文 崇

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司通風(fēng)處， 山西 太原 030025）

1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)概況

某礦生產(chǎn)能力500萬(wàn)t/a，采用平峒—斜井綜合開(kāi)拓方式，全礦井共有五個(gè)盤(pán)區(qū)，分別為：北五盤(pán)區(qū)、北七盤(pán)區(qū)、北三盤(pán)區(qū)、南九盤(pán)區(qū)、南十盤(pán)區(qū)。采用多進(jìn)風(fēng)井、多回風(fēng)井的分區(qū)通風(fēng)方式，主要通風(fēng)方法為抽出式，采用“八進(jìn)四回”的通風(fēng)布局。礦井總進(jìn)風(fēng)量為34 545 m3/min，礦井總排風(fēng)量約為35 467 m3/min，有效風(fēng)量率91.93%?；仫L(fēng)井分布及參數(shù)如表1所示：

表1 回風(fēng)井分布及參數(shù)

當(dāng)前主要問(wèn)題有：礦井多水平開(kāi)采，通風(fēng)路線(xiàn)長(zhǎng)，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，重要的通風(fēng)部位拐直角彎多，風(fēng)流經(jīng)過(guò)這些地方時(shí)，產(chǎn)生的局部阻力大，礦井部分進(jìn)回風(fēng)大巷和進(jìn)回風(fēng)井筒斷面偏小，形成礦井通風(fēng)瓶頸，對(duì)礦井通風(fēng)不利，通過(guò)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，部分聯(lián)絡(luò)巷屬于施工措施巷，礦井通風(fēng)系統(tǒng)形成后，屬于無(wú)用巷道，礦井D風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行負(fù)壓大，通風(fēng)系統(tǒng)不合理，A回風(fēng)井系統(tǒng)中，北一總回風(fēng)大巷和北區(qū)回風(fēng)巷上布置通風(fēng)設(shè)施，不合理，需優(yōu)化。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化模擬

針對(duì)以上問(wèn)題，提出兩個(gè)優(yōu)化方案，利用Ventsim軟件進(jìn)行風(fēng)網(wǎng)模擬解算。

2.1 方案一

對(duì)北一下組煤總回風(fēng)巷擴(kuò)大斷面，擴(kuò)大前后通風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。

圖1 北一下組煤總回風(fēng)巷擴(kuò)大斷面后數(shù)據(jù)對(duì)比

新掘巷道前后，D風(fēng)井風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)運(yùn)行情況對(duì)比如表2所示：

表2 D風(fēng)井風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)運(yùn)行情況對(duì)比

2.2 方案二

根據(jù)礦方長(zhǎng)遠(yuǎn)生產(chǎn)計(jì)劃，整個(gè)北部采區(qū)，9號(hào)煤還未進(jìn)行開(kāi)采，8號(hào)煤正在進(jìn)行回采，建議在9號(hào)煤層新掘一條回風(fēng)大巷（寬4.5 m，高3.5 m，半圓拱形，見(jiàn)下頁(yè)圖2），與北一下組煤總回風(fēng)巷形成并聯(lián)巷道。在現(xiàn)階段共同擔(dān)負(fù)8號(hào)煤各工作面的回風(fēng)任務(wù)，在8號(hào)煤回采完畢后，也可用作9號(hào)煤各工作面的總回風(fēng)巷。在9號(hào)煤層新增一條回風(fēng)大巷前后通風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3。

圖2 模擬9號(hào)煤層新掘一條回風(fēng)大巷

圖3 新增9號(hào)煤層回風(fēng)大巷后數(shù)據(jù)對(duì)比

新掘巷道前后，D風(fēng)井風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)運(yùn)行情況對(duì)比如表3：

表3 D風(fēng)井風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)運(yùn)行情況對(duì)比

通過(guò)分析得出，擴(kuò)大北一下組煤巷道斷面確實(shí)可以降低負(fù)壓，但考慮到后期生產(chǎn)布局，巷道管路等，建議小幅度維護(hù)即可；新掘9號(hào)煤總回風(fēng)巷后，中部井負(fù)壓明顯下降，可以使風(fēng)機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定，可靠。雖然前期投入的采礦成本較大，但考慮到巷道的服務(wù)年限和服務(wù)范圍，后期整個(gè)9號(hào)煤的回風(fēng)任務(wù)，節(jié)省的通風(fēng)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)采礦成本。因?yàn)楸币幌陆M煤總回風(fēng)巷道變形嚴(yán)重，巷道內(nèi)部管路比較多，重新擴(kuò)斷面，8號(hào)煤層?xùn)|部回采也馬上結(jié)束，后期需要回采9號(hào)煤層，故長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，建議在9號(hào)煤層新掘回風(fēng)巷，即解決中部風(fēng)井通風(fēng)阻力大的問(wèn)題，還為9號(hào)煤層布置工作面提供了便利。

3 精準(zhǔn)優(yōu)化

礦井通風(fēng)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，好的通風(fēng)系統(tǒng)需要和礦井其他系統(tǒng)相互結(jié)合，爭(zhēng)取做到最優(yōu)。按常規(guī)方法設(shè)計(jì)井巷斷面時(shí)，首先按提升、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備的外形尺寸和安全間隙選擇各類(lèi)井巷斷面，然后進(jìn)行風(fēng)速驗(yàn)算。在通風(fēng)設(shè)計(jì)中，井巷斷面往往與礦井總風(fēng)壓發(fā)生矛盾。若斷面偏小，井巷總風(fēng)壓過(guò)大，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不利，甚至選不到合適的通風(fēng)機(jī)；若斷面偏大，井巷掘進(jìn)工程量過(guò)大，則礦井總風(fēng)壓過(guò)小，通風(fēng)機(jī)也難以選擇合適。因此，必須進(jìn)行通風(fēng)井巷斷面的優(yōu)化。

為此，Ventsim可以對(duì)特定巷道或井筒進(jìn)行斷面論證，確保最優(yōu)斷面。

以上分析結(jié)果是利用Ventsim通風(fēng)軟件中的經(jīng)濟(jì)性模擬功能對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)性模擬，掘進(jìn)成本及風(fēng)機(jī)成本單價(jià)可能與礦方實(shí)際有偏差，但從這個(gè)分析結(jié)果完全可以看出影響礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的主要巷道，見(jiàn)圖4。

圖4 風(fēng)路經(jīng)濟(jì)性模擬

風(fēng)路編號(hào)為2951的巷道為B回風(fēng)立井，直徑為3m，斷面積為7.1m2，對(duì)該井筒進(jìn)行斷面優(yōu)化。隨著斷面積的增大，采礦成本增加，年通風(fēng)成本及風(fēng)機(jī)成本降低，直徑4 m，即斷面積12.5 m2為最優(yōu)經(jīng)濟(jì)斷面，避免了采礦成本的增加，見(jiàn)圖5。

4 安全效益和經(jīng)濟(jì)效益

1）有效降低了礦井負(fù)壓，風(fēng)機(jī)曲線(xiàn)工況點(diǎn)運(yùn)行更為高效、更可靠；

圖5 成本對(duì)比

2）風(fēng)網(wǎng)的配風(fēng)更加容易，可以有效為瓦斯較高工作面增風(fēng)；

3）通風(fēng)設(shè)施的調(diào)節(jié)負(fù)荷有效降低，風(fēng)門(mén)管理更加容易，設(shè)施維護(hù)量變??；

4）負(fù)壓過(guò)高導(dǎo)致主通風(fēng)機(jī)在炎熱的夏季容易發(fā)生故障，采用擴(kuò)巷和調(diào)整通風(fēng)設(shè)施，來(lái)優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，降低風(fēng)機(jī)負(fù)壓；

5）有效利用現(xiàn)有巷道進(jìn)行通風(fēng)，降低采礦成本；

6）模擬未來(lái)設(shè)計(jì)巷道最優(yōu)斷面，有效控制采礦成本；

7）根據(jù)風(fēng)網(wǎng)對(duì)主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)行最優(yōu)選型，降低風(fēng)機(jī)購(gòu)置成本；

8）通風(fēng)設(shè)備及設(shè)施維護(hù)成本降低，工作量減少，人工成本降低；

9）提高有效風(fēng)量利用率，避免風(fēng)量浪費(fèi)；

10）合理分配風(fēng)量，更好地改善作業(yè)環(huán)境，減少職業(yè)病的發(fā)生。

5 結(jié)論

1）采用Ventsim軟件，通過(guò)建立礦井三維通風(fēng)模型、調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行模擬研究，直觀明了，科學(xué)合理，可操作性強(qiáng)。

2）通過(guò)建立通風(fēng)系統(tǒng)模型，可以在實(shí)際工程未開(kāi)始前進(jìn)行預(yù)模擬通風(fēng)效果。將模擬效果應(yīng)用于礦井日常的通風(fēng)管理工作中，可幫助礦山通風(fēng)人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。

3）三維可視化通風(fēng)模型不僅可以模擬日常礦井通風(fēng)調(diào)節(jié)的解算，也可以直接用于礦井的通風(fēng)改造、風(fēng)量的調(diào)整等工作，對(duì)礦井實(shí)際的通風(fēng)管理具有重要的指導(dǎo)意義。