趙石豪

（山西焦煤集團西山煤電西曲礦，山西 古交 030200）

余吾礦年產(chǎn)原煤600萬t，立井開拓，現(xiàn)主采3號煤層，共劃分為6個采區(qū)，南北兩翼同時開采，整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)采用分區(qū)對角抽出式，現(xiàn)設(shè)有西、南、北三個風(fēng)井回風(fēng)，北風(fēng)井風(fēng)機服務(wù)于北風(fēng)井東、西翼的北一、北二采區(qū)；西風(fēng)井風(fēng)機主要服務(wù)于南一、南二采區(qū)、北翼輔助運輸大巷、北翼膠帶運輸大巷；南風(fēng)井風(fēng)機剛投入使用不久，目前只服務(wù)南風(fēng)井井底車場及南五采區(qū)掘進工作面。隨著礦井的開拓延伸，供風(fēng)不足與生產(chǎn)需要之間的矛盾愈加凸顯。

因此，本文基于Ventsim仿真軟件，對該礦復(fù)雜通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造工程進行研究分析，以期為其他礦井提供參考。

1 礦井通風(fēng)優(yōu)化流程

礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造是在對原有通風(fēng)系統(tǒng)進行調(diào)查監(jiān)測、評價分析的基礎(chǔ)上，找出礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題和原因，針對存在的問題提出優(yōu)化改造技術(shù)方案，并對方案的可行性和有效性進行評估，再次優(yōu)化，進而確定最佳優(yōu)化措施[1-2]，通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造技術(shù)路線流程見圖1。

圖1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造流程

2 通風(fēng)系統(tǒng)仿真模擬

將礦井開拓布置、通風(fēng)系統(tǒng)平面圖等CAD圖紙導(dǎo)入Ventsim軟件中轉(zhuǎn)化為實體巷道3，如圖2所示[3]。將前期調(diào)研、測算到的各巷道的斷面尺寸、風(fēng)量、風(fēng)阻、摩擦阻力系數(shù)等風(fēng)網(wǎng)參數(shù)賦值給三維通風(fēng)系統(tǒng)模型中相應(yīng)的巷道（見圖3），并對整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行風(fēng)網(wǎng)解算，得到的礦井主要通風(fēng)機及各主要巷道模擬解算風(fēng)量與實測值的相對誤差均小于5%，滿足風(fēng)網(wǎng)解算誤差允許范圍的要求，說明實測的各項風(fēng)網(wǎng)參數(shù)真實可靠，可用于通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的模擬分析[4]。

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)模型

圖3 風(fēng)網(wǎng)參數(shù)賦值

通過對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)研和阻力測定結(jié)果進行評價，得知該通風(fēng)系統(tǒng)主要存在以下不足之處：

（1）由于早期開采時巷道支護不當(dāng)，造成部分巷道垮塌嚴(yán)重，巷道風(fēng)阻值變大；作業(yè)地點變化頻繁，采掘工作面和其他主要用風(fēng)點風(fēng)量需求大，供風(fēng)路線長，通風(fēng)阻力過大，尤其是北風(fēng)井，進風(fēng)段的巷道百米通風(fēng)阻力分別是進風(fēng)段、用風(fēng)段的兩倍以上，通風(fēng)阻力分布不合理。

（2）該礦所在地區(qū)晝夜溫差大，進、回風(fēng)井標(biāo)高相差也大，自然風(fēng)壓變化明顯，易導(dǎo)致南風(fēng)井主、副井反風(fēng)，造成風(fēng)流紊亂。

（3）井下采掘作業(yè)面分散，供風(fēng)路線復(fù)雜，風(fēng)量分配不合理，供需不協(xié)調(diào)，風(fēng)質(zhì)合格率低，且通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置不夠合理，影響整個通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量供需調(diào)節(jié)。

（4）西風(fēng)井風(fēng)機和北風(fēng)井風(fēng)機的運行風(fēng)壓均已接近最大運行負(fù)載，難以進一步提升風(fēng)量供應(yīng)。當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)雖能勉強滿足礦井生產(chǎn)的風(fēng)量需求，但隨著南二采區(qū)二期擴能工程的推進，必然會削減南一采區(qū)供風(fēng)量，一旦南一采區(qū)S1310備用工作面投入生產(chǎn)，其需風(fēng)量至少增加53m3/s，若不進行風(fēng)網(wǎng)優(yōu)化改造，將出現(xiàn)風(fēng)量供應(yīng)不足的困境，埋下瓦斯超限、環(huán)境溫度過高等安全隱患。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造

3.1 優(yōu)化方案

針對上述不足，提出以下幾方面的優(yōu)化改造措施：

（1）對垮塌變形的巷道斷面進行擴刷、加固，采用錨網(wǎng)噴支護替代原有的工字鋼棚支護，既提高了巷道的支護強度，也減少了風(fēng)流摩擦阻力；將巷道突變、拐彎、分風(fēng)及匯合處修整成圓弧形，降低局部通風(fēng)阻力。

（2）調(diào)整局部通風(fēng)系統(tǒng)，優(yōu)化、調(diào)節(jié)通風(fēng)構(gòu)筑物，對北翼已采完區(qū)域廢棄的巷道進行永久密封，縮短通風(fēng)線路，減少無效風(fēng)量損耗。

（3）在輔運下山115m處、進風(fēng)下山243m處、膠帶下山275m處的聯(lián)絡(luò)巷、1#總回大巷與膠帶下山交叉點位置分別設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)窗，且面積均不超過1m2，縮小南五采區(qū)現(xiàn)有的調(diào)節(jié)風(fēng)窗面積；清理瓦排回風(fēng)聯(lián)巷南側(cè)1#回風(fēng)大巷內(nèi)堆積的材料，并對1#回風(fēng)大巷進行修整降阻，如圖4所示。

（4）將南風(fēng)井風(fēng)機葉片角度調(diào)整至-16°，轉(zhuǎn)速增加至為600 r/min，并將西風(fēng)井風(fēng)機葉片角由45°降至34°，緩解西風(fēng)井的運行負(fù)荷，并對進風(fēng)立井回風(fēng)巷設(shè)置風(fēng)門或調(diào)節(jié)風(fēng)窗，保障S1310工作面的供風(fēng)需求。

圖4 風(fēng)窗、風(fēng)門設(shè)置調(diào)整

為檢驗通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的有效性，利用Ventsim仿真軟件對優(yōu)化改造前、后的通風(fēng)系統(tǒng)進行模擬解算，結(jié)果如表1、表2所示。

從表1中看出，通風(fēng)系統(tǒng)改造對北風(fēng)井幾乎無影響，西風(fēng)井風(fēng)機供風(fēng)量減小了62.32m3/s，風(fēng)壓減小了363.1Pa，運行負(fù)荷得到有效緩解；而南風(fēng)井風(fēng)機改造后的供風(fēng)量較改造前增加了119.15m3/s，風(fēng)壓增加了1277Pa，有效解決了S1310工作面供風(fēng)不足的問題。

由表2可知，改造后的通風(fēng)系統(tǒng)較改造前，總通風(fēng)量增加了56.83m3/s，井下巷道局部通風(fēng)機數(shù)量增加了3個，總的供風(fēng)功率由326.8kW增加至383.5kW，供風(fēng)效率增加了6%，整個通風(fēng)系統(tǒng)阻力有所減小，說明優(yōu)化改造方案是行之有效的。

表1 改造前、后主要通風(fēng)機模擬運行工況對比

3.2 優(yōu)化效果檢測

該礦經(jīng)過幾個月的技術(shù)改造，逐項落實了優(yōu)化方案，形成了新的通風(fēng)系統(tǒng)，新舊通風(fēng)系統(tǒng)的主要指標(biāo)如表3所示。數(shù)據(jù)對比表明，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)有效解決了原系統(tǒng)存在的主要問題，局部用風(fēng)點供風(fēng)不足、風(fēng)量分配不合理的局面得到明顯改善，通風(fēng)系統(tǒng)的有效風(fēng)量率、風(fēng)量合格率、風(fēng)質(zhì)合格率得到顯著提高，確保了整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

表2 改造前、后礦井風(fēng)網(wǎng)解算對比

表3 通風(fēng)系統(tǒng)改造前、后評價指標(biāo)對比

4 結(jié)語

（1）通過對該礦井原通風(fēng)系統(tǒng)進行分析，掌握了礦井通風(fēng)系統(tǒng)運行狀況，找出了存在的問題與不足之處。

（2）優(yōu)化改造方案的實施，切實有效地解決了風(fēng)量供應(yīng)不足、阻力過大等通風(fēng)難題，確保了S1310工作面按時順利投入生產(chǎn)，保障了后續(xù)的開拓部署穩(wěn)定推進。

（3）大型礦井復(fù)雜通風(fēng)系統(tǒng)的工況是持續(xù)變化的，在生產(chǎn)實際中，要定期對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行通風(fēng)阻力測定和風(fēng)網(wǎng)解算，形成問題分析和優(yōu)化改造并存的長效機制，不斷提升礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為安全生產(chǎn)提供可靠保障。