劉 璽

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

礦井通風是煤礦生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，通風系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響著生產(chǎn)的安全進行及其經(jīng)濟效益、安全效益[1]。由于通風管理的復雜性以及初期設計的局限性導致礦井生產(chǎn)過程中，特別是在新舊水平接替過程中，往往容易出現(xiàn)通風系統(tǒng)復雜，通風阻力過大，系統(tǒng)的抗災害能力明顯不足等問題[2-3]，因此為保證礦井的安全運行，必須適時對礦井的通風系統(tǒng)進行優(yōu)化。

1 通風系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

1.1 工作思路

陜西黃陵二號煤礦礦井通風距離長，目前1#回風井的通風距離長約15 000 m，風機負壓2 120 Pa。正在開拓的北一盤區(qū)形成獨立的通風系統(tǒng)后，全礦井需風量295.0 m3/s，僅靠1#回風井，不能負擔全礦井的通風任務，需建立2#回風井系統(tǒng)。二號煤礦被鑒定為高瓦斯礦井，瓦斯安全管理面臨著很大的壓力；隨著礦井規(guī)模的擴大，煤層自然發(fā)火的影響將變得更為復雜和嚴重，良好的通風系統(tǒng)設計和長遠措施安排構成了重要的防瓦斯和防滅火安全管理的基礎。因此，對二號煤礦的通風安全，展開系統(tǒng)的、安全分析為主的模擬計算，分析礦井通風安全狀況，揭示礦井通風安全的薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化通風系統(tǒng)，對于提高礦井的通風安全管理水平，保障生產(chǎn)十分必要。

1.2 現(xiàn)狀分析

礦井的通風系統(tǒng)為中央并列與中央分列混合抽出式。礦井進風井有4條，即主斜井、副一斜井、副二斜井和1#進風斜井。主斜井進風量932 m3/min，副一斜井進風量4 502 m3/min，副二斜井進風量4 220 m3/min，1#進風斜井進風量1 478 m3/min?；仫L井筒一條，1#回風斜井安裝2臺BD-Ⅱ-8-№28型主扇互為備用，電機型號為YBF630-8，額定功率為2×500 kW，葉片安裝角度為0°。主扇排風量11 304 m3/min，負壓為2 119 Pa。

礦井通風阻力測定及計算，中央膠帶大巷摩擦阻力系數(shù)取0.05，副二斜井、副一斜井、2#輔運大巷、中央回風大巷等巷道的摩擦阻力系數(shù)均取0.006。1#、2#回風斜井的風機性能曲線分別如圖1所示。

a-1#回風斜井；b-2#回風斜井圖1 風機性能曲線圖

以礦井2011年3月下旬通風系統(tǒng)圖為基礎，對全礦井進行網(wǎng)絡解算，模擬計算結果，風機排風量199 m3/s，與1#回風斜井主要通風機實際排風量相差199-188=11 m3/s；負壓2 037 Pa。與風機房水柱計顯示的礦井總阻力2 119 Pa相差2 119-2 037=82 Pa，誤差均不超過10%，在合理誤差范圍之內(nèi)。

因此，現(xiàn)狀模擬結果的各風井總阻力、用風點風量分配情況均與實際測量吻合，從而得知當前通風系統(tǒng)面臨的問題是礦井風量不足，也表明本次模擬計算所取定的參數(shù)適用于陜西黃陵二號煤礦通風系統(tǒng)。

1.3 進、回風斜井特征

2#進、回風斜井位于FX32號鉆孔附近的北溝內(nèi)，距該礦井工業(yè)場地直線距約5.0 km左右。2#進風斜井井口位于北溝風井工業(yè)場地內(nèi)，井口坐標：X=3 956 109，Y=36 583 357。井口標高+1 086.0 m，井底標高+785.0 m，傾角22°，斜長804 m，井筒凈寬5.5 m，凈斷面積20.1 m2，設臺階和扶手。表土段采用混凝土砌碹支護，掘進斷面積26.3 m2，進入穩(wěn)定基巖后采用錨噴支護，掘進斷面積22.6 m2。井筒內(nèi)裝備4 t箕斗提升矸石用，同時井筒內(nèi)鋪設有排水、消防灑水管路和通信、井下照明及動力電纜。主要承擔井下進風任務，兼做安全出口。2#回風斜井井口位于北溝風井工業(yè)場地內(nèi)，井口坐標：X=3 956 068，Y=36 583 357。井口標高+1 085.75 m，井底標高+785.0 m，傾角22°，斜長804 m，井筒凈寬5.4 m，凈斷面積20.1 m2，設臺階和扶手。表土段采用混凝土砌碹支護，掘進斷面積25.6 m2，進入穩(wěn)定基巖后采用錨噴支護，掘進斷面積22.1 m2。井筒內(nèi)鋪設有瓦斯抽放管路，以及臺階和扶手，主要承擔井下回風任務，兼做安全出口。

2 雙風機聯(lián)合運轉時的優(yōu)化方案

當前狀態(tài)下，二盤區(qū)處于開拓大巷階段，用風點主要為掘進工作面，掘進工作面按3個考慮，每個掘進工作面需風量取600 m3/min，共1 800 m3/min。

2.1 北一回風大巷小斷面貫通

風機工況：北一回風大巷小斷面為矩形，寬5 m，高2.8 m，斷面積14 m2；小斷面巷道長度1 800 m；北一回風大巷小斷面貫通后，礦井1#、2#回風井形成分區(qū)對角式通風系統(tǒng)，同時2#進風斜井通過井底聯(lián)巷與2#回風斜井也形成回路安裝調(diào)節(jié)風窗，以防2#回風斜井主要通風機的負壓過高；1#、2#回風井主要通風機工況如圖2所示。

a-1#回風井；b-2#回風井圖2 主要通風機工況圖

模擬計算風量：①中央膠帶巷風速最大處為1#進風井底到2#聯(lián)巷3.7 m/s；1#輔助運輸巷風量7 167 m3/min，中央膠帶巷風量2 247 m3/min，2#輔助運輸巷風量8 302 m3/min；②四盤區(qū)總進風量7 519 m3/min，其中1#輔助運輸巷風量3 368 m3/min，2#輔助運輸巷風量3 289 m3/min，膠帶巷風量862 m3/min；③北一方向總進風量8 910 m3/min，其中北一1#輔運巷過風量5 754 m3/min，北一膠帶巷(此時沒鋪設膠帶)過風量3 156 m3/min；④北一往中央回風大巷方向回風量2 067 m3/min，2#進風斜井所進風量3 944 m3/min直接由井底聯(lián)巷進入2#回風斜井。

負壓：1#回風井排風量195 m3/s，負壓2 277 Pa；相比現(xiàn)狀，風量減少4 m3/s，負壓增加240 Pa；2#回風井排風量182 m3/s，負壓2 496 Pa。北一回風大巷小斷面貫通，2#回風斜井主要通風機運行后，各用風點的過風量不會減少。2#進風斜井底與北一回風大巷之間的聯(lián)絡巷的過風量為2 100 m3/min時，2#回風斜井的負壓為2 945 Pa，所以要控制該聯(lián)絡巷的過風量不少于2 100 m3/min，以防止2#回風斜井主要通風機負壓過高。中央膠帶巷最大風速3.7 m/s，接近規(guī)程規(guī)定4 m/s，可在中央膠巷增加一控風設施，以保證膠帶巷風速要求。

2.2 北一回風大巷按設計斷面貫通

在以上基礎上，北一回風大巷的1 800 m小斷面巷道擴為設計斷面19.12 m2，二盤區(qū)處于開拓大巷階段，用風點主要為掘進工作面，掘進工作面按2個考慮，每個掘進工作面需風量取600 m3/min，共1 200 m3/min。四盤區(qū)仍與現(xiàn)狀一致，8 700 m3/min的風量可滿足生產(chǎn)要求。各用風點的風量是否滿足生產(chǎn)要求。1#、2#回風井主要通風機工況分別如圖3所示，井下風量分配情況見表1。

a-1#回風井；b-2#回風井圖3 主要通風機工況圖

類型供風地點實測風量/(m3·min-1)北一回風大巷小斷面貫通計算風量/(m3·min-1)北一回風大巷按設計斷面貫通計算風量/(m3·min-1)北一1#輔運大巷貫通計算風量/(m3·min-1)1#副斜井6 8044 5027 0384 5022#副斜井6 9184 2207 1524 220進風井主斜井1 8069321 8729321#進風斜井2 9761 4783 0841 4782#進風斜井3 9483 654采煤111工作面1 5421 4281 5481 428405工作面21181 8032 1181 803北一膠帶巷3 0906023 306602北一膠帶巷里424424北一輔運2 3763722 610掘進工作面北一回風208膠帶巷2 0281 9432 0281 943208輔運巷407膠帶巷2 01001 8322 0101 832407輔運巷炸藥庫180182180182硐室11聯(lián)巷候車室90929092四盤區(qū)瓦斯泵房240236240236407瓦斯泵房180180180180

模擬計算風量：①中央膠帶巷風速最大處為1#進風井底到2#聯(lián)巷3.8 m/s。1#輔助運輸巷風量7 516 m3/min，中央膠帶巷風量2 426 m3/min，2#輔助運輸巷風量8 960 m3/min；②四盤區(qū)總進風量7 525 m3/min，其中1#輔助運輸巷風量3 411 m3/min，2#輔助運輸巷風量3 260 m3/min，膠帶巷風量854 m3/min；③北一方向總進風量9 613 m3/min，其中北一1#輔運巷過風量6 208 m3/min，北一膠帶大巷(此時沒鋪設膠帶)過風量3 405 m3/min；④北一往中央回風大巷方向回風量1 990 m3/min，2#進風斜井所進風量3 654 m3/min直接由井底聯(lián)巷進入2#回風斜井。各主要用風點的風量能夠滿足生產(chǎn)要求。

負壓：1#回風井排風量194 m3/s，負壓2 334 Pa，相比現(xiàn)狀，風量減少5 m3/s，負壓增加297 Pa；相比北一回風1 800 m長小斷面貫通時風量減少1 m3/s，負壓增加57 Pa；2#回風井排風量189 m3/s，負壓2 208 Pa；相比北一回風巷小斷面貫通時風量增加7 m3/s，負壓降低288 Pa。中央膠帶巷最大風速3.8 m/s，接近規(guī)程規(guī)定4 m/s，可在中央膠巷增加一控風設施，以保證膠帶巷風速要求。

2.3 北一1#輔運大巷貫通

在以上基礎上，貫通北一輔運大巷，巷道斷面積21 m2。2#進風斜井底與北一回風巷之間的調(diào)節(jié)風窗增大控制，北一回風巷與中央回風巷連接處打兩道密閉墻，北一1#輔運巷與北一回風巷之間的1#橫川的風門改為調(diào)節(jié)風門。北一1#輔運大巷形成進風角聯(lián)，是否存在微風巷道及微風巷道的處理辦法。1#、2#回風井主要通風機工況分別如圖4所示，井下風量分配情況見表1。

a-1#回風井；b-2#回風井圖4 主要通風機工況圖

模擬計算風量：①中央膠帶大巷風速最大處1#進風井底到2#聯(lián)巷2.9 m/s。1#輔助運輸巷風量5 832 m3/min，中央膠帶巷風量1 875 m3/min，2#輔助運輸巷風量6 927 m3/min；②四盤區(qū)總進風量9 167 m3/min，其中1#輔助運輸巷風量3 793 m3/min，2#輔助運輸巷風量4 255 m3/min，膠帶巷風量1 119 m3/min；③北一方向總進風量10 330 m3/min，其中北一1#輔運巷過風量1 668 m3/min，北一膠帶巷(此時沒鋪設膠帶)過風量1 680 m3/min；④2#進風斜井往北一過風量6 982 m3/min，1 087 m3/min直接由井底聯(lián)巷進入2#回風斜井。

H負壓：1#回風井排風量195 m3/s，負壓2 301 Pa。相比現(xiàn)狀，風量減少4 m3/s，負壓增加264 Pa；相比北一1#輔運貫通前基本無變化(北一回風大巷與中央回風大巷隔離)。2#回風井排風量191 m3/s，負壓2 125 Pa；相比北一輔運貫通前風量增加2 m3/s，負壓降低83 Pa；北一1#輔運存在進風角聯(lián)情況，風流混合點在8號聯(lián)絡巷處。從2#輔運大巷進風量908 m3/min，從2#進風斜井方向進風量466 m3/min，巷道風速0.4 m/s，在規(guī)程規(guī)定范圍之內(nèi)。

3 結論

(1)北一回風大巷小斷面1 800 m長度貫通時，為防止2#回風斜井主要通風機負壓過高，在北二回風斜井底與北一回風大巷打一聯(lián)絡巷，并控制過風量不少于2 100 m3/min。此時2#回風斜井主要通風風機排風量10 904 m3/min，風壓2 496 Pa，各掘進工作面風量足夠，風機運行穩(wěn)定。

(2)為提高1#、2#回風井通風系統(tǒng)的獨立性，在北一1#輔運大巷貫通后，在北一回風大巷與中央回風大巷連接處增加兩道密閉墻隔離回風系統(tǒng)。1#聯(lián)絡巷上的風門改為調(diào)節(jié)風門，過風量供北一回風大巷巷道用風，控制過風量不能少于250 m3/min以保證巷道最低風速要求?；仫L系統(tǒng)隔離后，不僅四盤區(qū)方向的過風量增加，且兩回風系統(tǒng)互相不影響，提高了通風系統(tǒng)穩(wěn)定性。

(3)北一回風大巷按設計斷面貫通而北一1#輔運大巷還處于開拓階段時，各進風井的進風量增加最多。1#副斜井的進風量7 038 m3/min，2#副斜井的進風量7 152 m3/min，主斜井的進風量1 872 m3/min，1#進風斜井的進風量3 084 m3/min。北一1#輔運大巷貫通，雙風機聯(lián)合運轉后，1#副斜井的進風量5 472 m3/min，2#副斜井的進風量5 562 m3/min，主斜井的進風量1 452 m3/min，1#進風斜井的進風量2 394 m3/min。冬季供風時，加熱設施應做適當?shù)恼{(diào)整。

(4)雙風機聯(lián)合運轉后，1#回風斜井主要通風機的排風量11 432 m3/min，風壓2 516 Pa，風機負壓應引起重視。在北一回風巷貫通時，四盤區(qū)總進風量比現(xiàn)狀增加180 m3/min，在北一1#輔運巷貫通時，四盤區(qū)總進風量比現(xiàn)狀增加1 830 m3/min，在北一盤區(qū)正常生產(chǎn)時，四盤區(qū)總進風量比現(xiàn)狀增加3 200 m3/min，滿足礦井生產(chǎn)的風量需求。