劉尊杰

摘 要：本文針對(duì)白莊煤礦較高的礦井通風(fēng)阻力和復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)這一制約礦井安全生產(chǎn)和企業(yè)發(fā)展的重大通風(fēng)安全隱患，通過通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算，優(yōu)化礦井通風(fēng)方案設(shè)計(jì)，確定了通風(fēng)系統(tǒng)改造的最佳方案。通過更換風(fēng)機(jī)、擴(kuò)修風(fēng)道、施工并聯(lián)回風(fēng)井、調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)等方法，大幅度降低了通風(fēng)阻力，提高了礦井通風(fēng)能力，滿足了不同時(shí)期礦井通風(fēng)需要，有效地解決了制約礦井安全生產(chǎn)的重大問題。

關(guān)鍵詞：高阻;網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.060

1 礦井基本情況和通風(fēng)現(xiàn)狀

白莊煤礦位于肥城煤田中西部，礦井現(xiàn)有三個(gè)生產(chǎn)水平：-150m水平、-250m水平和-430m水平。礦井通風(fēng)系統(tǒng)為中央分列抽出式，有-150南風(fēng)井和-250北風(fēng)井兩個(gè)風(fēng)井，兩個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立。-150南風(fēng)井設(shè)兩臺(tái)BD-Ⅱ-8NO24型軸流式主通風(fēng)機(jī)，擔(dān)負(fù)-150m水平和-250m水平3900采區(qū)通風(fēng)，總排風(fēng)量為5700m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為2750Pa。-250北風(fēng)井設(shè)兩臺(tái)G4-73-12NO25D型離心式通風(fēng)機(jī)，擔(dān)負(fù)-250m水平3300、3700采區(qū)和-430m水平通風(fēng)，總排風(fēng)量5600m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為3750Pa。

2 問題提出

通過分析，白莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)存在以下突出問題：

（1）礦井通風(fēng)能力緊張。通過對(duì)今后2～5年礦井采場(chǎng)接續(xù)分析，-150南風(fēng)井需擔(dān)負(fù)-150m水平、3900采區(qū)和-430m水平的通風(fēng)，預(yù)計(jì)需要風(fēng)量為7500m3/min，現(xiàn)有主通風(fēng)設(shè)備和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)無法滿足要求。-250北風(fēng)井擔(dān)負(fù)-250m水平3100、3300、3500和3700采區(qū)通風(fēng)，預(yù)計(jì)需要風(fēng)量為4500m3/min。

（2）-150南風(fēng)井通風(fēng)壓力為2750Pa，-250北風(fēng)井通風(fēng)阻力為3750Pa，不符合國(guó)家安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（AQ1028—2006）要求。

（3）礦井主通風(fēng)設(shè)備不能滿足通風(fēng)的需要。-150南風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)已不能滿足需要，-250北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)設(shè)備老化，風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)，運(yùn)行不穩(wěn)定，存在安全隱患。

（4）隨著礦井由上組煤逐步轉(zhuǎn)向深水平下組煤生產(chǎn)，需及時(shí)調(diào)整通風(fēng)負(fù)荷。

3 礦井通風(fēng)改造方案的分析確定、效果預(yù)測(cè)和實(shí)施

3.1 礦井通風(fēng)改造方案的分析與確定

3.1.1 -150南風(fēng)井通風(fēng)改造方案的分析與確定

-150南風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)段通風(fēng)阻力為1796Pa，占-150南風(fēng)井系統(tǒng)阻力的65%，主要是因?yàn)榛仫L(fēng)段為支護(hù)架棚，巷道斷面小，通風(fēng)阻力大，其中南風(fēng)井的井筒阻力達(dá)到712Pa，占-150南風(fēng)井系統(tǒng)阻力的25.8%。根據(jù)采場(chǎng)接續(xù)的通風(fēng)需要，決定由-150南風(fēng)井擔(dān)負(fù)-150m水平、3900采區(qū)和-430m水平的通風(fēng)，預(yù)計(jì)需要風(fēng)量為7500m3/min，現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)已不能滿足需要。因此，為提高-150南風(fēng)井的通風(fēng)能力提出兩個(gè)方案。

方案一：更換-150南風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)。選用FBCDZ№28型軸流式通風(fēng)機(jī);對(duì)阻力較大的回風(fēng)塊段實(shí)施降阻：施工-150南風(fēng)井并聯(lián)回風(fēng)井，井筒直徑4.0m，長(zhǎng)度153.6米;施工-250并聯(lián)進(jìn)風(fēng)巷，斷面13.0m2，長(zhǎng)度180米;施工-150m水平東翼回風(fēng)巷，斷面10m2，長(zhǎng)度200米，并擴(kuò)修-150m水平東翼3100軌道、皮帶回風(fēng)上山，共同組成-150東翼并聯(lián)回風(fēng)巷，與3200回風(fēng)山上形成并聯(lián)回風(fēng);施工-430并聯(lián)回風(fēng)巷，斷面8.6m2，長(zhǎng)度600m。

方案二：將-150老副井改造為并聯(lián)回風(fēng)井，重新安設(shè)主通風(fēng)設(shè)備。

通過方案分析比較，確定采用方案一。

3.1.2 -250北風(fēng)井通風(fēng)改造方案的分析與確定

-250北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)機(jī)殼、機(jī)體銹蝕嚴(yán)重，振動(dòng)為4.9mm/s，超過標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)備運(yùn)行存在重大安全隱患。造成-250北風(fēng)井通風(fēng)阻力較大的原因：一是與-150南風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)的共用進(jìn)風(fēng)段的通風(fēng)阻力較大;二是通風(fēng)流程長(zhǎng)，達(dá)到8500m，尤其是3300、3700采區(qū)流程長(zhǎng)達(dá)2000米，且局部回風(fēng)巷道受礦壓影響，局部通風(fēng)斷面僅3.5m2，通風(fēng)阻力大，需要在上部采掘地點(diǎn)人為加阻控制風(fēng)量。

通過分析，確定改造方案：（1）擴(kuò)修3300、3700采區(qū)的回風(fēng)巷，將小于5m2的巷道全部擴(kuò)修到不低于5m2;（2）調(diào)整-250北風(fēng)井網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，將-430m水平通風(fēng)改由-150南風(fēng)井負(fù)擔(dān)后，-250北風(fēng)井系統(tǒng)的需風(fēng)量降至4500m3/min，通過減少主通風(fēng)機(jī)排風(fēng)量達(dá)到降低通風(fēng)阻力的目的;（3）更換主通風(fēng)機(jī)，將南風(fēng)井替換下來的BD-Ⅱ-8NO24型軸流式通風(fēng)機(jī)安裝至北風(fēng)井。

3.2 礦井通風(fēng)改造方案和效果預(yù)測(cè)

3.2.1 礦井通風(fēng)改造方案

通過對(duì)礦井通風(fēng)阻力的分析，確定了礦井通風(fēng)系統(tǒng)7種提改造方案：（1）現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng);（2）-150南風(fēng)井并聯(lián)直徑4m的回風(fēng)井后;（3）-150m水平風(fēng)量控制在600m3/min后（其他通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不變）;（4）-150m水平風(fēng)量控制在600m3/min后，-430m水平通風(fēng)改由-150南風(fēng)井擔(dān)負(fù);（5）-150m水平風(fēng)量控制在600m3/min后，-430m水平和3900采區(qū)取消人為增阻;（6）-150南風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)在-150東翼并聯(lián)回風(fēng)巷投入使用，并更換主通風(fēng)設(shè)備后;（7）-430m水平西翼通風(fēng)由-250北風(fēng)井擔(dān)負(fù)。

3.2.2 礦井通風(fēng)改造方案

為預(yù)測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)改造方案實(shí)施后的效果，對(duì)以上7種調(diào)整方案進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)模擬解算，通過解算結(jié)果得出：

（1）150南風(fēng)井并聯(lián)直徑4米的回風(fēng)井筒后，井筒段阻力由原來的712Pa降為195Pa，阻力下降520Pa，主要風(fēng)機(jī)排風(fēng)量可達(dá)6720m3/min，負(fù)壓2793Pa左右，而-250北風(fēng)井通風(fēng)機(jī)風(fēng)量5760m3/min，負(fù)壓3798Pa，變化不大。此種情況下，-150南風(fēng)井可為原-250北風(fēng)井服務(wù)的用風(fēng)地點(diǎn)提供780m3/min風(fēng)量，通過調(diào)整通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)-250北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉，排風(fēng)量控制在4980m3/min。

（2）-150并聯(lián)東翼回風(fēng)巷投入使用、南風(fēng)井更換大功率主通風(fēng)設(shè)備后，-150南風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)排風(fēng)量達(dá)7800m3/min，礦井總排風(fēng)量達(dá)11280m3/min，能夠滿足礦井通風(fēng)需要。

3.3 礦井通風(fēng)改造方案的實(shí)施

礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案于2010年2月到2011年11月進(jìn)行了實(shí)施，歷時(shí)1年9個(gè)月，主要工程的完成進(jìn)度如下：

3.3.1 -150南風(fēng)井系統(tǒng)

（1）施工了-150并聯(lián)回風(fēng)井，直徑4.0m，井筒深度153.6米。

（2）將-150南風(fēng)井的BD-Ⅱ-8-NO24型對(duì)旋軸流式風(fēng)機(jī)更換為FBCDZ№28型對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)，于2011年3月7日更換完畢。

（3）調(diào)整礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)。

①在提高南風(fēng)井設(shè)備能力、網(wǎng)絡(luò)能力的前提下，將-430m水平通風(fēng)負(fù)荷調(diào)至南風(fēng)井，-150南風(fēng)井的服務(wù)范圍為-150m水平、-250m水平的3900采區(qū)和-430m水平;-250北風(fēng)井只為-250m水平服務(wù)。②加快-150m水平收縮進(jìn)程，封閉了7600采區(qū)，減少-150m水平需風(fēng)量。③施工-250m水平并聯(lián)進(jìn)風(fēng)巷，降低了局部阻力。④施工-150m水平東翼回風(fēng)巷，溝通-150m水平3100回風(fēng)上山，形成并聯(lián)回風(fēng)系統(tǒng)。⑤新掘-430m水平并聯(lián)回風(fēng)巷，增大了-430m水平的網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)能力。⑥為減小7400采區(qū)的通風(fēng)阻力，擴(kuò)修改造8401出口，并施工鉆孔兩個(gè)，溝通-150m水平西翼總回風(fēng)巷，改造擴(kuò)修后做為-150水平西翼總回巷并聯(lián)風(fēng)道。⑦擴(kuò)修改造-150m水平3100回風(fēng)上山1300m，與-150m水平3200回風(fēng)上山形成雙巷回風(fēng)系統(tǒng)，降低系統(tǒng)阻力。

通過以上措施，使-150南風(fēng)井系統(tǒng)的主通風(fēng)設(shè)備能力、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)能力大幅增強(qiáng)。

3.3.2 -250北風(fēng)井系統(tǒng)

（1）擴(kuò)修了3300、3700采區(qū)皮帶回風(fēng)巷600m，降低了通風(fēng)阻力。

（2）將-250北風(fēng)井的G4-73-12NO25D型離心式通風(fēng)機(jī)更換為BD-Ⅱ-8-NO24型對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)，于2011年11月14日更換完畢。

4 礦井通風(fēng)改造方案的效果檢驗(yàn)和效益分析

（1）-150南風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量由5638m3/min增至7739m3/min，風(fēng)量增加了2101m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓由2800Pa降至2400Pa，取得了良好的降阻增風(fēng)效果，為礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整創(chuàng)造了條件。

（2）通過將-250北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)的葉片角度調(diào)整為-5°，通風(fēng)機(jī)排風(fēng)量由5667m3/min控制到4208m3/min，排風(fēng)量減小了1459m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓由3750Pa降為1918Pa，降低了1832Pa，風(fēng)量、負(fù)壓均滿足國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）系統(tǒng)改造完成后，南、北風(fēng)井的通風(fēng)壓力大大降低，礦井的總排風(fēng)量增加明顯，降低了通風(fēng)管理難度，提高了礦井的有效風(fēng)量率，減少了采空區(qū)漏風(fēng)，對(duì)消除礦井通風(fēng)、瓦斯和防滅火的安全隱患意義巨大。

（4）通風(fēng)系統(tǒng)改造完成后，僅通風(fēng)機(jī)電費(fèi)一項(xiàng)每年節(jié)約52萬元。并且礦井風(fēng)量的大幅度增加，保證了-430m水平的采場(chǎng)接續(xù)的用風(fēng)需要，具備了布置2個(gè)回采工作面、7個(gè)掘進(jìn)工作面的能力，每年可增加原煤產(chǎn)量20萬噸，增加產(chǎn)值1.2億元，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

5 幾點(diǎn)體會(huì)

（1）由于自然條件、生產(chǎn)布局的變化（如水平延伸、地質(zhì)構(gòu)造、邊遠(yuǎn)地點(diǎn)、礦井不同水平的不同生產(chǎn)時(shí)期），勢(shì)必會(huì)造成礦井局部區(qū)域供風(fēng)量不足。通過調(diào)整通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，合理分配風(fēng)井設(shè)備服務(wù)范圍是短期內(nèi)解決局部區(qū)域風(fēng)量不足的較為有效的解決辦法。

（2）要充分利用現(xiàn)有通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)，根據(jù)礦井生產(chǎn)的發(fā)展需要，及時(shí)提出礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化改造方案，超前分析論證相當(dāng)重要。

（3）礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整改造要結(jié)合具體的實(shí)際制定相應(yīng)的改造方案，利用計(jì)算機(jī)對(duì)方案進(jìn)行模擬優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)通風(fēng)方案由定性到定量分析的必要前提條件，對(duì)改造方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和可行性起決定性作用。

（4）通過調(diào)整改造通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，施工-150并聯(lián)回風(fēng)井，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)網(wǎng)特性與主通風(fēng)機(jī)特性相匹配，降低了礦井通風(fēng)阻力，確保了通風(fēng)安全，提高了礦井防抗災(zāi)能力，間接經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。

（5）礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造是一項(xiàng)長(zhǎng)期復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它隨礦井生產(chǎn)布局、開拓延伸等變化不斷變化，要經(jīng)常分析、研究，對(duì)影響通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的“咽喉”地段要針對(duì)性采取措施，要超前考慮，提前采取措施，配足主通風(fēng)設(shè)備能力優(yōu)化方案，盡最大努力避免礦井新投產(chǎn)不久就更換改造主通風(fēng)設(shè)備的現(xiàn)象。

（6）礦井主通風(fēng)設(shè)備、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)要隨生產(chǎn)布局變化不斷研究調(diào)整和優(yōu)化，最大限度實(shí)現(xiàn)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化，是礦井通風(fēng)工作中需長(zhǎng)期堅(jiān)持和研究的課題。