通風系統測定及降阻優化

張尚偉

（山西華陽集團新能股份有限公司煤層氣開發利用分公司， 山西 陽泉 045008）

引言

通風系統為煤礦生產的重要組成部分，其是保證煤礦能夠安全生產的關鍵，主要承擔降低工作面瓦斯濃度、粉塵濃度，為綜采設備和人員提供一個安全、舒適的工作環境。近年來，隨著煤礦不斷向深部資源進行開采，與此同時，采煤的機械自動化水平明顯提升；隨著巷道的延伸，對應通風線路增加，通風阻力明顯增加；隨著工作面產量和生產效率的增加，通風量也明顯增加。總體而言，隨著礦井生產能力的增加，對其通風能力的穩定性、有效風量率及通風阻力等指標提出更高的要求[1]。因此，開展煤礦通風系統測定并采取相應的降阻優化措施是十分必要的。

1 通風系統測定與分析

本文以周源山煤礦為例開展研究，該煤礦目前采用中央邊界抽出式的方式進行通風。其中，進風井包括主井、副井和新副井；回風井包括南回風井和北回風井。南回風井中配置了兩臺通風機，北回風井中配置了一臺通風機[2]。具體參數如表1 所示。

表1 通風系統通風機關鍵參數

1.1 通風系統的阻力測定

針對通風系統的阻力測定，本工程基于基點氣壓法為原理進行測定，主要涉及的測量儀器包括CZC5礦井通風多參數測定器、空壓盒、干球溫度計、濕球溫度計及激光測距儀等。根據現場情況，本次制定了三條測定路線，具體如下：

線路1：新副井→-650 m 西配風井→24 運煤上山→2442 工作面→24 總回風巷→北風井→地面；

線路2：新副井→-650 m 北大巷→32 軌道下山→32 總回風巷→21 皮帶下山→-370 m 東大巷→111 軌道上山→11 回風上山→南風井→地面；

線路3：新副井→-650 m 西配風巷→22-600 石門→2110 運道→22110 風巷→111 上山→南風井→地面[3]。

基于上述3 條通風線路上的阻力測定，分別對北風井和南風井的關鍵參數進行測定，結果如表2所示。

表2 通風系統阻力測定結果

根據實測的結果分析，該煤礦北風井的通風難易程度屬于中等，而南風井的通風難易程度屬于容易。

1.2 通風系統風機性能的測定

北風井和南風井均采用“一用一備”的原則布置通風機。針對南、北通風井通風機性能的測定，本次測定采用JFY-8 通風多參數檢測儀、DZFC-1 型電能綜合分析測試儀、空壓盒、皮托管和橡皮管等儀器。為保證所測定數據的準確性和實用性，本次采用不停產掛網條件下部分風流短路的方式對通風機性能進行測定[4]。

結合通風系統通風機性能的測試結果，并參照1.1 中測定的通風阻力的結果得出如下結論：

1）當前礦井南風井和北風井的通風阻力均超過2940 Pa；考慮到礦井在未來生產的可持續發展，應在后續生產中加強對其通風管理，并采取相應有效的措施達到降阻優化的目的。

2）當對本礦井通風網絡結構進行調整后發現，礦井南風井和北風井的阻力均明顯降低，對應的通風線路上的風量明顯增大。其中，南風井通風機的運行功率增加4.4 kW，而北風井通風機的運行功率減小10.6 kW，綜合對比得出，礦井通風機的總運行功率降低6.2 kW。

2 通風系統的降阻優化

2.1 通風系統降阻優化方案的設計

結合1 中對通風系統阻力和配置通風機性能參數的測定結果，并參照國外常采用的降阻優化措施，包括刷大巷道斷面面積、對通風線路中存在風量集中情況和局部系數阻力較大的問題進行解決[5]。因此，在結合該礦井實際情況和通風系統現狀的情況下特制定如下四類降阻優化方案：

方案一：在-370 m 和-150 m 采區中間增加增阻調節風門；將24 采區上山通道改進為回風上山通道；將礦井北側采區的進風巷由當前的2 條縮減為1 條。基于方案一改進后的礦井通風系統簡圖如圖1 所示。

圖1 基于方案一優化后的通風網絡結構簡圖

方案二：從整體上對當前通風系統結構進行簡化，并在礦井-650 m 水平北大巷和-370 m 的水平南大巷配置風門，優化后通過-650 m 水平南大巷實現對南翼采區進行供風，該種優化方案從某種程度上縮短了南翼和北翼采區的公共通風巷道。基于方案二改進后的礦井通風網絡結構簡圖如圖2 所示。

圖2 基于方案二優化后的通風網絡結構簡圖

方案三：將當前礦井的通風網絡結構簡化為一個大三角形通風網絡。結合該礦井的實際情況所設計的大三角形通風網絡結構如圖3 所示，AB 段為整個礦井的進風段；BC 段和BD 段分別為礦井北風井與南風井的用風段；CE 段和DF 段分別為礦井的北風井段和南風井段。

圖3 基于方案三的大三角形通風網絡結構簡圖

方案四：根據通風巷道的阻力分布情況，在不改變當前通風網絡結構的基礎上，擴大南翼采區和北翼采區的回風斷面面積，并將對應14 采區回風巷道的調節風門拆除。基于方案四所得的通風網絡結構簡圖如圖4 所示。

圖4 基于方案四的通風網絡結構簡圖

2.2 通風系統降阻優化方案的綜合評價

為綜合評估上述四種方案下對應優化效果，通過對不同降阻優化下礦井風壓、風量、通風機功率、通風機效率、礦井等積孔、通風成本、通風系統穩定性、抗災能力和工程量進行評估，并根據上述考核參數賦予不同的權重。基于設計的優化評估模型，得出四種降阻優化方案的特征值如下頁表3 所示。

如表3 所示，四種不同降阻優化方案分別實施后，方案一對應的評價特征值均為最高。因此，本工程采用方案一對該礦井通風系統進行改造。

表3 不同降阻優化方案對應改造效果特征評價

3 結語

通風系統為保證綜采工作面安全生產的關鍵分系統，其承擔著降低工作面瓦斯濃度、粉塵濃度，為現場設備和人員提供一個舒適、安全工作環境的重任。但是，隨著工作面的不斷推進和生產能力的不斷增加，最初設計的通風系統存在阻力增大、風量不足等問題。因此，本文在對礦井通風阻力和通風機性能參數測定結果分析的基礎上制定了降阻優化方案，并對最終方案進行綜合評價，得出：采用增加巷道斷面面積，減少通風線路的方式達到降阻優化的目的。