煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

劉 薇

（西山教育中心， 山西 太原 030053）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，該系統(tǒng)對保證綜采工作面瓦斯、粉塵等濃度滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定尤為重要。隨著工作面的不斷推進和現(xiàn)場生產(chǎn)條件的破壞，初期所設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)或多或少存在一定的問題，導(dǎo)致通風(fēng)能力不能夠滿足當前實際生產(chǎn)的需求。主要表現(xiàn)為：綜采工作面的供風(fēng)量小于實際需風(fēng)量、綜采工作面的通風(fēng)斷面面積減小導(dǎo)致通風(fēng)阻力增大、通風(fēng)方式與工作面現(xiàn)狀不匹配導(dǎo)致通風(fēng)效率低等[1]。本文將以實際生產(chǎn)為例，對通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化，重點解決上述存在的問題，保證綜采工作面的安全生產(chǎn)。

1 大佛寺礦井通風(fēng)系統(tǒng)概況

大佛寺礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)量800 萬t，該礦井采用綜合開采方式生產(chǎn)，配套有斜井和立井。其中，斜井包括有主斜井和副斜井，主斜井裝配有帶式輸送機，主要完成煤炭的運輸任務(wù)，副斜井主要完成輔助運輸任務(wù)；立井主要完成綜采工作面矸石的運輸任務(wù)。目前，該礦井采用“四進兩回”的中央并列式抽出式通風(fēng)系統(tǒng)進行通風(fēng)。具體通風(fēng)布置如下：

該礦井的進風(fēng)井包括有主斜井、1 號副斜井、2 號副斜井以及3 號副立井。回風(fēng)井包括1 號和2 號兩個立井。該礦井采用全部垮落法對其頂板進行管理，采煤方法為綜合機械化一次采全高采煤法。經(jīng)探測，在目前生產(chǎn)狀態(tài)下整個礦井的瓦斯絕對涌出量為190.4 m3/min，瓦斯相對涌出量為14.21 m3/t。總的來講，該礦井屬于高瓦斯礦井，必須提高通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)效率，保證綜采工作面的安全生產(chǎn)，避免瓦斯爆炸事故的發(fā)生[2]。目前，整個礦井配套有兩臺通風(fēng)機，分別位于1號和2 號回風(fēng)立井中，兩臺通風(fēng)機的具體參數(shù)如表1所示。

表1 礦井配套通風(fēng)機參數(shù)

結(jié)合當前該礦井的實際工況，由各類采煤工作面、備用采煤工作面、掘進工作面以及其他巷道的實際需風(fēng)量，得出該礦井的實際需風(fēng)量為25 437 m3/min。該礦井的實際供風(fēng)量為21 363 m3/min，明顯表現(xiàn)為需風(fēng)量大于實際供風(fēng)量，導(dǎo)致煤礦實際生產(chǎn)效率降低。該項因素為本次通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化重點解決的問題。

此外，通過對回風(fēng)立井所布置通風(fēng)機的性能測試可知，在1 號回風(fēng)立井所配套的通風(fēng)機的實際工況點與該通風(fēng)機的性能檢測結(jié)果相符合。而在2 號回風(fēng)立井所配套的通風(fēng)機的實際工況點與其性能測試結(jié)果不吻合。

綜上，急需對礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進行全面優(yōu)化改造。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

結(jié)合礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實際，可將其分為3 煤和3上煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，上述兩個通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)量相近，主要區(qū)別在于二者的通風(fēng)阻力相差較大，其中3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的通風(fēng)阻力更大，影響其通風(fēng)風(fēng)量的調(diào)節(jié)[3]。因此，可以說3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是導(dǎo)致整個礦井通風(fēng)能力不足的主要原因，也是影響整個礦井采掘效率降低的主要因素。

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案初定

根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要問題，考慮到整個礦井當前通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)更為成熟，綜合礦井后期的建設(shè)和發(fā)展規(guī)劃，本次重點對3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進行改造，旨在滿足工作面實際需風(fēng)量的要求，降低通風(fēng)阻力。根據(jù)實際情況提出如下優(yōu)化方案：

1）設(shè)定3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的實際供風(fēng)量為16 080 m3/min，對3 號煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中回風(fēng)巷道包括1 號和2 號回風(fēng)大巷的巷道進行擴寬，主要是將起底0.5 m或1 m。

2）設(shè)定3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的實際供風(fēng)量為16 080 m3/min，將3 號煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和3 上煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的調(diào)節(jié)風(fēng)窗拆除。

3）設(shè)定3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的實際供風(fēng)量為16 080 m3/min，對3 號煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中回風(fēng)巷道包括1 號和2 號回風(fēng)大巷的巷道起底0.5 m，將3 號煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和3 上煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的調(diào)節(jié)風(fēng)窗拆除。

4）設(shè)定3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的實際供風(fēng)量為13 920 m3/min，對3 號煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中回風(fēng)巷道包括1 號和2 號回風(fēng)大巷的巷道起底0.5 m。

5）設(shè)定3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的實際供風(fēng)量為13 920 m3/min，將3 號煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和3 上煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的調(diào)節(jié)風(fēng)窗拆除。

6）設(shè)定3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的實際供風(fēng)量為13 920 m3/min，對3 號煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中回風(fēng)巷道包括1 號和2 號回風(fēng)大巷的巷道起底0.5 m，將3 號煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和3 上煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的調(diào)節(jié)風(fēng)窗拆除。

上述六種優(yōu)化改造方案對應(yīng)的每個回風(fēng)立井對應(yīng)的改造效果模擬，如表2 所示。

表2 不同優(yōu)化改造方案對應(yīng)的改造效果

綜合對比上述六種優(yōu)化改造方案，從回風(fēng)量比對上述方案均可滿足實際生產(chǎn)的需風(fēng)量要求。而從通風(fēng)阻力比對，方案一和方案二對應(yīng)的通風(fēng)阻力大于2 940 Pa。因此，排除方案一和方案二，剩余方案均可作為優(yōu)化改造方案。

2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的最終確定

由表2 可知，方案三、方案四、方案五和方案六在通風(fēng)量和通風(fēng)阻力均可滿足實際生產(chǎn)的需求的基礎(chǔ)上[4]，可考慮礦井生產(chǎn)規(guī)劃和改造成本，最終確定其優(yōu)化方案。上述剩余四種優(yōu)化改造方案對應(yīng)的具體實施內(nèi)容和改造成本分析如下：

1）方案三：需對1 號回風(fēng)立井的通風(fēng)機進行更換，對巷道進行起底操作，拆除現(xiàn)有的調(diào)節(jié)風(fēng)窗，總費用約3 273.83 萬元。

2）方案四：對3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)回風(fēng)巷進行起底操作，總費用約2 894.35 萬元。

3）方案五：拆除現(xiàn)有的調(diào)節(jié)風(fēng)窗，總費用0.5 萬元。

4）方案六：對3 煤通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)回風(fēng)巷進行起底操作，拆除現(xiàn)有的調(diào)節(jié)風(fēng)窗，總費用約2 894.85 萬元。

綜合對比上述四種優(yōu)化改造方案，在現(xiàn)階段可采用方案五對該礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化，達到增風(fēng)降阻的效果，但是，該方案與礦井的發(fā)展規(guī)劃不相符。雖然，方案三的改造成本和工作量最高，但是該方案能夠從根本上解決礦井通風(fēng)系統(tǒng)當前所面臨的問題，而且能夠為后期煤礦開采奠定扎實基礎(chǔ)[5]。因此，最終確定采用方案三對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化。

3 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦生產(chǎn)的“肺”，能夠為綜采工作面提供安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)環(huán)境。隨著煤礦綜采工作面的不斷推進和生產(chǎn)的進行，最初設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)往往出現(xiàn)各類不滿足實際生產(chǎn)需求的問題。本文針對需風(fēng)量大于供風(fēng)量、通風(fēng)阻力增大、通風(fēng)效率低以及通風(fēng)機工況點與其性能不相符的問題，提出了六種優(yōu)化方案并進行綜合對比，對優(yōu)化改造后的風(fēng)量、阻力、改造成本、工作量以及與生產(chǎn)規(guī)劃相匹配等方面進行分析比較，最終確定采用更換通風(fēng)機，對巷道起底0.5 m 以及拆除現(xiàn)有的調(diào)節(jié)風(fēng)窗的方案，對通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化。