張小東

（山西鉅盛能源集團(tuán)有限公司，山西 寧武 036700）

隨著礦井服務(wù)年限的逐漸延申，我國(guó)存在大量通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜礦井，且由于之前系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力有限，采煤工藝落后，已不能達(dá)到現(xiàn)代化生產(chǎn)礦井需求，針對(duì)此現(xiàn)狀，必須進(jìn)行合理的系統(tǒng)優(yōu)化。通風(fēng)系統(tǒng)的合理與否和礦井的安全生產(chǎn)，防災(zāi)抗災(zāi)能力以及經(jīng)濟(jì)效益有著密切的關(guān)系。礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的目的就是優(yōu)化風(fēng)量，減小通風(fēng)阻力，減少礦井漏風(fēng)，提高有效風(fēng)量率，提高礦井防災(zāi)抗災(zāi)能力，力求通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，確保礦井安全生產(chǎn)[1-3]。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化既要本著解決礦井實(shí)際問(wèn)題，又要符合投資省、見(jiàn)效快、工程量小、技術(shù)指標(biāo)合理的原則，也就是要滿足技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)判指標(biāo)[4-6]。目前一些學(xué)者也對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化做出了一些研究，如改變通風(fēng)方式等方法，本文主要研究對(duì)復(fù)雜風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)增加通風(fēng)聯(lián)巷，并對(duì)一些多余老舊巷道進(jìn)行封閉，來(lái)簡(jiǎn)化通風(fēng)系統(tǒng)，減小礦井通風(fēng)總阻力。

1 礦井概況

某礦井生產(chǎn)規(guī)模為400 萬(wàn)t/a，采用平硐—斜井聯(lián)合開(kāi)拓方式,井田內(nèi)共布置有12 個(gè)井筒，為7 個(gè)進(jìn)風(fēng)井、5 個(gè)回風(fēng)井。井田內(nèi)分南、中、北三條石門(mén)大巷延伸劃分為南部、中部、北部三個(gè)區(qū)域，逐步由淺向深、至上而下開(kāi)采，采區(qū)內(nèi)條帶式布置工作面，采用傾斜長(zhǎng)壁后退式回采。礦井采用分區(qū)抽出式通風(fēng)，礦井總進(jìn)風(fēng)為40 654 m3/min，總回風(fēng)量為41 340 m3/min，并經(jīng)瓦斯等級(jí)鑒定為高瓦斯礦井。

2 礦井通風(fēng)參數(shù)測(cè)定與分析

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定

本次通風(fēng)阻力測(cè)定采用基點(diǎn)法測(cè)定，即將1 臺(tái)氣壓計(jì)放在井上，每隔一定時(shí)間讀取氣壓讀數(shù)并記錄測(cè)定時(shí)間以監(jiān)測(cè)地面大氣壓力的變化，進(jìn)而對(duì)井下測(cè)定的氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；另1 臺(tái)氣壓計(jì)沿事先選好的路線逐點(diǎn)測(cè)定氣壓值并記錄測(cè)定時(shí)間。計(jì)算公式如下：

式中：K1、K2分別為2 臺(tái)測(cè)定氣壓計(jì)的校正系數(shù)；Pc1、Pc2分別為基點(diǎn)校正氣壓計(jì)在測(cè)定氣壓計(jì)讀數(shù)PR1、PR2測(cè)值時(shí)的讀數(shù)，Pa。

該礦分五個(gè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)區(qū)域選擇最長(zhǎng)通風(fēng)阻力線路，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果繪制了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖（如圖1 所示）。

圖1 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖

通過(guò)通風(fēng)阻力測(cè)定得出各區(qū)域阻力分布情況，如下頁(yè)表1 所示。

2.2 風(fēng)網(wǎng)解算與結(jié)果分析

將阻力測(cè)定中的所測(cè)通風(fēng)參數(shù)，進(jìn)行風(fēng)網(wǎng)解算可得出如下結(jié)果：

1）五個(gè)區(qū)域中的五個(gè)主要通風(fēng)機(jī)，有2 個(gè)風(fēng)機(jī)的工況不在穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，均為風(fēng)壓偏高，但風(fēng)量相比較小的狀況。

2）三區(qū)域回風(fēng)段阻力所占比例偏大。

3）四區(qū)域進(jìn)風(fēng)段阻力所占比值偏大。

表1 各區(qū)域阻力分布情況匯總表

3 風(fēng)網(wǎng)降阻優(yōu)化

3.1 合理分配風(fēng)量降阻

對(duì)某礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)整，尤其針對(duì)三區(qū)域和四區(qū)域，安設(shè)相應(yīng)的調(diào)風(fēng)設(shè)施，經(jīng)對(duì)礦井局部風(fēng)量重新調(diào)節(jié)后，三、四區(qū)域的通風(fēng)阻力有所降低，但風(fēng)機(jī)工況仍距合理工作區(qū)間偏離較大，調(diào)風(fēng)已不能有效解決復(fù)雜風(fēng)網(wǎng)的通風(fēng)阻力，僅能在小范圍內(nèi)微調(diào)，對(duì)整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的阻力降低并不顯著。

3.2 局部回風(fēng)段降阻

在回風(fēng)區(qū)域，新增一條回風(fēng)聯(lián)巷，同時(shí)將上端回風(fēng)段封閉，使得回風(fēng)流縮短回風(fēng)距離，并將模擬聯(lián)巷參數(shù)輸入風(fēng)網(wǎng)解算系統(tǒng)，可得出三區(qū)域的回風(fēng)部分阻力占比減小，此區(qū)域風(fēng)機(jī)工況回到正常工作范圍，降阻效果明顯。

圖2 局部區(qū)域新增回風(fēng)聯(lián)巷位置示意圖

3.3 進(jìn)風(fēng)區(qū)域增加聯(lián)巷分支降阻

在節(jié)點(diǎn)160 處新增一條聯(lián)巷（新增分支，如圖3所示）在進(jìn)風(fēng)區(qū)域，此段風(fēng)量較大，且與其他分支風(fēng)量匯合后，下一段分支的風(fēng)量會(huì)積聚，增大巷道的通風(fēng)阻力，且風(fēng)量較大的此段巷道，拐彎處多，風(fēng)量較大的情況下巷道的局部阻力也會(huì)陡然增大，因此在此段巷道有必要將風(fēng)流進(jìn)行分流，從而降低此區(qū)域的通風(fēng)阻力。

新增分支后，將新增巷道的參數(shù)輸入風(fēng)網(wǎng)解算系統(tǒng)中，可知四區(qū)域進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)阻力明顯降低，并使得主要通風(fēng)機(jī)工況在正常工作范圍內(nèi)。

圖3 進(jìn)風(fēng)區(qū)域增加聯(lián)巷分支位置示意圖

4 結(jié)論及建議

通過(guò)調(diào)研該礦的通風(fēng)現(xiàn)狀，并根據(jù)此次通風(fēng)阻力測(cè)定與風(fēng)網(wǎng)解算分析，可以得出以下結(jié)論:

1）對(duì)礦井系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)網(wǎng)解算后，得出三區(qū)域和四區(qū)域的風(fēng)機(jī)工況范圍不合理，風(fēng)機(jī)的工況不能位于穩(wěn)定的工作區(qū)間；在進(jìn)行風(fēng)量重新分配下，三、四區(qū)域的通風(fēng)阻力分布仍然不合理，此狀況并不能得到有效改變，三區(qū)域回風(fēng)段與四區(qū)域進(jìn)風(fēng)段阻力占比仍然偏大。

2）根據(jù)風(fēng)網(wǎng)解算可知，在三區(qū)域局部地方的阻力顯著增大，因此降低此段巷道的通風(fēng)阻力，對(duì)降低三區(qū)域阻力意義重大。結(jié)合該礦實(shí)際做出對(duì)此區(qū)域增加一條回風(fēng)聯(lián)巷，并將無(wú)用巷道進(jìn)行封閉。改變風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)后，通過(guò)風(fēng)網(wǎng)解算軟件得出此區(qū)域通風(fēng)阻力顯著降低，風(fēng)機(jī)工況范圍已趨于正常工作范圍內(nèi)。

3）針對(duì)四區(qū)域情況分析，在進(jìn)風(fēng)段中，有局部區(qū)域風(fēng)量過(guò)于集中（160-161 段），且此段巷道斷面較小，巷道拐彎多，導(dǎo)致巷道沿程阻力及局部阻力陡然增大。經(jīng)分析后在此段處進(jìn)行了合理的風(fēng)量分流，風(fēng)流后經(jīng)風(fēng)網(wǎng)解算軟件可知，四區(qū)域風(fēng)網(wǎng)阻力下降明顯，且風(fēng)機(jī)工況已處于合理工作區(qū)間。

根據(jù)以上研究結(jié)果分析，建議如下:

1）對(duì)三區(qū)域和四區(qū)域通風(fēng)阻力分析后，可知雖通過(guò)增加并聯(lián)網(wǎng)路對(duì)此區(qū)域的通風(fēng)阻力降低，但隨著采掘作業(yè)的繼續(xù)深入，在開(kāi)采后期，通風(fēng)阻力還會(huì)繼續(xù)增大，針對(duì)此種情況，建議在必要階段更換主要通風(fēng)機(jī)。

2）由于該礦為高瓦斯礦井，井下布置抽采管道，且布置管道的回風(fēng)巷道斷面較小，因此建議在有能力的情況下，適當(dāng)?shù)脑黾酉锏罃嗝?，保證巷道有足夠大的有效通風(fēng)斷面，尤其是總進(jìn)風(fēng)巷道和總回風(fēng)巷道，避免巷道內(nèi)存放物品，主要巷道內(nèi)不要隨意停放車輛、堆積木料等，巷道內(nèi)堆積物要及時(shí)清除或排列整齊，盡量少堵塞巷道斷面。

3）在巷道進(jìn)入下水平開(kāi)采時(shí)，局部區(qū)域的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)進(jìn)行重新布置，對(duì)老舊無(wú)用巷道及早封閉，通過(guò)新掘巷道使得通風(fēng)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，巷道布置更加合理。