多風井通風系統(tǒng)分區(qū)通風研究

徐 杰

(山西潞安化工集團 潞寧煤業(yè)有限責任公司,山西 忻州 036700)

潞寧煤業(yè)目前存在的主要通風問題:①回風立井通風阻力2 901 Pa(應小于2 940 Pa)和西擴區(qū)回風立井通風阻力2 498 Pa(應小于2 500 Pa)均達到了臨界值,實施降阻工程是目前應考慮的主要問題;②回風立井和西擴區(qū)回風立井沒有實現(xiàn)采區(qū)分區(qū)獨立通風,實現(xiàn)采區(qū)分區(qū)獨立通風是下一步通風系統(tǒng)改造首要解決的問題。

潞寧煤礦如能實現(xiàn)分區(qū)通風,將會使通風風路縮短,通風阻力降低,減小漏風量,保障礦井通風經(jīng)濟合理。各用風地點都能保持新鮮風流,作業(yè)環(huán)境好。當一個采區(qū)、工作面或硐室發(fā)生災變時,不至于影響或波及其他地點,較為安全可靠。其目的為保證采區(qū)通風系統(tǒng)穩(wěn)定,為采區(qū)內(nèi)的采掘工作面布置獨立通風系統(tǒng)以及搶險救災創(chuàng)造條件,提高采區(qū)的抗災能力[1-2]。

為了實現(xiàn)潞寧煤礦分區(qū)通風,通過對通風系統(tǒng)進行詳細分析得出,最有效的方法是在消防材料庫與西翼瓦斯管路巷之間打一道密閉墻。但是當?shù)V山井下布局發(fā)生改變或者事故災害發(fā)生時,就會對這個動態(tài)通風系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響,導致通風系統(tǒng)運行不合理。利用2021年7月份建立的潞寧煤業(yè)通風仿真系統(tǒng),可對通風系統(tǒng)的調(diào)整進行實時仿真,以仿真結(jié)果為基礎,對阻力分布情況以及風量變化情況進行分析與總結(jié),針對不匹配區(qū)域,制定對應的解決方案并加以論證,使得潞寧煤礦通風動力與阻力能夠達到合理匹配狀態(tài),使得各用風地點風量充足、風流穩(wěn)定,從而保障其通風系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運行,以此順利實現(xiàn)潞寧煤礦通風系統(tǒng)調(diào)整及擴能改造。

1 礦井通風系統(tǒng)概況

1.1 礦井概況

隨著礦井生產(chǎn)不斷延伸、規(guī)模不斷的擴大,潞寧煤業(yè)有限責任公司通風系統(tǒng)日趨復雜,目前共有4個進風井筒(主斜井、副斜井、進風斜井、西擴區(qū)進風立井)、2個回風井筒(回風立井、西擴區(qū)回風立井)和6個井筒,采用混合式通風方式,機械抽出式通風方法。

為實現(xiàn)通風系統(tǒng)穩(wěn)定、順利過渡,利用礦井通風管理信息系統(tǒng)軟件,能夠?qū)崿F(xiàn)對通風系統(tǒng)提前進行預測分析與優(yōu)化調(diào)節(jié),確保通風系統(tǒng)穩(wěn)定運行,實現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)。

1.2 通風網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分析

在通風網(wǎng)絡中,是否含有角聯(lián)結(jié)構(gòu)是判定該通風網(wǎng)絡是否為復雜通風網(wǎng)絡的條件,若通風網(wǎng)絡中存在角聯(lián)結(jié)構(gòu),則該通風網(wǎng)絡叫做復雜網(wǎng)絡,反之該網(wǎng)絡叫做簡單網(wǎng)絡。復雜網(wǎng)絡中的非角聯(lián)分支風阻發(fā)生變化時,該分支以及其他分支的風量發(fā)生變化而不會導致自身以及其他分支的流向發(fā)生變化,此外正因為流向不穩(wěn)定的角聯(lián)分支,復雜通風網(wǎng)絡的不穩(wěn)定性增強,然而若復雜網(wǎng)絡中的角聯(lián)分支的流向發(fā)生變化對整個通風網(wǎng)絡的穩(wěn)定沒有負面影響時,甚至會提高通風網(wǎng)絡的整體穩(wěn)定性,降低通風阻力,減少能耗。

通過對潞寧煤礦通風系統(tǒng)調(diào)整及擴能改造后的通風系統(tǒng)相對應的通風網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行詳細分析,為通風系統(tǒng)優(yōu)化改造提供技術(shù)支持。通過分析各用風地點的風量來源,可以將潞寧煤礦的通風系統(tǒng)進行簡化,如圖1所示。

圖1 潞寧煤礦通風結(jié)構(gòu)簡圖

通過潞寧煤礦通風結(jié)構(gòu)簡圖,可以更直觀地看出各個風井與采區(qū)的風量供需關(guān)系,其中,副井、進風斜井和主斜井進風井主要為22采區(qū)、31采區(qū)同時供風;西擴區(qū)進風井主要為24采區(qū)、22采區(qū)同時供風;通過明確各個風井與采區(qū)的風量供需關(guān)系,將整個礦井的通風系統(tǒng)進行簡化可以得到如圖2所示的近H型復雜結(jié)構(gòu)通風網(wǎng)絡。

圖2 近H型結(jié)構(gòu)通風網(wǎng)絡圖

經(jīng)過模擬與分析,①～⑤為可能反風的分支,但是對于①、③、④和⑤號分支來說,僅存在理論情況下才能發(fā)生反風,且條件極為苛刻,發(fā)生的概率極小。而②號分支(通風結(jié)構(gòu)見圖中6—7)很大概率發(fā)生反風,而且發(fā)生條件也容易產(chǎn)生,②號分支為進風井所進風通往22采區(qū)巷道,當31采區(qū)需風量增大時,②號分支就會出現(xiàn)反風現(xiàn)象,西擴區(qū)進風井供給22采區(qū)的風供給到31采區(qū)。所以在系統(tǒng)調(diào)整時,需要加大對②號分支的關(guān)注,避免發(fā)生反風現(xiàn)象,而影響到22采區(qū)供風。

2 系統(tǒng)調(diào)整后風機運行工況預測

2.1 維持目前通風系統(tǒng)的條件下,直接施工密閉

在維持目前通風系統(tǒng)的條件下,在消防材料庫與西翼瓦斯管路巷之間打一道密閉墻,進行分區(qū)通風。潞寧煤業(yè)通風系統(tǒng)改變后系統(tǒng)變化情況及對通風系統(tǒng)調(diào)整后風機工況進行預測。

1) 系統(tǒng)布置。在消防材料庫與西翼瓦斯管路巷之間打一道密閉墻,使得22采區(qū)、23采區(qū)污濁風流全部通過西翼瓦斯管路巷,經(jīng)西擴區(qū)回風立井流出。具體位置與仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 打密閉前后通風仿真對照圖(單位:m3/min)

2) 方案模擬結(jié)果。主要風井、大巷風量變化如表1所示。

表1 主要風井、大巷風量變化

3) 施工密閉后系統(tǒng)預測分析。主要井巷風量影響分析。通過仿真計算得出:目前通風系統(tǒng)下,在消防材料庫與西翼瓦斯管路巷之間打一道密閉墻,該方案對礦井系統(tǒng)影響較大。方案實施后,西擴區(qū)回風立井回風量增加965 m3/min,3號煤回風立井回風量降低1 939 m3/min.

對22采區(qū)的影響膠帶下山、軌道下山相較于方案實施前,風量分別降低614 m3/min、809 m3/min.總回風下山回風量減少了1 639 m3/min,使得22117工作面風量降低215 m3/min;22122工作面風量降低363 m3/min.3號煤回風下山回風量增加了464 m3/min,對3號煤運輸下山和軌道下山影響較小。通3號煤總回巷風量增加668 m3/min,排水巷進風量降低227 m3/min,西翼瓦斯管路巷回風量增加1 549 m3/min.

地面主要通風機的影響分析。在礦井通風系統(tǒng)中,系統(tǒng)處于動態(tài)變化之中,需風量總在變化,需要調(diào)節(jié)風機工況點來滿足通風要求,工況點調(diào)節(jié)工作對礦井安全生產(chǎn)至關(guān)重要。風機的可調(diào)節(jié)范圍要滿足礦井的通風要求,工況點的調(diào)節(jié)必須保證在合理范圍內(nèi):一是從經(jīng)濟方面考慮,工況點對應主要通風機的靜壓效率不應低于70%;二是從安全的角度考慮,要求工況點不能處于不穩(wěn)定區(qū),通風機工作風壓不應大于最大風壓的0.9倍。

表2為方案實施后回風井風量、總阻力變化情況。

表2 回風井風量、總阻力變化情況

3號煤回風立井系統(tǒng)調(diào)整前后運行工況如圖4所示。

圖4 3號煤回風立井系統(tǒng)調(diào)整前后運行工況

西擴區(qū)回風立井系統(tǒng)調(diào)整前后運行工況如圖5所示。

圖5 西擴區(qū)回風立井系統(tǒng)調(diào)整前后運行工況

回風立井:3號煤回風立井風量為8 480 m3/min,阻力為3 430 Pa,遠遠大于5 000～10 000 m3/min,對應阻力小于2 500 Pa,屆時3號煤回風立井通風量減少1 939 m3/min,阻力增加529 Pa,這將會導致風機可能發(fā)生風機喘振的嚴重后果。

西擴區(qū)回風立井:西翼瓦斯管路巷回風量增加1 549 m3/min,總回風增加969 m3/min,總阻力降低了422 Pa,有所富余。

2.2 先進行通風系統(tǒng)降阻優(yōu)化,再調(diào)整實現(xiàn)分區(qū)通風

基于對系統(tǒng)調(diào)整后風機運行工況預測,直接打密閉后,會造成3號煤回風立井阻力達到3 430 Pa,風機發(fā)生喘振,采區(qū)用風地點用風量不足,影響礦井正常生產(chǎn)。

主要設想:首先進行通風系統(tǒng)優(yōu)化降阻,再通過提升風機運行能力,借助通風仿真系統(tǒng)對3號回風立井系統(tǒng)進行系統(tǒng)優(yōu)化降阻,預計回風立井降阻約為1 000 Pa,通風阻力預計約為2 000 Pa,能夠保證風機穩(wěn)定運行。西擴區(qū)風量增加3 600 m3/min,能夠保持目前的通風系統(tǒng)風量配置,目前系統(tǒng)預測阻力為3 800 Pa,風機不能滿足該工況要求。所以,如果實施該方案,需要實施降阻工程。主要高阻力巷道有:西翼瓦斯管路巷950 Pa,回風下山(長度約為800 m)消耗阻力1 050 Pa,巷道斷面擴大1/3以上,阻力降低1 000 Pa,實施降阻工程后,西擴區(qū)風量總風量14 200 m3/min,總阻力2 800 Pa.

3 結(jié) 語

為實現(xiàn)潞寧煤礦分區(qū)通風,利用潞寧煤業(yè)通風仿真系統(tǒng)IMVS,對通風系統(tǒng)進行調(diào)整并實時仿真,根據(jù)仿真結(jié)果預測礦井阻力為3 800 Pa,目前風機不能滿足該工況要求。

針對通風系統(tǒng)工況點不匹配問題,制定高阻力巷道,即西翼瓦斯管路巷和回風下山的降阻方案,實施降阻工程后,西擴區(qū)風量增加3 600 m3/min,總風量達14 200 m3/min,通風系統(tǒng)阻力降低1 000 Pa,總阻力為2 800 Pa,礦井通風動力與阻力能夠達到合理匹配狀態(tài),滿足工況點要求。