張 超，邱 晗，范 韜

(1.山東科技大學(xué) 礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，山東 青島 266590;2.山東科技大學(xué) 礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東 青島 266590;3.青島保稅港區(qū)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，山東 青島 266555)

通風(fēng)系統(tǒng)是由向井下各作業(yè)地點(diǎn)供給新鮮空氣、排除污濁空氣的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和通風(fēng)動(dòng)力及通風(fēng)控制設(shè)施等構(gòu)成的工程體系。礦井通風(fēng)系統(tǒng)與井下各作業(yè)點(diǎn)相聯(lián)系，對(duì)礦井通風(fēng)安全狀況具有全局影響，是礦井防塵、防火、防瓦斯的基礎(chǔ)工程。

高莊煤礦礦井于2000 年開始進(jìn)行改擴(kuò)建，生產(chǎn)能力由90 萬t/a 的全水力采煤擴(kuò)大為180 萬t/a 的混合式采煤。近年來，隨著礦井生產(chǎn)能力的提高，礦井產(chǎn)量不斷提升的同時(shí)，需風(fēng)量也隨之增加。但目前礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在著風(fēng)路折返性強(qiáng)、通風(fēng)阻力大等問題，導(dǎo)致礦井實(shí)際風(fēng)量無法滿足生產(chǎn)需求，嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)及職工的健康。因此，高莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)亟需進(jìn)一步的改造和優(yōu)化。

1 通風(fēng)狀況的技術(shù)參數(shù)校核

首先針對(duì)礦井通風(fēng)阻力、風(fēng)機(jī)性能等基本參數(shù)進(jìn)行測(cè)算校核，進(jìn)而對(duì)礦井的有效風(fēng)量及漏風(fēng)通道進(jìn)行測(cè)定分析，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)。為確保技術(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確性，測(cè)試地點(diǎn)選擇風(fēng)流路線長、用風(fēng)場(chǎng)所多、風(fēng)流量大的3上510 采煤工作面。

1.1 礦井通風(fēng)阻力測(cè)定

將礦井通風(fēng)系統(tǒng)按進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段劃分后，分別進(jìn)行累計(jì)計(jì)算，便可得到礦井通風(fēng)系統(tǒng)的阻力分布情況，見表1.

表1 礦井通風(fēng)阻力分布表

由表1 可知，回風(fēng)段通風(fēng)阻力為889 Pa，占礦井總通風(fēng)阻力的49%，是礦井高阻區(qū)段，其余各井巷分配的風(fēng)量大小較合理，風(fēng)流較穩(wěn)定，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的通風(fēng)阻力分配合理且與風(fēng)量相匹配，用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量可以滿足生產(chǎn)要求。

1.2 礦井通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定

根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)際需要，測(cè)定礦井通風(fēng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速或葉片安裝角度下實(shí)際運(yùn)行的個(gè)體特性數(shù)據(jù)。由于采集的數(shù)據(jù)過多，因此，將數(shù)據(jù)整理為圖形，見圖1，圖2.

由圖1，2 分析可得出以下結(jié)論:

圖1 北臺(tái)風(fēng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果綜合圖

圖2 南臺(tái)風(fēng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果綜合圖

1)礦井正常通風(fēng)情況下，北臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量均值為142.6 m3/s，風(fēng)壓均值為1 725 Pa;南臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量均值為142.1 m3/s，風(fēng)壓均值為1 618 Pa. 結(jié)合圖1，2 分析運(yùn)行工況點(diǎn)位于通風(fēng)機(jī)特性曲線駝峰點(diǎn)的右下側(cè)、單調(diào)下降的直線段上，且實(shí)際工作風(fēng)壓小于通風(fēng)機(jī)最大額定風(fēng)壓的90%，這說明風(fēng)機(jī)處于安全運(yùn)行狀態(tài)。

2)礦井正常通風(fēng)情況下，北臺(tái)風(fēng)機(jī)的效率為66.3%，南臺(tái)風(fēng)機(jī)的效率為72.66%，均大于60%.這說明通風(fēng)機(jī)運(yùn)行效果較好，處于經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。

1.3 礦井有效風(fēng)量與漏風(fēng)通道的測(cè)定與分析

在掌握了礦井總進(jìn)風(fēng)量和實(shí)際回風(fēng)量的基礎(chǔ)上，進(jìn)行礦井有效風(fēng)量的測(cè)算及漏風(fēng)通道的測(cè)定分析，從而計(jì)算礦井的外部漏風(fēng)率和有效風(fēng)量率。礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)見表2.

表2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)匯總表

通過測(cè)定和計(jì)算可以看出，內(nèi)部漏風(fēng)量為940 m3/min，占總漏風(fēng)量的76.3%. 分析其原因是礦井為中央并列式通風(fēng)，系統(tǒng)比較復(fù)雜，通風(fēng)設(shè)施多，風(fēng)門、密閉不很嚴(yán)密。外部漏風(fēng)量大的原因是主井提升兼回風(fēng)，井塔及井塔風(fēng)門漏風(fēng)較大。礦井外部漏風(fēng)率較大，有效風(fēng)量率低，分析原因在于:礦井風(fēng)硐斷面小，僅為6.9 m2，巷道阻力大，造成風(fēng)硐風(fēng)速超限為21 m/s.因此，必須擴(kuò)大風(fēng)硐斷面，降低風(fēng)硐風(fēng)速。

2 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案擬定

由參數(shù)校核可知，高莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題主要是由風(fēng)硐設(shè)計(jì)不合理造成的，因此對(duì)高莊煤礦的風(fēng)硐進(jìn)行合理改造。

2.1 風(fēng)硐改造設(shè)計(jì)

為解決風(fēng)硐風(fēng)速超限，須采取增大風(fēng)硐斷面的方案，初步確定了3 個(gè)方案:

1)將風(fēng)井主鎖口加高，新建鋼風(fēng)道通過鋼架跨越原風(fēng)道上部的棧橋，在風(fēng)機(jī)房外側(cè)下拐與原風(fēng)道相連。在加高的鎖口一側(cè)設(shè)置防爆蓋。

2)在原風(fēng)道的上方新建一風(fēng)道與原風(fēng)道并聯(lián)，新風(fēng)道底與老風(fēng)道頂相鄰，新舊風(fēng)道在風(fēng)機(jī)房以外相連。風(fēng)井鎖口相應(yīng)加高，在其上部增設(shè)防爆蓋。

3)在原風(fēng)硐上直接刷大斷面，達(dá)到所需斷面，重新支護(hù)完整。

2.2 方案比較

對(duì)以上3 種方案的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比:

1)方案1 優(yōu)點(diǎn):該方案實(shí)施后，不影響該處的道路暢通。缺點(diǎn):工作量大，由于采用鋼風(fēng)道，投資較大、技術(shù)難度大、施工難度大、周期長，對(duì)礦井生產(chǎn)影響較大。

2)方案2 優(yōu)點(diǎn):該方案工程量小、投資少、施工方便、施工周期短，對(duì)礦井生產(chǎn)影響最小，將所有工程完成后再開鑿新舊風(fēng)硐的連接口，可在較短的時(shí)間內(nèi)完成。該方案不足之處是將道路截?cái)唷?/p>

3)方案3 優(yōu)點(diǎn):能夠達(dá)到預(yù)期的效果。缺點(diǎn):施工期間礦井必須全面停產(chǎn)，影響生產(chǎn)時(shí)間很長。

清除舊風(fēng)硐上的浮土，用舊風(fēng)硐的鋼筋混凝土的頂作底，重新用鋼筋混凝土筑建并聯(lián)風(fēng)硐，新風(fēng)硐寬3.4 m，高2.1 m，凈斷面為7.1 m2，新風(fēng)硐一端與風(fēng)井的井口房相連，另一端在舊風(fēng)硐頂入口處切開2 m×2 m 的切口連接。

為保證風(fēng)硐順利合茬，在風(fēng)硐切口兩側(cè)留2個(gè)可進(jìn)出設(shè)備和材料的小門。使用2 臺(tái)液壓混凝土切割鋸?fù)瑫r(shí)對(duì)兩口切割，每個(gè)岔口切割為3 塊，每塊重量約為1. 5 t，切下的水泥塊通過小門轉(zhuǎn)出，施工完畢清理結(jié)束后，兩處小門用混凝土澆筑嚴(yán)實(shí)。

3 風(fēng)硐改造后效果分析

風(fēng)井和風(fēng)硐改造后，對(duì)井下及主扇風(fēng)機(jī)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果見表3，表4 和表5.

表3 改造前后礦井風(fēng)量漏風(fēng)率測(cè)算結(jié)果表

表3 中數(shù)據(jù)說明:

1)礦井總進(jìn)風(fēng)量由改造前7 400 m3/min 增加為7 797 m3/min，增加風(fēng)量397 m3/min.

2)風(fēng)井提升設(shè)備及管道拆除，增設(shè)防爆蓋后，礦井外部漏風(fēng)由原來1 066 m3/min，降減為292 m3/min，減少外部漏風(fēng)774 m3/min，漏風(fēng)率3.43%，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

表4 主扇電器有關(guān)參數(shù)變化情況表

表5 改造前后風(fēng)硐有關(guān)參數(shù)變化情況表

3) 主扇排風(fēng)量由原8 886 m3/min 降為8 515 m3/min，降低371 m3/min.

由表4 可以看出，風(fēng)井風(fēng)硐改造后，礦井負(fù)壓降低了60 Pa，主扇風(fēng)機(jī)電機(jī)功率降低了18 kW，電耗每年可降低15.8 萬kWh，效果良好。

表5 中數(shù)據(jù)說明:

1)改造后風(fēng)硐風(fēng)速由原來的21.5 m/s 降為10.2 m/s，滿足《煤礦安全規(guī)程》不超過15 m/s 的要求，解決了風(fēng)硐風(fēng)速超限問題。

2)改造后風(fēng)硐斷面由原6.9 m2增加為14 m2，擴(kuò)大斷面1 倍以上。

3)風(fēng)硐風(fēng)阻值降為0.001 Ns2/m8，風(fēng)硐阻力由原102 Pa 降為70 Pa，降低32 Pa.

4 結(jié) 論

通過對(duì)高莊煤礦礦井風(fēng)硐的優(yōu)化改造，成功解決了礦井總進(jìn)風(fēng)量不足，外部漏風(fēng)嚴(yán)重以及風(fēng)硐風(fēng)速超限、風(fēng)硐風(fēng)阻過大等問題，提高了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保障了煤礦的安全生產(chǎn)。

［1］ 周 剛，程衛(wèi)民，田傳強(qiáng)，等.礦井通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)源辨識(shí)、評(píng)價(jià)與控制［J］.山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33(6):51－57.

［2］ 龐大芳，高東旭，李緒萍.礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造研究［J］.煤炭技術(shù)，2008，27(10):73－75.

［3］ 李海波.礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及可靠性評(píng)價(jià)［J］.煤炭技術(shù)，2008，27(6):112－113.

［4］ 王 昊，郭 杰，聶 文，等.興隆莊煤礦東風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)改造優(yōu)化［J］.煤炭技術(shù)，2014，33(11):298－299.

［5］ 周 剛，郭 杰.礦井多區(qū)域均衡通風(fēng)優(yōu)化方法及應(yīng)用［J］.煤，2014(12):20－23.