急劇增加，原礦井通風系統無法滿足瓦斯涌出量增加的需求。

4）在實際生產過程中，礦井的通風阻力分配不合理或通風阻力與通風機的能力差異較大[2]。

在實際改造過程中，為保證最終改造效果，需遵循如下原則：

1）改造后的通風系統必須符合獨立、合理及高可靠性的原則。

2）改造后的通風系統可為生產工作面提供充足的風量。

3）改造后的通風系統可為生產工作面提供穩定的風流[3]。

一般來說，可從改造通風機裝置、通風網絡、通風構筑物及進風井和回風井的布置等方面對通風系統進行改造。

2 礦井瓦斯通風系統改造實踐

2.1 工程概況

本文所研究煤礦的生產能力為30萬t/年，礦井煤層的傾角范圍為2°～5°，煤層的厚度為0.10～1.41 m，平均煤層厚度為0.79 m。經對工作面瓦斯參數勘測可知，煤層瓦斯壓力為2.15 MPa，瓦斯的相對涌出量為25.48 m3/t，絕對涌出量為19.164 m3/min。

目前，礦井所采用的通風系統為邊界式通風系統，包括一個進風立井和一個回風斜井，所采用通風機以抽出式工作，整個通風路徑從進風立井-水平運輸大巷-回采工作面-回風巷道-回風上山-回風斜井。所選用通風機的參數如表1所示。

表1 通風機型號及參數

2.2 通風系統現狀

經現場勘測可知，礦井工作面的瓦斯主要來源于采空區，具體數值為10.88 m3/min，所占比例為57%；其次為采煤區域瓦斯的涌出量，具體數值為5.38 m3/min，所占比例為28%；最后為掘進區域所涌出的瓦斯量，具體數值為2.82 m3/min，所占比例為15%。

結合現場調研結果，可將當前通風系統存在的問題總結如下：

1）工作面的通風阻力值最大可達到3 877.7 Pa，遠大于通風機的最大負壓，導致通風機的運行能耗增加，最終導致礦井的整個通風系統運行穩定性較差。

2）從理論上講，對于高瓦斯礦井最佳通風方式應為分區式或對角式，而當前通風系統對應的通風方式為并列式通風。

3）導致工作面通風阻力過大的一個重要原因是巷道斷面面積過小。

4）目前礦井所配置通風機相對陳舊、工作面漏風點較多，導致通風機的有效風量率小于85%，從而使得瓦斯主要聚集在回風巷和隅角中[4]。

2.3 礦井通風系統改造方案的設計

結合礦井通風系統的現狀及改造所遵循的原則，對當前通風系統進行改造，旨在解決當前工作面通風量不足、通風線路過長及負壓過高等問題。為此，本節根據實際情況設計如下三種改造方案：

1）保持通風方式不變，更換當前通風系統中的主通風機，對瓦斯集中巷道進行擴修，增大其斷面面積。

2）將原一進一回的通風方式改為二進一回，其中在原通風方式的基礎上在煤礦西邊界新增一個進風井。

3）增加對工作面煤層瓦斯的抽采力度，降低煤層瓦斯的涌出量；將并列式通風系統改造為對角式通風方式[5]。

上述三種改造方案的優劣性對比如下：

方案一：該改造方案具有成本較小、工作量小、對生產影響較小的優勢；劣勢為工作面風量增加，但是風阻大的問題未解決。

方案二：該改造方案具有降低工作面通風阻力的優勢；劣勢為整個改造耗時較長、工作量較大，可能存在風速降低、瓦斯超標的問題。

方案三：該改造方案具有滿足《煤炭安全規程》的相關規范要求，可降低工作面通風阻力，對實際生產影響較小的優勢；劣勢為新增一條巷道的工作量大，成本較高。

綜合對上述三種改造方案的優劣勢進行對比，方案三的改造雖然成本及工程量較大，但是能夠解決當前通風系統的實際問題。因此，最終采用方案三對通風系統進行改造。

3 通風改造方案的應用效果

將本文所設計的改造方案三應用于實際生產中，并對改造前后通風系統總回風量、通風阻力、礦井等積孔、通風機功率和能耗等方面進行對比，結果如表2所示。

表2 通風系統改造效果對比

由表2可知，改造后的應用效果如下：

1）將工作面原G4-73-11NO25D通風機更換為FBCDZ-No14通風機，經現場勘測可知，改造后工作面的總回風量為55.09 m3/s，而礦井最大需風量為53.50 m3/s，滿足要求。

2）經設計改造后，工作面的通風阻力由之前的3 877.70 Pa降低為1 089.39 Pa，實現通風阻力與通風網絡的相互匹配。

3）改造后，礦井等積孔由1.21 m2增大至2.01 m2，使得工作面的通風更加容易。

4）改造后工作面所配置通風機的功率由260 kW降低為170 kW，而且每年可節約通風系統運行成本約65萬元。

4 結語

通風系統為煤礦的“肺”，其可降低工作面瓦斯、有害氣體及粉塵的濃度，為作業人員及設備安全運行提供安全、舒適的環境。但是，在實際生產中隨著工作面的延伸、擴產及設備老化等問題導致設計初期的通風系統無法一直滿足實際生產的通風需求。為此，需定期對工作面通風量、風阻及瓦斯等有害氣體進行監測，并實時采用最佳方案對通風系統進行改造，以保證生產安全。