劉飛飛

（山西焦煤西山煤電官地礦， 山西 太原 030024）

引言

對于礦井而言，前期設(shè)計的通風(fēng)能力往往無法充分滿足后期巷道不斷推進(jìn)、鄰近工作面關(guān)閉導(dǎo)致通風(fēng)狀態(tài)發(fā)生變化使對應(yīng)通風(fēng)需求變化的問題。因此，在實際生產(chǎn)中應(yīng)時刻對現(xiàn)場通風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并對應(yīng)地提出改進(jìn)措施[1]。本文主要以涼水井煤礦為例開展研究，針對其巷道布置的變化所導(dǎo)致的通風(fēng)阻力分配不合理、漏風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重以及風(fēng)量不足的問題對其通風(fēng)方案進(jìn)行優(yōu)化改造，以保證整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 涼水井煤礦工程概況

目前涼水井煤礦可供開采的煤層共包括有6個，本文以4 號煤層為例展開研究。4 號煤層所屬工作面的煤炭屬于高熱值煤、化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)且穩(wěn)定性高。目前，涼水井煤礦采用“兩進(jìn)一回”中央并列式抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，所配置的通風(fēng)機(jī)臺數(shù)為兩臺，采用一用一備的工作原則。

經(jīng)測定可知：該礦井的所需的總的進(jìn)風(fēng)量為138.1 m3/s，進(jìn)風(fēng)井包括有主斜井和副斜井；其中，主斜井的進(jìn)風(fēng)量為43.1 m3/s，副斜井的進(jìn)風(fēng)量為96.8m3/s。涼水井煤礦總的回風(fēng)量為138.9m3/s。

1.1 工程通風(fēng)現(xiàn)狀整體分析

為后期對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供扎實的基礎(chǔ)，本工程采用氣壓計基點測定法對礦井的通風(fēng)阻力測定，重點對涼水井礦井巷道的總通風(fēng)阻力和相關(guān)風(fēng)阻參數(shù)進(jìn)行測定。鑒于礦井的通風(fēng)線路較多，本著充分反應(yīng)礦井通風(fēng)問題的原則，本工程選擇通風(fēng)路線最長、風(fēng)阻最大的風(fēng)阻參數(shù)進(jìn)行測量[2]。涼水井煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的阻力分布測量結(jié)果如表1 所示。

表1 中涼水井煤礦的通風(fēng)阻力主要分布在回風(fēng)段，整個礦井不同區(qū)域的阻力分布比例為：進(jìn)風(fēng)段∶用風(fēng)段∶回風(fēng)段=2∶1∶4，與正常的3∶3∶4 相差較大。導(dǎo)致上述的主要原因為礦井回風(fēng)巷道的風(fēng)量較大，以及回風(fēng)巷道內(nèi)敷設(shè)的排水管道增大通風(fēng)阻力。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)阻力分布

目前，涼水井煤礦所配置的通風(fēng)機(jī)具體型號為BDK-8-NO24，該通風(fēng)機(jī)的額定功率為250 kW，最小全壓為1244 Pa，最大全壓為3480 Pa。經(jīng)現(xiàn)場測定通風(fēng)機(jī)的工況點結(jié)果如圖1 所示。

圖1 礦井通風(fēng)機(jī)工況點測定結(jié)果

如圖1 所示，涼水井煤礦通風(fēng)機(jī)大部分工作狀態(tài)處于大風(fēng)量、低負(fù)壓的工作區(qū)域；而且，通風(fēng)機(jī)的工作效率僅為70%，并未完全發(fā)揮其通風(fēng)能力[3]。

1.2 工程通風(fēng)現(xiàn)狀具體分析

在上述對通風(fēng)現(xiàn)狀整體分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合涼水井煤礦的生產(chǎn)任務(wù)和計劃對其通風(fēng)現(xiàn)狀進(jìn)行具體分析。根據(jù)煤礦通風(fēng)能力核定標(biāo)準(zhǔn)和礦井相關(guān)資料，需風(fēng)量計算結(jié)果如下：

1）采煤工作面需風(fēng)量：根據(jù)涼水井煤礦4 號煤層工作面的氣象條件，確定其需風(fēng)量為41 m3/s；根據(jù)工作面溫度情況確定最佳的通風(fēng)速度所確定的需風(fēng)量為33 m3/s；結(jié)合工作面每位工作人員的實際需風(fēng)量，確定工作面的整體需風(fēng)量為40.58 m3/s。綜上，綜采工作面的整體需風(fēng)量為41 m3/s。

2）備用工作面需風(fēng)量：備用工作面為42110 工作面，該工作面的需風(fēng)量按照相鄰綜采工作面通風(fēng)量的1/2 計算。則備用工作面的需風(fēng)量為10.47 m3/s。

3）掘進(jìn)工作面需風(fēng)量：目前，煤礦共包含有六個掘進(jìn)工作面，總的需風(fēng)量為63.6041 m3/s。

綜上，考慮井下硐室、稀釋膠輪車尾氣等位置的需風(fēng)量，確定涼水井煤礦總需風(fēng)量可達(dá)183.85 m3/s。

目前，礦井所配置通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量僅為138.1 m3/s，與實際需風(fēng)量差距較大。同時，根據(jù)煤礦的整體生產(chǎn)進(jìn)度安排，在現(xiàn)場規(guī)劃一個2 號風(fēng)井，若未在擴(kuò)建的2 號風(fēng)井中安裝通風(fēng)機(jī)，會導(dǎo)致開采工作面風(fēng)量進(jìn)一步減小。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案的改進(jìn)設(shè)計及評估

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案的改進(jìn)設(shè)計

經(jīng)上述綜合分析可知，2 號風(fēng)井建設(shè)完成投入使用之后，雖然可以滿足礦井的整體生產(chǎn)任務(wù)，但是礦井的通風(fēng)管理難度增加，導(dǎo)致巷道內(nèi)的風(fēng)流變化存在不穩(wěn)定的因素。因此，急需對工作面通風(fēng)區(qū)域進(jìn)行合理劃分實現(xiàn)對通風(fēng)方案的優(yōu)化，最終充分發(fā)揮通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)能力。具體以4 號煤層工作面為例分析。

4 號煤層所屬工作面的總的需風(fēng)量為78.33 m3/s，考慮到2 號風(fēng)井的擴(kuò)建和后期的投入使用后會導(dǎo)致4 號煤層工作面的風(fēng)量不足，主要原因為2 號風(fēng)井的投入導(dǎo)致相鄰工作面風(fēng)量分配不均勻所導(dǎo)致。因此，對巷道作出如下優(yōu)化布置：4 號煤層工作面前部布置2 號回風(fēng)聯(lián)巷，并在其相鄰的膠帶硐室對面重新布置煤炭的運輸斜巷；同時，在工作面的回風(fēng)大巷附近增加一個回風(fēng)聯(lián)巷。

在上述巷道優(yōu)化布置的基礎(chǔ)上，采用雙風(fēng)機(jī)分區(qū)的通風(fēng)方案，即采用通風(fēng)斜井對盤區(qū)進(jìn)行供風(fēng)；采用新擴(kuò)建的2 號風(fēng)井為綜采工作面供風(fēng)。

2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案的評估

為了驗證上述通風(fēng)方案的改進(jìn)效果，主要對礦井的通風(fēng)阻力參數(shù)進(jìn)行測定。與上述相同，同樣選擇通風(fēng)路線長、風(fēng)阻較大的路線的通風(fēng)阻力參數(shù)進(jìn)行測定。針對4 號煤層工作面通風(fēng)方案優(yōu)化后選取的測定路線如下：副斜井—輔助運輸大巷—輔助運輸巷—進(jìn)風(fēng)巷—回風(fēng)巷—回風(fēng)大巷—斜風(fēng)井巷—引風(fēng)硐—地面通風(fēng)機(jī)房。優(yōu)化后礦井通風(fēng)阻力參數(shù)測定結(jié)果如表2 所示。

表2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后的阻力參數(shù)測定結(jié)果

如表2 所示，對4 號煤層所屬工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，整個工作面的礦井通風(fēng)阻力比例接近3∶3∶4，即說明采用雙風(fēng)機(jī)聯(lián)合運輸并對礦井巷道進(jìn)行優(yōu)化布置后工作面的通風(fēng)自理逐漸合理，能夠有效提升礦井通風(fēng)的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

一直以來，通風(fēng)系統(tǒng)為綜采工作面凈化空氣、降低粉塵濃度的主要分系統(tǒng)，其是保障工作面安全生產(chǎn)的主要基礎(chǔ)。由于隨著礦井不斷推進(jìn)開采，存在舊巷道的關(guān)閉、新巷道的開采導(dǎo)致工作面通風(fēng)狀態(tài)發(fā)生變化，繼而需對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通過對涼水井煤礦4 號煤層工作面通風(fēng)現(xiàn)狀為例展開分析，在對該工作面巷道進(jìn)行重新優(yōu)化布置的基礎(chǔ)上，采用雙風(fēng)機(jī)聯(lián)合通風(fēng)對整個通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)評估發(fā)現(xiàn)：通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)后整個工作面的通風(fēng)阻力比例接近3∶3∶4。