礦井通風(fēng)系統(tǒng)的改造及效果分析

聶建永

（山西呂梁離石西山亞辰煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033000）

引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)必不可少的系統(tǒng)，其主要任務(wù)是為工作面提供新鮮空氣，降低工作面的瓦斯?jié)舛取⒎蹓m濃度，為工作面作業(yè)人員和生產(chǎn)設(shè)備提供一個(gè)舒適、安全的環(huán)境。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中隨著工作面的不斷深入和生產(chǎn)能力的增加，礦井初期所設(shè)計(jì)的通風(fēng)能力無法滿足實(shí)際生產(chǎn)的通風(fēng)量需求，對(duì)應(yīng)的通風(fēng)阻力較大，在無法保證煤礦安全生產(chǎn)的同時(shí)還增加了煤礦生產(chǎn)的能耗[1]。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中需對(duì)通風(fēng)能力進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估并針對(duì)性地提出改造實(shí)施方案。

1 某礦井通風(fēng)現(xiàn)狀分析

1.1 1017 工作面工程概況

本文以1017 工作面為例開展研究，該工作面的切眼長度為180 m，工作面可采煤儲(chǔ)量為111.6 萬t。工作面煤層厚度為4.9～5.91 m，平均煤層厚度為5.7 m；煤層傾角范圍為-8°～-2°，煤層平均傾角為-5°。1017 工作面的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 1017 綜采工作面頂?shù)装迩闆r

經(jīng)探測，1017 工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為89m3/min；工作面的最大涌水量可達(dá)15 m3/h，正常涌水量為6 m3/h。目前，工作面采用走向長壁后退式放頂煤一次全采高全部垮落式綜合機(jī)械化開采工藝。

1.2 1017 工作面所屬礦井通風(fēng)現(xiàn)狀

1017 工作面所屬礦井采用抽出式通風(fēng)方法，所配置通風(fēng)機(jī)的具體型號(hào)為FBCDZN0-8-30B，共包括兩臺(tái)，在實(shí)際生產(chǎn)中一臺(tái)備用另一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)。通風(fēng)機(jī)電機(jī)的功率為450 kW，額定負(fù)壓為4 100 Pa。

1017 工作面所屬礦井采用“兩進(jìn)一回”通風(fēng)布置，對(duì)應(yīng)的通風(fēng)方式為中央并列式通風(fēng)。其中，進(jìn)風(fēng)巷為主斜井和副斜井，回風(fēng)巷道回風(fēng)斜井，各個(gè)巷道內(nèi)的通風(fēng)參數(shù)如表2 所示。

表2 “兩進(jìn)一回”通風(fēng)巷道通風(fēng)參數(shù)

如表2 所示，1017 工作面所屬礦井總的進(jìn)風(fēng)量為6 600 m3/min，總回風(fēng)量為6 700 m3/min。目前，在實(shí)際生產(chǎn)中1017 工作面主要用風(fēng)地點(diǎn)包括運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面、材料下山掘進(jìn)工作面、回風(fēng)順槽工作面、高抽巷掘進(jìn)工作面、1017 工作面等。

隨著1017 工作面的不斷推進(jìn)和相鄰舊工作面的回收封閉，礦井主要用風(fēng)地點(diǎn)和實(shí)際風(fēng)量處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)[2]。比如：1017 工作面相鄰的1013 工作面隨著進(jìn)入回收階段，工作面需風(fēng)量由1 300 m3/min降低至750 m3/min。經(jīng)對(duì)1017 工作面實(shí)際需求風(fēng)量測算可知：當(dāng)1013 工作面最終回收并封閉后，在當(dāng)前通風(fēng)方案布置下可為1017 工作面提供風(fēng)量788.22 m3/min，而實(shí)際上1017 工作面需風(fēng)量大概為1 400～1 500 m3/min。因此，為保證1017 工作面的連續(xù)生產(chǎn)任務(wù)，急需對(duì)其工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 1017 工作面通風(fēng)系統(tǒng)的改造及效果分析

2.1 新增回風(fēng)立井

鑒于1017 工作面當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)所供的風(fēng)量與實(shí)際需求風(fēng)量差距較大的問題，本工程擬通過為該工作面更換立井回風(fēng)系統(tǒng)，并配置相匹配的通風(fēng)機(jī)。同時(shí)，當(dāng)1017 工作面通風(fēng)量對(duì)應(yīng)增加后為保證巷道內(nèi)風(fēng)速不超過限值，需對(duì)巷道的斷面面積進(jìn)行擴(kuò)大。具體改造方案如下：

在當(dāng)前“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方案下，將原回風(fēng)井改為進(jìn)風(fēng)井，并為整套通風(fēng)方案新增一個(gè)回風(fēng)立井，并為其配置通風(fēng)機(jī)的型號(hào)為FBCDZ-8-No32/2×900。通風(fēng)機(jī)不同葉片安裝角度為巷道所提供的通風(fēng)能力不同，具體如表3 所示。

表3 不同葉片安裝角度對(duì)應(yīng)的通風(fēng)能力

綜合對(duì)比可知，當(dāng)通風(fēng)機(jī)采用-6°的安裝角度時(shí)，為礦井提供的風(fēng)量大于-3°時(shí)的情況，對(duì)應(yīng)工作面的負(fù)壓較小[3]。因此，將FBCDZ-8-No32/2×900通風(fēng)機(jī)的安裝角度設(shè)定為-6°，對(duì)應(yīng)可為1017 工作面提供的實(shí)際風(fēng)量為1 891.47 m3/min，滿足1013工作面回收封閉后1017 工作面1 400～1 500 m3/min需風(fēng)量要求。除此之外，還需對(duì)通風(fēng)設(shè)施作出如下改造：

1）將工作面60～61、55～57 的調(diào)節(jié)風(fēng)門拆除；

2）在工作面45～46 和50～51 的節(jié)點(diǎn)之間，新增正方兩道調(diào)節(jié)風(fēng)門，要求所建設(shè)的調(diào)節(jié)風(fēng)門能夠承受進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)帶來的壓力；

3）同時(shí)，為了保證1017 工作面的風(fēng)量滿足要求，在1019 運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽等工作面增加對(duì)應(yīng)的風(fēng)控點(diǎn)。

2.2 擴(kuò)大回風(fēng)巷道

礦井通風(fēng)系統(tǒng)未改造前，礦井回風(fēng)巷道總共的通風(fēng)能力為11 340 m3/min。但是，礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造后礦井的總的通風(fēng)量可達(dá)13 000～16 000 m3/min。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)通風(fēng)量為13 000 m3/min 時(shí)，所需回風(fēng)巷道的斷面面積為13.2 m2；當(dāng)通風(fēng)量為16 000 m3/min時(shí)，所需回風(fēng)巷道的斷面面積為19.4 m2。

2.2.1 巷道斷面面積擴(kuò)大至13.2 m2

通過計(jì)算可知：當(dāng)巷道斷面面積擴(kuò)大至13.2 m2時(shí)，各個(gè)巷道的風(fēng)阻均降低一個(gè)量級(jí)。將巷道擴(kuò)大后的風(fēng)阻加入通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中得出對(duì)應(yīng)通風(fēng)機(jī)的工況為：通風(fēng)量為176m3/s=10560m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為3316.09 Pa。工況不滿足總風(fēng)量13000m3/min 的要求[4]。

2.2.2 巷道斷面面積擴(kuò)大至19.4 m2

通過計(jì)算可知：當(dāng)巷道斷面面積擴(kuò)大至19.4 m2時(shí)，各個(gè)巷道的風(fēng)阻均降低一個(gè)量級(jí)。將巷道擴(kuò)大后的風(fēng)阻加入通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中得出對(duì)應(yīng)通風(fēng)機(jī)的工況為：通風(fēng)量為255.42 m3/s=15 325.2 m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為4 484.73 Pa。工況不滿足總風(fēng)量16 000 m3/min 的要求。

2.2.3 巷道斷面面積擴(kuò)大至25.2 m2

將巷道擴(kuò)大后的風(fēng)阻加入通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中得出對(duì)應(yīng)通風(fēng)機(jī)的工況為：通風(fēng)量為268.12 m3/s=16 087.2 m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為4 377.73 Pa。工況滿足總風(fēng)量16 000 m3/min 的要求。

2.3 效果分析

在原通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上將回風(fēng)斜井改為進(jìn)風(fēng)井，同時(shí)為其增加回風(fēng)立井，在新增加通風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，主要對(duì)通風(fēng)設(shè)施的巷道斷面進(jìn)行擴(kuò)大操作。通過分析可知，將巷道斷面面積增加至13.2 m2和19.4 m2時(shí)，雖然能夠在一定程度上緩解風(fēng)速超限的問題，但是對(duì)應(yīng)的風(fēng)量無法滿足實(shí)際需風(fēng)量的要求[5]。因此，將巷道斷面增大至25.2 m2才能夠滿足實(shí)際通風(fēng)量需求的同時(shí)，還能夠有效防止巷道風(fēng)阻超過限值的問題。

3 結(jié)論

通風(fēng)系統(tǒng)作為綜采工作面的呼吸系統(tǒng)，其主要任務(wù)是為工作面提供新鮮空氣，降低工作面瓦斯、粉塵濃度。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中隨著工作面的不斷推進(jìn)和相鄰工作面的回收關(guān)閉等情況均會(huì)導(dǎo)致工作面通風(fēng)情況發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致工作面通風(fēng)量不足的問題，繼而影響工作面的安全、高效生產(chǎn)。本文重點(diǎn)以1017 工作面為例開展研究，并總結(jié)如下：

1）1013 工作面的回收封閉導(dǎo)致1017 工作面的供風(fēng)量遠(yuǎn)小于其實(shí)際需風(fēng)量；

2）將原通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)井改為進(jìn)風(fēng)井，同時(shí)為其新增一個(gè)回風(fēng)立井，采用“三進(jìn)一回”的通風(fēng)方式，并為其配置FBCDZ-8-No32/2×900 的通風(fēng)機(jī)；

3）為解決通風(fēng)量增加導(dǎo)致巷道風(fēng)速超限的問題，將巷道擴(kuò)大至25.2 m2，且對(duì)應(yīng)巷道的最大通風(fēng)量可達(dá)16 087.2 m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為4 377.73 Pa，滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。