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。
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
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。
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
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
(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。