礦井通風(fēng)阻力測定與系統(tǒng)的升級改造

暴 海

（山西古縣蘭花寶欣煤業(yè)有限公司，山西 古縣 042400）

0 引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的總稱，井下通風(fēng)的流暢性是保障煤炭安全生產(chǎn)的重要因素，因此需要定期對巷道通風(fēng)系統(tǒng)阻力進(jìn)行檢測[1]。井下巷道環(huán)境復(fù)雜，在煤礦正常生產(chǎn)中會對巷道進(jìn)行不斷的調(diào)整，對通風(fēng)系統(tǒng)造成影響。通過對通風(fēng)阻力的檢測可以準(zhǔn)確了解礦井各巷道通風(fēng)情況的分布現(xiàn)狀，既方便礦井降阻增風(fēng)，提高礦井安全性，又能為通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化和生產(chǎn)成本的降低等提供可靠信息[2-3]。

1 礦井概況

寶欣煤業(yè)年產(chǎn)量90 萬t，采用立井斜井開拓方式，主斜井、副立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)。目前井下共布置有兩個回采工作面，即2203 綜采工作面和3209綜采工作面；四個掘進(jìn)工作面，即一采區(qū)西翼回風(fēng)巷、一采區(qū)西翼運(yùn)輸巷、3201 軌道順槽、3203 軌道順槽；三個備采工作面，即2205、3111、3113 備采工作面。

2 礦井通風(fēng)阻力

2.1 通風(fēng)阻力測定路線的制定

通風(fēng)阻力測定路線的原則需要考慮三個方面：首先是測定路線必須為主風(fēng)流的方向；其次是路線應(yīng)選擇較長的巷道，且盡量包括不同類型的巷道；最后是測定路線選擇并聯(lián)風(fēng)路中風(fēng)量較大且通過回采工作面的主風(fēng)流風(fēng)路。根據(jù)以上原則，現(xiàn)制定兩條側(cè)風(fēng)路線進(jìn)行阻力測定。

測定路線1（2203 工作面）：副立井口→井底車場→南翼軌道大巷→2203 軌道順槽聯(lián)絡(luò)巷→2203 軌道順槽→2203 工作面→2203 膠帶順槽（留巷段）→2205 切眼→2205 回風(fēng)巷→2205 回風(fēng)巷回風(fēng)聯(lián)巷→南翼2 號總回→回風(fēng)立井底→風(fēng)硐→回風(fēng)立井口。

測定路線2（3209 工作面）：副立井口→副立井底→井底車場→北翼軌道大巷→北一聯(lián)巷→3209 膠帶順槽→3209 工作面→3209 軌道順槽（留巷段）→3209 回風(fēng)巷→3209 回風(fēng)巷回風(fēng)聯(lián)巷口→北翼3 號總回→回風(fēng)立井底→風(fēng)硐→回風(fēng)立井口。

2.2 風(fēng)阻測量的儀器

本次采用基點法進(jìn)行風(fēng)阻測定，分別在井口及井底車場位置放置一部調(diào)試好的氣壓計，記錄風(fēng)壓初始數(shù)據(jù)。井口氣壓計主要用來監(jiān)測大氣壓力的變化，每隔5 min 進(jìn)行一次記錄；井底車場氣壓計主要監(jiān)測各測點風(fēng)流的相對靜壓變化，直至測量結(jié)束。所用的主要儀器儀表包括3 臺CPD120 型礦用風(fēng)壓表、1 臺DHM-2 型通風(fēng)干濕球溫度計和若干風(fēng)表、秒表等設(shè)備。

在正式測壓前，對斷面面積、測點的標(biāo)高及兩鄰近測點的距離進(jìn)行記錄，并校正所用儀表[4]。

2.3 礦井通風(fēng)阻力分布情況

經(jīng)檢測，兩個工作面中通風(fēng)阻力沿程分布狀況如圖1 所示，礦井三段（進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段）通風(fēng)阻力的百分比情況如表1 所示。

表1 礦井通風(fēng)三段阻力分布情況

圖1 寶欣礦井通風(fēng)阻力測定示意圖

從圖1 和表1 可以看出，寶欣煤業(yè)礦井通風(fēng)阻力測定中測定路線1（2203 工作面）通風(fēng)阻力測定路線上進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段各分度長度和通風(fēng)阻力所占的比例（進(jìn)風(fēng)段長度比、進(jìn)風(fēng)段阻力比，用風(fēng)段長度比、用風(fēng)段阻力比，回風(fēng)段長度比、回風(fēng)段阻力比）為：22.00%、25.90%，43.56%、43.90%，34.43%、30.20%；測定路線2（3209 工作面）通風(fēng)阻力測定路線上進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段各分度長度和通風(fēng)阻力所占的比例（進(jìn)風(fēng)段長度比、進(jìn)風(fēng)段阻力比，用風(fēng)段長度比、用風(fēng)段阻力比，回風(fēng)段長度比、回風(fēng)段阻力比）為：16.49%、20.55%，61.31%、48.73%，22.21%、30.71%。總體而言，礦井阻力分布狀況基本合理，但用風(fēng)段阻力偏大。當(dāng)?shù)V井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量大于5 000 m3/min、小于10 000 m3/min時，系統(tǒng)的通風(fēng)阻力應(yīng)小于2 500 Pa；該礦通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量為9 796 m3/min，通風(fēng)阻力為2 171.39 Pa，系統(tǒng)的通風(fēng)阻力應(yīng)小于2 500 Pa。由此判斷，井下部分區(qū)域有雜物，影響通風(fēng)斷面，增大了通風(fēng)阻力，因通風(fēng)構(gòu)筑物較多，造成了風(fēng)量管理控制的難度較大，需要對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

3 現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備

寶欣煤礦現(xiàn)采用機(jī)械通風(fēng)，安裝有兩臺FBCDZ-8-No25/2×315 kW 型主通風(fēng)機(jī)，一用一備，配套電機(jī)功率為2×315 kW，風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量范圍為4 920～10 800 m3/min，負(fù)壓范圍為1 160～3 570 Pa。礦井通風(fēng)難易程度屬于容易狀態(tài)，總進(jìn)風(fēng)9 704 m3/min、總回風(fēng)9 796 m3/min，有效風(fēng)量率達(dá)到96.65%。采煤工作面采用Y 型全風(fēng)壓通風(fēng)，掘進(jìn)工作面采用FBDNo7.1/2×30 kW 局部通風(fēng)機(jī)，配Φ800 mm 阻燃柔性膠布風(fēng)筒，壓入式供風(fēng)，局部通風(fēng)機(jī)實現(xiàn)“雙風(fēng)機(jī)、雙電源”自動切換功能，風(fēng)電、瓦斯電閉鎖裝置靈敏可靠。

4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案

通風(fēng)系統(tǒng)的改造是針對可能出現(xiàn)風(fēng)量不足或風(fēng)量紊亂的復(fù)雜巷道所進(jìn)行的特定改造工程。為保證寶欣煤礦井下空氣的持續(xù)輸送，滿足工作人員的健康需求，設(shè)計了不同的通風(fēng)系統(tǒng)改造和布置方案，以保障煤礦生產(chǎn)工作的安全順利進(jìn)行。

4.1 通風(fēng)設(shè)備的選擇

根據(jù)寶欣煤礦通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行情況，目前所用的兩臺軸流式通風(fēng)機(jī)具有風(fēng)量大、效率高的性能，根據(jù)通風(fēng)改造的基本原則，在保持原有風(fēng)機(jī)不變的情況下，通過變頻調(diào)速改變?nèi)~片角度進(jìn)行了升級，共提出兩個方案進(jìn)行對比。

方案1：對每臺主通風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)配備高轉(zhuǎn)速電動機(jī)2 臺（6 kV，740 r/min，355 kW），通過變頻調(diào)速和調(diào)整葉片角度改變風(fēng)量。風(fēng)機(jī)與電機(jī)直接傳動，通風(fēng)容易時期風(fēng)機(jī)葉片角為45°，通風(fēng)困難時期葉片角為55°。該方案優(yōu)點在于初始成本低，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，但由于設(shè)備一體化較強(qiáng)，不利于后期的維護(hù)拆卸，能耗較高。

方案2：對每臺主通風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)配備高轉(zhuǎn)速電動機(jī)2 臺（10 kV，740 r/min，360 kW），不同時期通過變頻調(diào)速和調(diào)整葉片角度改變風(fēng)量，并可實現(xiàn)一鍵反風(fēng)。風(fēng)機(jī)與電機(jī)直接傳動，通風(fēng)容易時期風(fēng)機(jī)葉片角為0°，通風(fēng)困難時期葉片角為30°。該方案的優(yōu)點在于初期需要增設(shè)的設(shè)備較多，初始投入較高，可靠性較強(qiáng)。

經(jīng)過對資金投入的估算，最終選取方案2 進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的改造。

4.2 主要通風(fēng)機(jī)布置

方案2 的改造需要對現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行重新布置，根據(jù)地面場地的現(xiàn)狀，利用現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)房東、西兩側(cè)的空間進(jìn)行重新布置，設(shè)計提出2 個方案進(jìn)行對比分析，如圖2 所示。方案1 較方案2 相比具有靈活性，僅占用現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)房入口通道，對地面系統(tǒng)的改造量較小，因此決定采用方案1 進(jìn)行改造升級。

圖2 通風(fēng)機(jī)站布置平面圖

5 結(jié)語

礦井通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)過成功改造后，可以滿足井下采掘工作面的用風(fēng)要求，提高了工作環(huán)境的質(zhì)量，通風(fēng)系統(tǒng)整體穩(wěn)定可靠，運(yùn)行狀況良好，利于礦井未來的采掘規(guī)劃。