孫 鑫， 朱建峰

（山西寧武大運華盛能源集團有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

一直以來，煤炭安全生產(chǎn)問題備受煤炭企業(yè)管理者的關注，盡管目前工作面支護效果已經(jīng)得到很大提升，但是由于通風效果不佳仍會導致工作面瓦斯?jié)舛容^大以及粉塵濃度較大，對工作面安全生產(chǎn)造成隱患，同時也會影響工作面作業(yè)人員的人身安全[1-2]。因此，對于工作面通風系統(tǒng)的設計及布置而言，需在理論分析的基礎上結(jié)合實踐經(jīng)驗實現(xiàn)對工作面通風系統(tǒng)的最優(yōu)化設計，為工作面的安全生產(chǎn)奠定基礎。

1 工程概況

目前，某煤礦采用抽出式混合通風方式，副斜井、人行斜井以及提升井為工作面的進風，與其相對應的共有兩個回風井。該礦回風井的相關設備及巷道的參數(shù)如表1所示。

表1 回風井及其通風機參數(shù)

2 通風系統(tǒng)安全性分析的理論基礎

2.1 礦井通風系統(tǒng)安全性基本要求

1）要求優(yōu)化后通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理且整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；

2）要求優(yōu)化后通風系統(tǒng)能夠根據(jù)工作面的實時分量需求控制通風機的通風量；

3）要求優(yōu)化后通風系統(tǒng)能夠?qū)⑾♂屔踔料ぷ髅娴耐咚?、粉塵濃度；

4）要求優(yōu)化后的通風系統(tǒng)具備控制自然災害的能力，甚至抑制相關事故的發(fā)生[3]。

2.2 礦井通風系統(tǒng)最優(yōu)化思路

為滿足上述的礦井通風系統(tǒng)安全性的基本要求，針對通風系統(tǒng)的最優(yōu)化設計可從以下幾個方面著手實施：

1）確保工作面通風系統(tǒng)的串聯(lián)風路盡可能少，且所有通風設置的布置應合理、可靠；針對已經(jīng)開采完畢的工作面應將其巷道封閉，進而提升整個工作面的抗自然災害能力。

2）確保所選通風機的性能相對穩(wěn)定，能夠滿足在各種工況下的運行狀況，并且保證多個風井之間不存在干擾。

3 煤礦通風系統(tǒng)的安全性的分析

3.1 工作面通風阻力的情況

根據(jù)工作面情況設定兩條通風阻力的測定路線圖，其中1號風井的相對靜壓為1 676 Pa，2號風井的相對靜壓為1 958 Pa。但是，目前工作面1號風井所選型通風機的相對靜壓為1 714 Pa，2號風井所選型通風機的相對靜壓為2 001 Pa。即說明，現(xiàn)場測定的風阻存在一定的誤差。經(jīng)分析可知，導致阻力測定存在誤差的原因包括有：工作面巷道的面積測量有誤；工作面某些部位的風量不穩(wěn)定，導致對風速的測量不準確；風阻測量設備本身存在誤差。

在多次核算的基礎上，得出1號風井的準確通風阻力為1 720 Pa；2號風井準確的通風阻力為2 016 Pa。

3.2 工作面通風系統(tǒng)的有效性

礦井工作面通風系統(tǒng)主要有通風設備（風機）和通風風路組成，該煤礦共有四個進風井，兩個回風井，有兩套通風機。經(jīng)對工作面兩條通風路線中斷面面積、風速、風量、瓦斯?jié)舛取穸纫约皽囟鹊葏?shù)進行測定可知：工作面除了運輸大巷外，其余位置的溫濕度參數(shù)均滿足《煤炭安全規(guī)程》的要求。此外，礦井工作面的分區(qū)通風方式不明顯，且工作面角聯(lián)分支較多[4]。

3.3 工作面通風機運行穩(wěn)定性

經(jīng)對1號風井和2號風機風機運行狀態(tài)進行分析，分別得出兩個風井中風機的性能曲線和工況點，如圖1所示。

圖1 通風機性能曲線和工況點

其中：1號風井的風阻曲線函數(shù)為H=0.188176Q2；2號風井的風阻曲線函數(shù)為H=0.138451Q2。而且在當前通風條件下，1號風井通風機工作時的風量為94.4 m3/min，對應的負壓值為1 676.9 Pa；2號風井通風機工作時的風量為118.9m3/min，對應的負壓值為1 957.3 Pa。

當前實時通風條件下通風機的運行參數(shù)與圖1中通風機性能曲線和工況點對比后可知，1號風井和2號風井的通風機的運行狀態(tài)均在合理區(qū)間內(nèi)，且兩臺通風機的運行效率均較高。

3.4 工作面通風系統(tǒng)風流的可靠性和穩(wěn)定性分析

某礦產(chǎn)煤能力為每年90萬t。根據(jù)煤礦生產(chǎn)能力得出工作面所需的風量約為6 477 m3/min。根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關標準要求，要求工作面的通風量為基于生產(chǎn)能力所得通風量的1.8倍，即該煤礦的理論所需通風量為6 477 m3/min×1.8=11 658 m3/min。

通過對兩個風井中風量進行實際測量可知，1號風井的風量為5 334 m3/min。2號風井的風量為6 912 m3/min，則整個工作面的風量為12 096 m3/min。即說明，工作面通風系統(tǒng)的風量供需比滿足要求。

3.5 工作面通風系統(tǒng)抗災能力

判斷工作面通風系統(tǒng)是否具備滿足要求的抗自然災害能力，需為通風系統(tǒng)配置相應的防護措施和設備。

由于該煤礦為高瓦斯礦井，為了預防瓦斯突出事故在掘進巷道內(nèi)安裝了防突柵欄，在掘進巷道中間位置安裝有防逆風裝置和相應的防突風門。

鑒于高瓦斯礦井容易導致瓦斯爆炸事故的發(fā)生，該煤礦從瓦斯抽采、通風可靠以及監(jiān)控等方面提升其對瓦斯爆炸的抗災能力[5]。具體措施是為通風系統(tǒng)增設相應加大風門的自動裝置和監(jiān)控設施，使得當災害發(fā)生時能夠在第一時間內(nèi)實現(xiàn)自動控制風門，進而減少甚至避免災害的進一步擴散。

綜上所述，該煤礦通風系統(tǒng)其有效性、風機運行效率、風流可靠性及穩(wěn)定性以及抗自然載荷的能力等方面均滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關標準要求，即說明煤礦的通風系統(tǒng)與工作面相匹配。

4 結(jié)語

礦井通風系統(tǒng)號稱為煤礦的“呼吸系統(tǒng)”，其主要功能為工作面稀釋或者消除瓦斯、粉塵濃度的同時，還具備一定的抗自然災害的能力。針對煤礦安全生產(chǎn)的相關標準要求，要求其通風系統(tǒng)具備相應的功能尤其是針對其安全性要求。經(jīng)對1號和2號風井通風系統(tǒng)安全性分析得知：該煤礦的通風系統(tǒng)安全性、可靠性以及相關設備的有效性滿足工作面生產(chǎn)要求。