李 陽(yáng)

（霍州煤電集團(tuán)河津薛虎溝煤業(yè)有限公司，山西 河津 043302）

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是保障礦井安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)將新鮮空氣輸入礦井下，增加氧氣濃度，以稀釋并排除礦井中有毒、有害氣體和粉塵。礦井通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造是一項(xiàng)動(dòng)態(tài)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造時(shí)往往需要進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算，使之滿足風(fēng)量、風(fēng)壓平衡定律。依靠傳統(tǒng)手工解算難以完成解算任務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，由澳大利亞Chasm公司開(kāi)發(fā)的礦井通風(fēng)模擬軟件Ventsim實(shí)現(xiàn)了礦井三維通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算、風(fēng)流動(dòng)態(tài)模擬和優(yōu)化，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造提供技術(shù)支持[1]。

1 礦井概況及通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1.1 礦井概況

薛虎溝礦位于河?xùn)|煤田鄉(xiāng)寧礦區(qū)王家?guī)X村南3.1km，隸屬霍州煤電集團(tuán)晉南煤業(yè)。井田面積約53.6km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.80Mt/a，核定生產(chǎn)能力0.90Mt/a，采用斜井開(kāi)拓，礦井生產(chǎn)水平劃分為+1290m、+1150m和+910m三個(gè)水平，目前主要開(kāi)采+1350m水平。由于該礦井為煤與瓦斯突出礦井，設(shè)計(jì)建造的通風(fēng)系統(tǒng)為兩翼對(duì)角式，采用機(jī)械抽出的通風(fēng)方式。為了使通風(fēng)系統(tǒng)滿足煤與瓦斯突出礦井的需求，薛虎溝礦對(duì)采區(qū)巷道功能優(yōu)化改造或新開(kāi)掘巷道，提升了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造[2]。

礦井現(xiàn)有主井、副井和中央風(fēng)井三個(gè)進(jìn)風(fēng)井，礦井總進(jìn)風(fēng)量為16365m3/min；

有北翼和南翼兩個(gè)回風(fēng)斜井，北翼回風(fēng)井回風(fēng)量為7306m3/min，南翼回風(fēng)井回風(fēng)量為8205m3/min，礦井的總有效回風(fēng)量為15511m3/min；其中北翼回風(fēng)井負(fù)壓2300Pa，南翼回風(fēng)井負(fù)壓2600Pa，礦井風(fēng)井平均通風(fēng)等積孔為5.3m2。薛虎溝礦通風(fēng)系統(tǒng)未改造時(shí)見(jiàn)圖1。

圖1 薛虎溝礦通風(fēng)系統(tǒng)未改造圖

1.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在問(wèn)題

經(jīng)過(guò)礦井實(shí)際調(diào)查觀測(cè)與分析，薛虎溝礦通風(fēng)系統(tǒng)存在以下幾方面問(wèn)題：

（1）礦井現(xiàn)有通風(fēng)線路過(guò)長(zhǎng)達(dá)8350m，導(dǎo)致礦井總阻力偏大，巷道拐彎多增加了采區(qū)的通風(fēng)阻力，由于兩翼回風(fēng)斜井負(fù)壓平均值達(dá)2300Pa，通風(fēng)負(fù)壓超標(biāo)，通風(fēng)機(jī)通常在高負(fù)壓環(huán)境下運(yùn)行。

（2）礦井采掘工作面多，系統(tǒng)復(fù)雜。特別是南翼煤層露頭剝挖，嚴(yán)重漏風(fēng)，淺部煤層有自然發(fā)火傾向，對(duì)通風(fēng)造成嚴(yán)重的安全隱患。經(jīng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，西翼軌道大巷及回風(fēng)大巷巷道斷面并不是最優(yōu)斷面，實(shí)際有效斷面偏小。

（3）礦井北風(fēng)井現(xiàn)有的一臺(tái)對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)故障頻出，運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)實(shí)地測(cè)定，有效回風(fēng)量為93.5m3/s，年產(chǎn)萬(wàn)噸耗風(fēng)量?jī)H為3.96m3/s，達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

2.1 技改方案

薛虎溝礦作為煤與瓦斯突出礦井，通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造時(shí)應(yīng)秉持安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則?？s短通風(fēng)流程，擴(kuò)大通風(fēng)斷面，減少通風(fēng)阻力，增大通風(fēng)能力，提高抗災(zāi)能力，對(duì)薛虎溝礦現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，改造內(nèi)容包括：

（1）對(duì)礦井部分通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行技改，封閉廢舊無(wú)用巷道，各采區(qū)設(shè)置獨(dú)立的專用回風(fēng)巷道，實(shí)現(xiàn)各采掘工作面獨(dú)立通風(fēng)。

（2）對(duì)三水平進(jìn)行延伸，將原有的+1280m運(yùn)輸大巷主要承擔(dān)兩翼回風(fēng)作用；在北翼兩個(gè)采區(qū)間增加一條上回風(fēng)巷道，形成獨(dú)立通風(fēng)。

（3）由于礦井負(fù)壓超標(biāo)，為解決通風(fēng)機(jī)在高負(fù)壓環(huán)境下運(yùn)行負(fù)荷大的問(wèn)題，礦井南翼回風(fēng)井可擴(kuò)大通風(fēng)斷面來(lái)降低阻力；鑒于北翼風(fēng)井井筒有漏風(fēng)現(xiàn)象，應(yīng)新設(shè)置一條回風(fēng)井，達(dá)到通風(fēng)要求。通過(guò)總結(jié)可得出，薛虎溝礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造的關(guān)鍵是對(duì)北翼回風(fēng)井的區(qū)位選擇[3]。結(jié)合礦井實(shí)際情況，設(shè)計(jì)并提出兩個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案：

方案一：充分利用現(xiàn)有北翼回風(fēng)井場(chǎng)地設(shè)置新的北翼回風(fēng)立井方案，井口標(biāo)高+1568m，落平標(biāo)高+1280m。并與+1280m集中回風(fēng)大巷通過(guò)回風(fēng)石門連接。方案一的系統(tǒng)優(yōu)化改造圖見(jiàn)圖2。

圖2 方案一礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造圖

方案二：利用礦井北翼空地沿煤系地層底板在北翼采區(qū)間的上回風(fēng)巷道設(shè)置新的北翼回風(fēng)斜井方案，井口標(biāo)高+1568m，落平標(biāo)高為+910m，地面至+1150m標(biāo)高井筒布置在18#煤層底板；+1150m至+910m標(biāo)高布置在13#煤層底板。并與+1280m集中回風(fēng)大巷通過(guò)回風(fēng)石門相連。方案二的系統(tǒng)優(yōu)化改造圖見(jiàn)圖3。

圖3 方案二礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造圖

2.2 應(yīng)用Ventsim軟件對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬

2.2.1 三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)的構(gòu)建

針對(duì)薛虎溝礦三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)的構(gòu)建可生成兩種：在Ventsim軟件系統(tǒng)的繪區(qū)域利用鼠標(biāo)直接繪制；利用DXF文件保存類型直接轉(zhuǎn)換成通風(fēng)系統(tǒng)仿真圖。薛虎溝礦通風(fēng)系統(tǒng)仿真圖使用AutoCAD制圖軟件進(jìn)行繪制，具體步驟：先將CAD圖形的文件保存類型調(diào)整為DXF文件格式；然后以各水平標(biāo)高新建圖層，再將各圖層分別導(dǎo)入Ventsim三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)中，標(biāo)好各水平的標(biāo)高；為保障各節(jié)點(diǎn)巷道的聯(lián)接需對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綁定；同時(shí)將礦井通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入，如摩擦阻力系數(shù)、電機(jī)功率、巷道斷面積等；最后對(duì)礦井仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬運(yùn)行。

2.2.2 薛虎溝礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案模擬比較

表1 薛虎溝礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案模擬成果比較表

結(jié)合礦井實(shí)際綜合分析比較，方案二為通風(fēng)效果最優(yōu)方案。主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）經(jīng)礦建部門測(cè)算方案二較方案一節(jié)約施工成本295萬(wàn)元，給優(yōu)化改造工程施工帶來(lái)方便，減少人力、物力成本，不影響礦井安全生產(chǎn)；（2）通過(guò)將回風(fēng)斜井與北翼兩個(gè)水平的上回風(fēng)巷聯(lián)合布置，提高礦井通風(fēng)能力；（3）由于井筒位于地層底板，技改不受地表開(kāi)挖和煤層突出的影響；（4）縮短礦井通風(fēng)線路長(zhǎng)度，降低礦井負(fù)壓和通風(fēng)阻力；（5）優(yōu)化改造方案對(duì)主通風(fēng)機(jī)的影響較小，節(jié)約通風(fēng)成本[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)薛虎溝礦瓦斯涌出量大和通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，借助Ventsim三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案進(jìn)行模擬，對(duì)兩種通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案進(jìn)行分析比較，選定最優(yōu)的改造方案。Ventsim系統(tǒng)在礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造設(shè)計(jì)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算及優(yōu)化、除塵降溫、循環(huán)風(fēng)預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)斷面分析、以通風(fēng)仿真為基礎(chǔ)的通風(fēng)決策上提供支持，幫助礦井進(jìn)行科學(xué)的通風(fēng)安全管理，合理節(jié)約通風(fēng)成本。ventsim軟件在實(shí)際應(yīng)用中起到了指導(dǎo)作用，同時(shí)對(duì)礦井中長(zhǎng)期的通風(fēng)有了較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。優(yōu)化改造提升了薛虎溝礦通風(fēng)能力，有效降低了礦井總通風(fēng)阻力，同時(shí)節(jié)約能源，提高經(jīng)濟(jì)效益，提升礦山企業(yè)整體形象。