基于灰色關聯法對煤礦通風系統的優化

吳現東

（山西焦煤西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 太原 030200）

0 引言

通風系統為煤礦的“肺部”，其主要功能是對工作面的空氣進行凈化，降低現場粉塵濃度等，為作業人員提供一個安全、干凈的工作環境。但是，在實際生產中，隨著礦井工作面的推進和生產，尤其是礦井向衰老階段過渡時，煤礦通風網絡存在通風線路過長、風阻過大、以及用風地點分散等問題，對于整個煤礦的生產效率和安全性帶來挑戰[1]。而且，在對煤礦通風系統進行優化的同時，需要對優化后通風系統的安全穩定性進行綜合分析。

1 現狀分析

礦井在經過幾十年的開采后，逐步進入開采后期。通風系統作為礦井生產的基礎保障之一，為衰老礦井提供穩定、有效的通風系統是保證工作面高效、安全生產的基礎。本文所研究煤礦目前已經進入衰老期，經探測該煤礦的最大涌水量為242.73 m3/h，正常情況下的平均涌水量為174.24 m3/h。總的來講，隨著該礦井逐步進入衰老期，其所面臨的防治水的工作難度較小。

目前，該礦井采用中央分列式和單翼對角相混合的通風方式，在礦井的南風井和西風井分配配套兩臺通風機，每個風井的通風機采用“一用一備”的原則使用。其中，在南風井所配套通風機的具體型號為G4-73-11-25D 離心式通風機，在西風井所配套的通風機的具體型號為BDK-8-No.26 軸流式通風機。為切實掌握該礦井當前的通風狀態，重點對各個現場的通風參數進行測定，測定結果如表1 所示。

表1 礦井通風阻力現狀測定結果

經核算，整個煤礦的通風風量約為170.06 m3/s，通風阻力為2 190.51 Pa，通風機的效率為61.28%；礦井風量的有效率為85.58%。從整體上講，當前礦井所配套的通風設備和線路基本可以滿足煤礦的生產需求，但是結合現場的調研結果進行綜合分析，還存在如下問題：

1）礦井工作面現場的通風不穩定；而且隨著工作面的不斷推進，現場的需風量將不斷增加，需要對風量的分配方案進行不斷改變。

2）整個礦井的通風線路較長，工作面現場用風地點分配相對分散，導致回風巷道的風阻較大并造成風量的浪費；同時，由于現場巷道出現局部的片幫和冒落等情況，導致局部區域的通風阻力增大嚴重[2]。

3）目前，工作面的兩型通風機以并聯的形式連接，結合通風阻力測定結果，二者的風壓相差較大，可能在后續的開采過程中存在干擾。

2 煤礦通風系統的優化

針對該煤礦通風阻力加大、所需風量大、通風線路過大以及用風地點分散等造成的一系列問題，結合現場情況，初步提出優化方案，并對所提出的優化方案進行優選。

2.1 優化方案的擬定

結合當前煤礦通風系統所面臨的實際問題和現場情況，擬提出如下三種優化改造方案。

2.1.1 方案一

方案一核心思路：在當前西翼通風線路不變的基礎，將南風井關閉的同時對東翼通風線路進行改造，具體措施如下：

1）首先，將工作面現場的南風井封閉，并重點對主要回風巷道進行關閉的同時，將現場可以封閉的硐室全部關閉[3]。

2）將工作面現場巷道的雜物清理，并將部分巷道的斷面面積擴大，在巷道拐角處安裝導風板。

基于方案一改造后的通風系統網絡，如圖1 所示。

圖1 基于優化方案一的通風網絡圖

2.1.2 方案二

方案二核心思路：在保證工作面現場通風穩定的基礎上，而且在現場各用風地點不變的基礎上，不關閉南風井，具體實施方案如下：

1）在不關閉南風井的基礎上，將現場可以關閉的硐室和東翼皮帶巷進行封閉處理；

2）保證現場進風線路和回風線路不變；

3）在軌道上山和西副巷西段的交界位置安裝一個單向風窗，重點解決角聯風路對整個通風系統的影響；

4）將工作面現場巷道的雜物清理，并將部分巷道的斷面面積擴大，在巷道拐角處安裝導風板[4]。

基于方案二改造后的通風系統網絡，如圖2 所示。

圖2 基于優化方案二的通風網絡圖

2.1.3 方案三

方案三核心思路：在工作面現場東翼和西翼搶采結束后，對現場巷道進行優化，同時保證南風井和西風井正常工作，具體實施如下：

1）對東翼和西翼的采掘工作面、聯絡巷搶采后，將涉及到搶采的巷道封閉；

2）在現場工作面的軌道絞車房增加風門的同時，將軌道下山封閉，并將聯絡巷打通；在輔助皮帶巷和中巷聯絡巷的位置處構建通風設施，保證風流能夠通過主暗斜井匯入南風井中[5]。

3）將工作面現場巷道的雜物清理，并將部分巷道的斷面面積擴大，在巷道拐角處安裝導風板。

基于方案三改造后的通風系統網絡，如圖3所示。

圖3 基于優化方案三的通風網絡圖

2.2 優化方案的優選

針對上述三種優化方案，本小節采用灰色關聯法對不同方案涉及到的六項指標進行綜合分析，最終得出適用于該煤礦的優化方案。三種優化方案中各項指標的取值，如表2 所示。

表2 不同優化方案中指標取值

根據上述不同通風方案中各項指標的取值，并依據灰色關聯法原理得出各方案對應的灰色接近關聯度如下：方案一為0.806 5，方案二為0.842 2，方案三為0.892 7。因此，最終確定采用方案三對該煤礦通風系統進行優化。

3 結語

通風系統為煤礦生產的關鍵系統，其主要任務是為現場人員和設備提供一個安全、舒適且干凈的工作環境，尤其是保證現場瓦斯和粉塵濃度滿足《煤炭安全規程》的相關要求。本文針對衰老礦井在后期生產中所面臨的通風阻力增大、通風線路復雜以及通風效率低的問題，基于灰色關聯法對通風系統進行優化并總結如下：

1）在現場調研的基礎上，該煤礦通風系統主要面臨的問題可歸結為通風管理困難、通風阻力較大、用風地點分散等。

2）結合現場工作面的實際情況和通風現狀，提出了三套優化改造方案，并基于灰色關聯法根據井下反風系統路線、采掘工作面布置、通風網絡情況、用風地點通風質量、礦井抗災能力和通風管理復雜程度六項指標得出方案三對應的灰色接近關聯度最大；最終確定采用方案三對通風系統進行優化。