麥捷煤業(yè)礦井通風(fēng)能力核定分析

陳棟棟

（山西壽陽潞陽麥捷煤業(yè)有限公司，山西 晉中 030600）

0 引 言

山西壽陽潞陽麥捷煤業(yè)有限公司位于山西省壽陽縣解愁鄉(xiāng)榮家溝村，隸屬于晉能控股集團(tuán)有限公司，設(shè)計(jì)能力90 萬t/a，核定生產(chǎn)能力為150 萬t/a，上年度核定通風(fēng)能力187.6 萬t/a；上年底地質(zhì)儲量12 320.7 萬t，可采儲量4 491.1 萬t。礦井可采有8、9、15 號煤層，目前開采15 號煤層，煤層平均厚度為6.30 m，該煤層各生產(chǎn)系統(tǒng)完善可靠；輔助水平8、9號煤層正在按照“礦井1.5 Mt/a 變更生產(chǎn)系統(tǒng)項(xiàng)目”進(jìn)行首采工作面安裝。礦井地質(zhì)構(gòu)造屬中等類型。礦井開拓方式為立井、斜井混合開拓，開采方式是走向長壁后退式。進(jìn)風(fēng)斜井、主斜井、副立井和管道立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井專用于回風(fēng)，核定時井下共布置2 個工作面（150506 回撤工作面、150503 采煤工作面），1個備用工作面（80102 備用工作面），4 個掘進(jìn)工作面（150505 軌道順槽、150505 皮帶順槽、公共高抽進(jìn)風(fēng)巷、公共高抽回風(fēng)巷）。回風(fēng)立井地表安裝2 臺型號為FBCDZ-№28 的對旋軸流式主通風(fēng)機(jī)，1 臺工作，1 臺備用，電機(jī)額定功率均為2×500 kW，額定轉(zhuǎn)速均為740 r/min，葉片角度為4.5°，核定時運(yùn)行2 號通風(fēng)機(jī)。

2 礦井需風(fēng)量計(jì)算

按照AQ1056-2008《煤礦通風(fēng)能力核定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，對采、掘工作面及硐室等用風(fēng)地點(diǎn)分別進(jìn)行需風(fēng)量計(jì)算。該礦需風(fēng)地點(diǎn)：1 個回撤工作面，1 個采煤工作面，1 個備用工作面，4 個掘進(jìn)工作面，9 個獨(dú)立通風(fēng)硐室、11 條其他用風(fēng)巷道，以此計(jì)算礦井需風(fēng)量。

2.1 回采工作面需風(fēng)量計(jì)算

在實(shí)際生產(chǎn)中，回采工作面的需風(fēng)量需要考慮多方面的因素才能最終確定，主要有氣象條件、瓦斯涌出情況、CO2涌出情況以及人員和有毒有害氣體的情況。通常情況下，需要采用相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行確定，取計(jì)算結(jié)果中的最大值作為工作面的需風(fēng)量[1-3]。

1）考慮氣象條件的需風(fēng)量。式中：Qcf為回采工作面的需風(fēng)量，m3/min；vcf為巷道內(nèi)的風(fēng)速，m/s；Scf為工作面處的斷面面積，其與控頂距有關(guān)，通常取最大控頂距和最小控頂距下的斷面面積的平均值，m2；kch為采高調(diào)整系數(shù)，煤層厚度不穩(wěn)定時需要對采高進(jìn)行調(diào)整；kcl為工作面長度的調(diào)整系數(shù)，與工作面是否存在調(diào)斜存在較大的關(guān)系。

2）考慮瓦斯涌出的需風(fēng)量。

式中：qcg為回采工作面的回風(fēng)風(fēng)流中的絕對瓦斯涌出量，與工作面的開采強(qiáng)度存在很大的關(guān)系，開采強(qiáng)度越大，其值越大，m3/min；kcg為工作面瓦斯涌出不均勻系數(shù)，在風(fēng)量變化時，瓦斯涌出量的值也會出現(xiàn)一定的變化。

3）考慮CO2涌出的需風(fēng)量。

式中：qcc為回采工作面的回風(fēng)風(fēng)流中的絕對CO2涌出量，與煤層的開采強(qiáng)度存在一定的關(guān)系，m3/min；kcc為不均勻系數(shù)，與風(fēng)流的穩(wěn)定性有關(guān)。

該礦有2 個工作面：150506 回撤工作面、150503 采煤工作面。1 個80102 備用工作面。備用工作面亦應(yīng)滿足瓦斯、二氧化碳、氣象條件等規(guī)定計(jì)算的風(fēng)量，且最少不應(yīng)低于采煤工作面實(shí)際需要風(fēng)量的50%。

經(jīng)過計(jì)算，確定150506 回撤工作面需風(fēng)量為954 m3/min，150503 采煤工作面需風(fēng)量為954 m3/min，80102 備用工作面需風(fēng)量為338 m3/min。

2.2 掘進(jìn)工作面需風(fēng)量計(jì)算

與回采工作面需風(fēng)量一樣，掘進(jìn)工作面的需風(fēng)量也受到多方面因素的影響，主要有瓦斯涌出量、CO2涌出量、作業(yè)人員數(shù)量以及局部通風(fēng)機(jī)等。對這些因素條件的需風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，取計(jì)算結(jié)果的最大值作為掘進(jìn)工作面的實(shí)際需風(fēng)量[4-7]。

1）考慮瓦斯涌出量的需風(fēng)量。

式中：qhg為掘進(jìn)工作面風(fēng)流中的絕對瓦斯涌出量，不考慮瓦斯抽放量，m3/min；khg為瓦斯涌出不均勻系數(shù)，需要通過連續(xù)1 個月的現(xiàn)場實(shí)測確定。

2）考慮CO2涌出量的需風(fēng)量。

式中：qhc為掘進(jìn)工作面風(fēng)流中的絕對CO2涌出量，m3/min；khc為CO2涌出不均勻系數(shù)，需要通過連續(xù)1個月的現(xiàn)場實(shí)測確定。

3）考慮使用炸藥量的需風(fēng)量。

一級煤礦許用炸藥：

二、三級煤礦許用炸藥：

式中：Ahf為掘進(jìn)工作面一次爆破所用的最大炸藥量，kg。

4）考慮局部通風(fēng)機(jī)的需風(fēng)量。

對于無瓦斯涌出的巖巷，需風(fēng)量可以表示為：

對于有瓦斯涌出的巖巷、半煤巖巷和煤巷，需風(fēng)量可以表示為：

式中：Qaf為局部通風(fēng)機(jī)實(shí)際吸風(fēng)量，m3/min；I為同時工作的局部通風(fēng)機(jī)臺數(shù)；Shd為安裝局部通風(fēng)機(jī)處巷道的最大斷面面積，m2。

經(jīng)過計(jì)算，確定150505 軌道順槽掘進(jìn)工作面需風(fēng)量為601 m3/min，150505 皮帶順槽掘進(jìn)工作面需風(fēng)量為596 m3/min，公共高抽進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)需風(fēng)量為611 m3/min，公共高抽回風(fēng)巷掘進(jìn)需風(fēng)量為432 m3/min。掘進(jìn)工作面總需風(fēng)量為2 240 m3/min。

2.3 硐室實(shí)際需風(fēng)量計(jì)算

各個獨(dú)立通風(fēng)硐室的需要風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)不同類型的硐室分別進(jìn)行計(jì)算。井下共有獨(dú)立通風(fēng)硐室9個，電機(jī)車充電硐室的需風(fēng)量確定為180 m3/min；新區(qū)單軌吊充電硐室的需風(fēng)量確定為220 m3/min；原15 號北軌單軌吊充電硐室的需風(fēng)量確定為137 m3/min；皮帶變電所120 m3/min；新區(qū)1 號變電所150 m3/min；輔助水平變電所155 m3/min；輔助水平水倉212 m3/min；副斜井候車硐室140 m3/min，15 號中軌水倉220 m3/min。綜上，硐室的實(shí)際需風(fēng)量為1 534 m3/min。

其他用風(fēng)巷道的需要風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)瓦斯涌出量和風(fēng)速分別進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表1。其他用風(fēng)巷道總需風(fēng)量為2 318 m3/min。

2.4 全礦井需要風(fēng)量計(jì)算

全礦井的需風(fēng)量應(yīng)為井下回采工作面、掘進(jìn)工作面、備用工作面以及各個硐室需風(fēng)量的總和，可以表示為：

式中：Qra為全礦井需風(fēng)量，m3/min；Qcf為回采工作面需風(fēng)量，m3/min；Qhf為掘進(jìn)工作面需風(fēng)量，m3/min；Qur為硐室需要風(fēng)量，m3/min；Qsc為備用工作面需風(fēng)量，m3/min；Qrl為其他巷道需風(fēng)量，m3/min；Qdl為柴油動力裝置機(jī)車需風(fēng)量，m3/min；kaq為礦井通風(fēng)備用系數(shù)，通常采用的是抽出式通風(fēng)方式，取值范圍為1.15～1.20。

經(jīng)過計(jì)算，全礦井總需風(fēng)量為9 589 m3/min。

表1 其他用風(fēng)地點(diǎn)需風(fēng)量計(jì)算

3 礦井通風(fēng)能力核定

根據(jù)礦井總進(jìn)風(fēng)量與計(jì)算的礦井各用風(fēng)地點(diǎn)的實(shí)際需風(fēng)量（包括按規(guī)定配備的備用工作面）計(jì)算出采掘工作面?zhèn)€數(shù)，并計(jì)算礦井通風(fēng)能力[8-10]。

工作面的產(chǎn)量可以表示為：

式中：Ac為工作面的年產(chǎn)量，萬t/a；lc為工作面的平均長度，m；hc為采高，m；rc為原煤視密度，t/m3；bc為平均日推進(jìn)度，m/d；cc為工作面回采率。

經(jīng)過計(jì)算，采煤工作面的生產(chǎn)能力178.8 萬t/a。

掘進(jìn)工作面年產(chǎn)量表示為：

式中：Ahi為第i 個掘進(jìn)工作面的年產(chǎn)量，萬t/a；Shi為第i 個掘進(jìn)工作面純煤面積，m2；rhi為第i 個掘進(jìn)工作面的原煤視密度，t/m3；bhi為第i 個掘進(jìn)工作面平均日推進(jìn)度，m/d。

經(jīng)過計(jì)算，即掘進(jìn)工作面的年產(chǎn)量為16.6 萬t/a。

在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，核定該礦井的通風(fēng)能力可以滿足礦井的煤炭采量為195.4 萬t/a。

4 礦井通風(fēng)能力驗(yàn)證

4.1 通風(fēng)設(shè)備能力驗(yàn)證

該礦在回風(fēng)立井地面安裝2 臺型號均為FBCDZ-№28 型軸流式通風(fēng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速740 r/min，配用電動機(jī)功率為2×500 kW，通風(fēng)機(jī)的附屬裝置齊全，操作靈活。2020 年11 月27 日，山西潞安檢測檢驗(yàn)中心有限責(zé)任公司對該礦主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了安全性能檢測，報告編號分別為：晉煤檢[2020]-TF-K0088、晉煤檢[2020]-TF-K0089。

核定時，礦井運(yùn)行2 號風(fēng)機(jī)，葉片角度4.5°，運(yùn)行頻率45 Hz，風(fēng)機(jī)負(fù)壓2 410 Pa，實(shí)測排風(fēng)量10 458 m3/min。查通風(fēng)機(jī)性能曲線：2 號通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓2 237 Pa，風(fēng)量195.04 m3/s（11 702.4 m3/min），軸功率565.84 kW，效率76.46%；1 號風(fēng)機(jī)風(fēng)壓2 354 Pa，風(fēng)量191.86 m3/s（11 511.6 m3/min)，軸功率588.38 kW，效率76.14%。從通風(fēng)機(jī)性能曲線可以看出，風(fēng)機(jī)目前的運(yùn)行工況點(diǎn)位于通風(fēng)機(jī)特性曲線右下側(cè)、單調(diào)下降的線段上，通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，處于安全合理的運(yùn)行狀態(tài)[11]。

2 臺主要通風(fēng)機(jī)性能良好，功率相匹配，工況點(diǎn)運(yùn)行在單調(diào)下降區(qū)段，運(yùn)行合理，都大于礦井需風(fēng)量（9 589 m3/min）。故能滿足礦井生產(chǎn)195.4 萬t/a的要求。

4.2 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)能力驗(yàn)證

根據(jù)礦井通風(fēng)阻力測定結(jié)果和通風(fēng)機(jī)性能曲線，分析該礦通風(fēng)系統(tǒng)：核定時，礦井的排風(fēng)量為10 458 m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓2 410 Pa。2020 年5 月15日，晉中市煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院對該礦進(jìn)行了礦井通風(fēng)阻力測定，主要測定結(jié)果：礦井總回風(fēng)量9 360 m3/min（191.86 m3/s），測定阻力1 772.46 Pa，等積孔4.41 m2。礦井井下風(fēng)量分配合理[12]，通風(fēng)設(shè)施齊全，礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)能力能夠滿足礦井195.4 萬t/a 的需要。

4.3 礦井稀釋瓦斯能力驗(yàn)證

利用瓦斯等級鑒定結(jié)果以及礦井瓦斯安全監(jiān)測儀器檢測的結(jié)果，驗(yàn)證礦井通風(fēng)稀釋排放瓦斯的能力，各地點(diǎn)瓦斯?jié)舛葢?yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。井下各用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量充足，井下巷道無風(fēng)速超限現(xiàn)象。在核定日井下各主要地點(diǎn)的瓦斯及二氧化碳濃度見表2。

表2 井下各主要地點(diǎn)的瓦斯及CO2 濃度表

根據(jù)礦方報表并對照監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的瓦斯?jié)舛鹊认嚓P(guān)數(shù)據(jù)，各采掘工作面均無瓦斯?jié)舛瘸蕃F(xiàn)象。礦井稀釋排放瓦斯的能力能夠滿足195.4 萬t/a 的生產(chǎn)需要。

5 結(jié) 論

礦井實(shí)際進(jìn)風(fēng)10 639 m3/min，需要風(fēng)量9 589 m3/min，富余風(fēng)量1 050 m3/min；能夠滿足195.4萬t/a的通風(fēng)能力要求。礦井總進(jìn)風(fēng)量能夠滿足1 個回撤工作面，1 個采煤工作面，1 個備用工作面，4 個掘進(jìn)工作面，9 個獨(dú)立通風(fēng)硐室和11 個其他用風(fēng)巷道的風(fēng)量要求。建議礦井在需風(fēng)地點(diǎn)發(fā)生變化時，合理的計(jì)算礦井需風(fēng)量并調(diào)整通風(fēng)機(jī)風(fēng)量，避免風(fēng)量不足或浪費(fèi)。