李改革，王軼波

(1.河北省礦井災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 三河 065201；2.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 101601；3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 資源與安全工程學(xué)院，北京 100083)

隨著開采規(guī)模的日益增加，通風(fēng)線路不斷增長，需風(fēng)量不斷增加，通風(fēng)系統(tǒng)日益復(fù)雜，為使高河礦的礦井通風(fēng)系統(tǒng)更加合理，滿足生產(chǎn)的需要，首先對(duì)高河礦進(jìn)行了通風(fēng)阻力測定，分析了當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，并提出了解決方案。在對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)礦井北翼銜接計(jì)劃的需要，需將鮑村風(fēng)井與進(jìn)、回風(fēng)大巷貫通，保證井下新鮮風(fēng)流的供應(yīng)，本文對(duì)巷道貫通的方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并通過通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件對(duì)當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)及貫通后的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析解算，得到了合理的貫通方案，這種生產(chǎn)礦井通風(fēng)狀況的實(shí)時(shí)仿真與通風(fēng)狀態(tài)的預(yù)測模擬，對(duì)于深刻了解通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀所存在的問題、礦井風(fēng)量調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整，乃至提高整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)應(yīng)變能力和防災(zāi)抗災(zāi)能力等均具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 礦井概況

高河礦井已形成完整獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，采用分區(qū)式通風(fēng)方式，機(jī)械抽出式的通風(fēng)方法。全礦井共布置有5個(gè)井筒，其中進(jìn)風(fēng)井有3個(gè)，分別為：主立井、副立井和小莊進(jìn)風(fēng)立井；回風(fēng)井2個(gè)，分別為中央回風(fēng)立井和小莊回風(fēng)立井，共布置有2對(duì)主通風(fēng)機(jī)為全礦井供風(fēng)。主通風(fēng)機(jī)為豪頓公司生產(chǎn)的液壓動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，型號(hào)為ANN-3392/1600B，電機(jī)額定功率為3600 kW，一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺(tái)備用，分別安裝于中央主通風(fēng)機(jī)房和小莊主通風(fēng)機(jī)房；主扇調(diào)節(jié)由計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)調(diào)全部葉片，反風(fēng)時(shí)采用反轉(zhuǎn)反風(fēng)，該主扇設(shè)計(jì)排風(fēng)量391～529 m3/s，負(fù)壓1271～4312 Pa。

中央回風(fēng)井主扇現(xiàn)運(yùn)行工況如下：風(fēng)壓:2357.0 Pa，角度：43.3°，排風(fēng)量：33160 m3/min，電機(jī)功率：1760 kW；小莊回風(fēng)井主扇現(xiàn)運(yùn)行工況如下：風(fēng)壓:2900.0 Pa，角度：41.1°，排風(fēng)量：29960 m3/min，電機(jī)功率：1720 kW。

全井共有2個(gè)回采工作面、1個(gè)備用工作面、1個(gè)回撤工作面和其它一些供風(fēng)巷道、峒室等主要用風(fēng)地點(diǎn)。礦井總進(jìn)風(fēng)量約59125 m3/min，礦井總回風(fēng)量約60252 m3/min，東翼通風(fēng)風(fēng)量12340 m3/min,通風(fēng)阻力2322.52 Pa，總風(fēng)阻為0.054906 N·S2/m8；北翼通風(fēng)風(fēng)量19177 m3/min,通風(fēng)阻力2362.39 Pa，總風(fēng)阻為0.023125 N·S2/m8，南翼通風(fēng)風(fēng)量28735 m3/min,通風(fēng)阻力2941.88 Pa，總風(fēng)阻為0.012826 N·S2/m8。礦井三翼通風(fēng)系統(tǒng)以風(fēng)量和阻力相互匹配為科學(xué)合理，目前南翼風(fēng)量是東翼風(fēng)量的233%，是北翼通風(fēng)風(fēng)量的150%；南翼阻力是東翼阻力的126.7%，南翼阻力是北翼阻力的124.5%，三翼相差不大，其主要原因是三翼分配工作面?zhèn)€數(shù)基本一致，但是南翼通風(fēng)線路比較長。

2 礦井通風(fēng)阻力的測定與分析

2.1 礦井通風(fēng)阻力測定與分析

2014年7月，依據(jù)礦井通風(fēng)阻力測定標(biāo)準(zhǔn)和方法[1-2]，完成了對(duì)高河礦礦井通風(fēng)阻力測定，測定結(jié)果見表1。

圖1 高河礦礦井通風(fēng)示意圖

測定線路區(qū)段點(diǎn)號(hào)劃分距離(m)阻力(Pa)占總阻力的百分比%百米阻力值(Pa)I進(jìn)風(fēng)段44—5922111270.4243.1857.46南翼用風(fēng)段59—604290631.4121.4614.72回風(fēng)段60—5239471040.0535.3626.35合計(jì)104482941.88II進(jìn)風(fēng)段1—212430723.2930.6229.77用風(fēng)段21—292605693.0229.3426.6

續(xù)表

由表一數(shù)據(jù)可以看出：整個(gè)礦井東翼、西翼、北翼，其中南翼通風(fēng)阻力較大，尤其是進(jìn)風(fēng)段阻力值過大；北翼和東翼阻力基本合理，但東翼用風(fēng)段阻力值過大。

南翼主測路線W1309工作面實(shí)測通風(fēng)阻力2941.88 Pa，風(fēng)機(jī)房風(fēng)硐水柱計(jì)讀數(shù)為2890 Pa，即實(shí)測阻力誤差小于1.8%。由W1309工作面通風(fēng)路線通風(fēng)阻力分布圖可以看出，南翼通風(fēng)線路中進(jìn)風(fēng)段阻力偏大，其主要原因是小莊進(jìn)風(fēng)井阻力偏大。

北翼主測路線E2302備用工作面實(shí)測阻力2362.39 Pa，東翼主測路線E1305工作面實(shí)測阻力2322.52 Pa，風(fēng)機(jī)房風(fēng)硐內(nèi)水柱計(jì)讀數(shù)為2360 Pa，即E2302備用面實(shí)測阻力誤差小于0.1%，E1305工作面線路實(shí)測阻力誤差小于1.6%。

3 北翼通風(fēng)系統(tǒng)貫通(調(diào)整)方案

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)貫通節(jié)點(diǎn)的擬定

根據(jù)礦井生產(chǎn)規(guī)劃和接續(xù)安排、通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析和存在的一系列問題，結(jié)合未來幾年的礦井開拓開采規(guī)劃，在綜合分析各種存在問題的基礎(chǔ)上，本著針對(duì)現(xiàn)實(shí)、對(duì)癥下藥、理論聯(lián)系實(shí)際的貫通思路，擬定了如下6個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)貫通節(jié)點(diǎn)：

節(jié)點(diǎn)1：鮑村總進(jìn)風(fēng)大巷5月底與北翼輔運(yùn)順槽貫通

鮑村總進(jìn)風(fēng)大巷預(yù)計(jì)5月底與北翼輔運(yùn)順槽貫通，進(jìn)風(fēng)井按預(yù)計(jì)可能在該巷道貫通前完成落底。在該條件下編制進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井落底貫通方案(附帶北翼的系統(tǒng)調(diào)整)。

節(jié)點(diǎn)2：鮑村進(jìn)風(fēng)井與鮑村總進(jìn)風(fēng)大巷貫通進(jìn)風(fēng)落底后，5月底鮑村總進(jìn)風(fēng)大巷與北翼輔運(yùn)大巷貫通。

節(jié)點(diǎn)2’：東風(fēng)北調(diào)：在節(jié)點(diǎn)2基礎(chǔ)上，將東翼E1305備用工作面的風(fēng)量由5400 m3/min壓到3400 m3/min；將東翼E1302回撤工作面的風(fēng)量由3900 m3/min壓到2400 m3/min。即東翼風(fēng)量減少了3500 m3/min，解算北翼風(fēng)量最多能增加多少。

節(jié)點(diǎn)3：6月底鮑村總進(jìn)風(fēng)大巷(小斷面)與北翼膠帶大巷貫通

節(jié)點(diǎn)4：7月初鮑村總回風(fēng)大巷(南)與北翼東回風(fēng)大巷貫通

節(jié)點(diǎn)5：12月底鮑村總回風(fēng)大巷(北)與北翼回風(fēng)大巷貫通

3.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀模擬

根據(jù)2014年7月礦井測算風(fēng)阻，按照2015.1.28日高河煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)各采煤工作面、主要進(jìn)回風(fēng)大巷及風(fēng)機(jī)工況進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬解算，模擬解算共277條分支。2015年1月份，高河煤礦主通風(fēng)機(jī)工況模擬解算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果對(duì)比，詳見表2所示。諸節(jié)點(diǎn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓匯總見表3所示。

表2 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀模擬礦井主要通風(fēng)機(jī)工況匯總表

由表2及模擬結(jié)果可知，礦井主要用風(fēng)地點(diǎn)通過風(fēng)量的模擬解算值與井下實(shí)測值比較吻合，說明本次對(duì)高河煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果以及繪制的通風(fēng)系統(tǒng)圖可靠、正確的，可以作為模擬預(yù)測通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生變化后的一系列調(diào)整方案的依據(jù)。

表3 各節(jié)點(diǎn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓匯總表

3.3 解算結(jié)果分析

節(jié)點(diǎn)1：鮑村進(jìn)風(fēng)井落底與鮑村總進(jìn)風(fēng)大巷貫通:由網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果可以看出，在礦井總風(fēng)量不變的情況下，中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)風(fēng)壓下降了155.3 Pa、小莊風(fēng)井風(fēng)機(jī)風(fēng)壓下降了57.6 Pa；造成“+450m北翼進(jìn)風(fēng)大巷和“南翼輔助運(yùn)輸大巷”段風(fēng)量減??；造成“+450m水平北翼輔助運(yùn)輸大巷”34—145—131段風(fēng)量減小或反向；鮑村回風(fēng)井落地貫通后，需增加調(diào)節(jié)設(shè)施保證鮑村回風(fēng)井底總回巷道用風(fēng)即可。

節(jié)點(diǎn)2：5月底鮑村總進(jìn)風(fēng)大巷與北翼輔運(yùn)大巷貫通:由網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果可以看出，在礦井總風(fēng)量不變的情況下，中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)風(fēng)壓下降了59.7Pa、小莊風(fēng)井風(fēng)機(jī)風(fēng)壓下降了27.5Pa；造成“+450m水平北翼輔助運(yùn)輸大巷”133—34—145段風(fēng)流反向，“南翼輔助運(yùn)輸大巷”段風(fēng)量減小。

節(jié)點(diǎn)2’：東風(fēng)北調(diào)：由網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果可以看出，在礦井總風(fēng)量不變的情況下，同節(jié)點(diǎn)2相比，中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)風(fēng)壓增加了300.8Pa、小莊風(fēng)井風(fēng)機(jī)風(fēng)壓基本沒有變化；北翼風(fēng)量由原來的18748.0 m3/min增加到21797.4 m3/min，即北翼系統(tǒng)風(fēng)量增加了3049.4 m3/min。

節(jié)點(diǎn)4：7月初鮑村總回風(fēng)大巷(南)與北翼東回風(fēng)大巷貫通；由網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果可以看出，在礦井總風(fēng)量不變的情況下，中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)風(fēng)壓下降了300 Pa、小莊風(fēng)井風(fēng)機(jī)風(fēng)壓基本沒有變化；同時(shí)造成“鮑村總回風(fēng)大巷(南)”(150—151段)風(fēng)流向西。

節(jié)點(diǎn)5：12月底鮑村總回風(fēng)大巷(北)與北翼回風(fēng)大巷貫通；由網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果可以看出，在礦井總風(fēng)量不變的情況下，同節(jié)點(diǎn)4相比，中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)風(fēng)壓下降了186.5 Pa、小莊風(fēng)井風(fēng)機(jī)風(fēng)壓基本沒有變化；巷道風(fēng)流方向同節(jié)點(diǎn)4。

3.4 貫通后(時(shí))的風(fēng)流調(diào)整方案

節(jié)點(diǎn)1：(1)調(diào)節(jié)“北進(jìn)與北輔5#聯(lián)巷”(146—131段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為3600 m3/min左右；(2)調(diào)節(jié)“北進(jìn)與北西回8#聯(lián)巷” (146—150段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為2500 m3/min左右；(3)調(diào)節(jié)“北輔與北膠6#聯(lián)巷” (152—153段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為2000 m3/min左右；(4)調(diào)節(jié)“北膠與北東回11#聯(lián)巷” (153—37段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為2900 m3/min左右；(5)對(duì)E2302工作面回風(fēng)順槽“調(diào)節(jié)風(fēng)門”(157—132段)、E2303進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面和E2303高抽巷掘進(jìn)工作面回風(fēng)段“調(diào)節(jié)風(fēng)門”(35節(jié)點(diǎn))進(jìn)行監(jiān)控如風(fēng)量變化大，即采取增大或減小風(fēng)窗面積的措施；(6)同樣對(duì)北翼其它掘進(jìn)工作面的風(fēng)量也要派人進(jìn)行監(jiān)控。只要北翼系統(tǒng)各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量不出現(xiàn)大的波動(dòng)，則南翼、東翼系統(tǒng)風(fēng)量就不會(huì)有較大變化。(7)巷道貫通后北翼系統(tǒng)風(fēng)流路線。

鮑村總進(jìn)風(fēng)井落底貫通后，只有“+450m北翼進(jìn)風(fēng)大巷”30—33—146段和“+450 m水平北翼輔助運(yùn)輸大巷”34—145—131段風(fēng)量減小或反向；其它巷道風(fēng)流路線不變。

節(jié)點(diǎn)2：(1)調(diào)節(jié)“北進(jìn)與北輔5#聯(lián)巷”(146—131段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為1300 m3/min左右；(2)調(diào)節(jié)“北進(jìn)與北西回8#聯(lián)巷” (146—150段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為2500 m3/min左右；(3)調(diào)節(jié)“北輔與北膠6#聯(lián)巷” (152—153段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為2000 m3/min左右；(4)調(diào)節(jié)“北膠與北東回11#聯(lián)巷” (153—37段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為2900 m3/min左右；(5)對(duì)E2302工作面回風(fēng)順槽“調(diào)節(jié)風(fēng)門”(157—132段)、E2303進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面和E2303高抽巷掘進(jìn)工作面回風(fēng)段“調(diào)節(jié)風(fēng)門”(35節(jié)點(diǎn))進(jìn)行監(jiān)控如風(fēng)量變化大，即采取增大或減小風(fēng)窗面積的措施；(6)同樣對(duì)北翼其它掘進(jìn)工作面的風(fēng)量也要派人進(jìn)行監(jiān)控。只要北翼系統(tǒng)各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量不出現(xiàn)大的波動(dòng)，則南翼、東翼系統(tǒng)風(fēng)量就不會(huì)有較大變化。

巷道貫通后北翼系統(tǒng)風(fēng)流路線：鮑村總進(jìn)風(fēng)大巷與北翼輔運(yùn)大巷貫通后，只有“+450 m北翼進(jìn)風(fēng)大巷”30—33—146段和“+450 m水平北翼輔助運(yùn)輸大巷”34—145段風(fēng)量減小或反向；其它巷道風(fēng)流路線不變。

節(jié)點(diǎn)3：(1)調(diào)節(jié)“北進(jìn)與北輔5#聯(lián)巷”(146—131段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量不小于400 m3/min左右；(2)調(diào)節(jié)“北進(jìn)與北西回8#聯(lián)巷” (146—150段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為2200 m3/min左右；(3)調(diào)節(jié)“北輔與北膠6#聯(lián)巷”(152—153段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為1800 m3/min左右；(4)調(diào)節(jié)“北膠與北東回11#聯(lián)巷”(153—37段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為2900 m3/min左右；(5)對(duì)E2302工作面回風(fēng)順槽“調(diào)節(jié)風(fēng)門”(157—132段)、E2303進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面和E2303高抽巷掘進(jìn)工作面回風(fēng)段“調(diào)節(jié)風(fēng)門”(35節(jié)點(diǎn))進(jìn)行監(jiān)控如風(fēng)量變化大，即采取增大或減小風(fēng)窗面積的措施；(6)同樣對(duì)北翼其它掘進(jìn)工作面的風(fēng)量也要派人進(jìn)行監(jiān)控。只要北翼系統(tǒng)各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量不出現(xiàn)大的波動(dòng)，則南翼、東翼系統(tǒng)風(fēng)量就不會(huì)有較大變化。

（i）輸出c，個(gè)體標(biāo)準(zhǔn)決策矩陣（i=1，2，...，m，j=1，2，…，n，y=1，2，...，r，k=1，2，…，與群決策矩陣 D（c），其中，D（c）為一致性群決策矩陣。

巷道貫通后北翼系統(tǒng)風(fēng)流路線：鮑村總進(jìn)風(fēng)大巷與北翼輔運(yùn)大巷貫通后，造成“+450 m水平北翼膠帶輸送機(jī)大巷”(147—36—134—27—22段)微風(fēng)或風(fēng)流反向。

節(jié)點(diǎn)4：(1)調(diào)節(jié)鮑村總回風(fēng)大巷(南)(144—150段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為480 m3/min左右；(2)其它調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)整同節(jié)點(diǎn)3。

巷道貫通后北翼系統(tǒng)風(fēng)流路線：鮑村總回風(fēng)大巷(南)與北翼東回風(fēng)大巷貫通后，“鮑村總回風(fēng)大巷(南)”(150—151段)風(fēng)流向西。井下其它巷道風(fēng)流路線同節(jié)點(diǎn)3。

節(jié)點(diǎn)5：(1)調(diào)節(jié)鮑村總回風(fēng)大巷(北)(144—151段)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，使其通過風(fēng)量為480 m3/min左右；(2)其它調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)整同節(jié)點(diǎn)4。

巷道貫通后北翼系統(tǒng)風(fēng)流路線：鮑村總回風(fēng)大巷(北)與北翼東回風(fēng)大巷貫通后，“鮑村總回風(fēng)大巷(北)”(150—151段)風(fēng)流反向。井下其它巷道風(fēng)流路線同節(jié)點(diǎn)3。

4 結(jié)論

(1) 通過對(duì)高河礦進(jìn)行通風(fēng)阻力測定，分析了當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，針對(duì)南翼存在的問題提出了優(yōu)化方案，基本解決了南翼通風(fēng)困難的問題；

(2) 按照北翼掘進(jìn)計(jì)劃的需要，依據(jù)鮑村總進(jìn)回風(fēng)大巷掘進(jìn)銜接計(jì)劃，擬定了一系列的巷道貫通節(jié)點(diǎn)。諸節(jié)點(diǎn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓匯總見表；通過礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)理論及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件的實(shí)際運(yùn)用，對(duì)諸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了較為科學(xué)的解算和分析。這種生產(chǎn)礦井通風(fēng)狀況的實(shí)時(shí)仿真與通風(fēng)狀態(tài)的預(yù)測模擬，對(duì)于深刻了解通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀所存在的問題、礦井風(fēng)量調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整，乃至提高整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)應(yīng)變能力和防災(zāi)抗災(zāi)能力等均具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

(3) 通過對(duì)南北兩翼通風(fēng)系統(tǒng)的改造使整個(gè)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)更合理，能夠與礦井的銜接計(jì)劃相匹配，滿足生產(chǎn)的需要；

[1] 張國樞，楊運(yùn)良，譚允楨，等.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[2] 方裕璋，王家棣，楊立興.礦井通風(fēng)技術(shù)改造[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1994.

[3] 淮南煤炭學(xué)院通風(fēng)安全教研室.礦井通風(fēng)技術(shù)測定及其應(yīng)用[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1980.

[4] 高建良，張學(xué)博.平煤一礦多風(fēng)機(jī)藕合運(yùn)行通風(fēng)保障優(yōu)化方案研究報(bào)告[R].焦作:河南理工大學(xué)，2010.

[5] 國家煤礦安全監(jiān)察局煤礦安全規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2011.

[6] 程磊，楊運(yùn)良，景國勛.九里山煤礦通風(fēng)系統(tǒng)安全性評(píng)價(jià)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003, 22 (4 ): 442-444.