徐孟

關(guān)鍵詞：高瓦斯;礦井通風(fēng);指標(biāo)數(shù)據(jù);歸一化處理

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是安全高效生產(chǎn)的重要保障，只有穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)才能源源不斷的向井下提供新鮮的風(fēng)流，供工作人員呼吸和生產(chǎn)所需。因此井下巷道及生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性，導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)具有明顯的非線性特征，隨著煤礦機(jī)械化水平的不斷提高，開(kāi)采難度以及深度逐漸增大，使得通風(fēng)系統(tǒng)更加復(fù)雜。此時(shí)，原有的通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)不滿(mǎn)足安全生產(chǎn)所需，急需進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化[1]。目前礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案主要有外部?jī)?yōu)化和內(nèi)部?jī)?yōu)化兩種，本文結(jié)合礦井實(shí)際通風(fēng)量小、通風(fēng)阻力大的現(xiàn)狀，進(jìn)行了通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)量的正常供給。

1 礦井通風(fēng)現(xiàn)狀

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的衰老是一個(gè)逐變的過(guò)程，衰老的過(guò)程與工作面的布置密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，通風(fēng)系統(tǒng)的衰老有外在特征和內(nèi)在特征兩部分。外在特征具有以下特點(diǎn)：較長(zhǎng)的通風(fēng)線路和較小的巷道斷面面積使得通風(fēng)阻力增大;井下生產(chǎn)管理點(diǎn)分布散亂時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)管理困難;井下生產(chǎn)條件復(fù)雜，通風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行條件下運(yùn)行效率低下使得通風(fēng)漏風(fēng)量嚴(yán)重。

內(nèi)在特征具有以下特點(diǎn)：礦井通風(fēng)系統(tǒng)的內(nèi)在特征主要從安全和技術(shù)兩方面考慮，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全性，工作面的風(fēng)流以及風(fēng)質(zhì)必須滿(mǎn)足最終通風(fēng)效果，且通風(fēng)時(shí)的阻力不宜過(guò)大。

對(duì)于該礦井而言，通過(guò)兩臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)礦井的中央并列式通風(fēng)，兩臺(tái)軸流式風(fēng)機(jī)的型號(hào)分別為BDK（III）-8-NO21 和 BDK（III）-6-NO20，電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的功率為165kW，排風(fēng)量達(dá)到3562m3/min，通風(fēng)過(guò)程中漏風(fēng)量達(dá)到8.64m3/s，整個(gè)通風(fēng)過(guò)程中漏風(fēng)量嚴(yán)重，通風(fēng)阻力較大，嚴(yán)重影響到礦井的安全生產(chǎn)，為此，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造就顯得尤為重要。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案研究

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

首先根據(jù)礦井的開(kāi)拓方式、開(kāi)采方法以及通風(fēng)方式，分析礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的意義和必要性，上文已經(jīng)闡述，不再贅述，然后通過(guò)現(xiàn)狀模擬分析得到目前通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，隨后擬定出礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，初步篩選出方案，最終確定指標(biāo)，選擇出優(yōu)化方案。

2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)及分析

根據(jù)礦井的通風(fēng)狀況，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，方案1如下：將原來(lái)的東、西風(fēng)井作為回風(fēng)井，通過(guò)實(shí)際風(fēng)量的解算，得到東風(fēng)井的漏風(fēng)量達(dá)到4.15m3/s，排風(fēng)量為10.3m3/s，通風(fēng)負(fù)壓為2549Pa;西風(fēng)井的漏風(fēng)量達(dá)到9.25m3/s，排風(fēng)量為68.21m3/s，通風(fēng)負(fù)壓為2450Pa;圖1（a）方案1計(jì)劃風(fēng)量與實(shí)際解算風(fēng)量對(duì)比，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，此方案下通風(fēng)量不足，通風(fēng)阻力過(guò)大，因此不宜采用。

方案2如下：將原來(lái)的東、西風(fēng)井作為回風(fēng)井，其中東風(fēng)井的風(fēng)機(jī)型號(hào)為BDKIII-8-NO19，西風(fēng)井的風(fēng)機(jī)型號(hào)為BDK（III）-6-NO20，通過(guò)擴(kuò)大回風(fēng)巷的斷面面積降低通風(fēng)阻力，通過(guò)實(shí)際風(fēng)量的解算，得到東風(fēng)井的漏風(fēng)量達(dá)到3.01m3/s，排風(fēng)量為10.52m3/s，通風(fēng)負(fù)壓為2010Pa;西風(fēng)井的漏風(fēng)量達(dá)到6.38m3/s，排風(fēng)量為67.21m3/s，通風(fēng)負(fù)壓為2210Pa;圖1（b）為方案2計(jì)劃風(fēng)量與實(shí)際解算風(fēng)量對(duì)比，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，此通風(fēng)方案下，通風(fēng)漏風(fēng)量減少，但是巷道內(nèi)通風(fēng)阻力以及很大，導(dǎo)致風(fēng)量分配不均勻，在礦井復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境下，通過(guò)增加通風(fēng)機(jī)只會(huì)導(dǎo)致漏風(fēng)量的持續(xù)增加，因此此方案也不可行。

方案3如下：在方案2的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大采區(qū)巷道面積，加大通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量。通過(guò)實(shí)際風(fēng)量的解算，得到東風(fēng)井的漏風(fēng)量達(dá)到2.98m3/s，排風(fēng)量為13.25m3/s，通風(fēng)負(fù)壓為2358Pa;西風(fēng)井的漏風(fēng)量達(dá)到5.38m3/s，排風(fēng)量為72.15m3/s，通風(fēng)負(fù)壓為2462Pa;圖1（c）為方案3計(jì)劃風(fēng)量與實(shí)際解算風(fēng)量對(duì)比，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，此通風(fēng)方案下，通風(fēng)系統(tǒng)的中的漏風(fēng)量明顯減少，因?yàn)椴蓞^(qū)巷道面積和總通風(fēng)巷道面積的增大，使得通風(fēng)過(guò)程中通風(fēng)阻力較小，整體風(fēng)量分配較為均勻，能夠使用礦井復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境，因此，將方案3定為最終通風(fēng)方案。

3 通風(fēng)系統(tǒng)方案的優(yōu)化決策

優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，上文通過(guò)對(duì)通風(fēng)阻力、漏風(fēng)量以及風(fēng)量的解算得到優(yōu)化通風(fēng)方案，本節(jié)對(duì)優(yōu)化后的方案進(jìn)行指標(biāo)計(jì)算，得到表1所示的結(jié)果。

對(duì)于表1中的指標(biāo)值而言，礦井風(fēng)量供需比值范圍為1-1.1之間，比值越接近1，通風(fēng)效果越好，本文中礦井風(fēng)量供需比為1，對(duì)于電費(fèi)和井巷施工費(fèi)，其評(píng)判指標(biāo)值越小越好，除此之外的評(píng)判指標(biāo)值都是越大越好。為了更直觀的觀察表1的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行歸一化處理。根據(jù)歸一化處理結(jié)果，得到方案具有可行性。因此進(jìn)行實(shí)際施工，實(shí)際通風(fēng)效果如下：對(duì)于采區(qū)而言，24501工作面計(jì)劃風(fēng)量為650m3/s，實(shí)際風(fēng)量為673.8m3/s;24509工作面計(jì)劃風(fēng)量為280m3/s，實(shí)際風(fēng)量為361.8m3/s;掘進(jìn)

對(duì)于水平巷道而言，大巷掘進(jìn)計(jì)劃風(fēng)量為270m3/s，實(shí)際風(fēng)量為270m3/s;井下火藥庫(kù)計(jì)劃風(fēng)量為110m3/s，實(shí)際風(fēng)量為107.4m3/s;中央泵房、中央變電所計(jì)劃風(fēng)量為150m3/s，實(shí)際風(fēng)量為139.8m3/s;充電硐室計(jì)劃風(fēng)量為60m3/s，實(shí)際風(fēng)量為67.8m3/s;消防庫(kù)計(jì)劃風(fēng)量為40m3/s，實(shí)際風(fēng)量為55.2m3/s。

從實(shí)際通風(fēng)效果來(lái)看，優(yōu)化后的通風(fēng)方案工作面以及巷道的通風(fēng)量都有了明顯的增加，井下火藥庫(kù)和中央泵房、中央變電所的通風(fēng)量雖然較小，但是處于可控范圍，因此，優(yōu)化后的通風(fēng)方案滿(mǎn)足通風(fēng)效果。

4 結(jié)論

①根據(jù)礦井通風(fēng)阻力大、漏風(fēng)量大的現(xiàn)狀及通風(fēng)設(shè)計(jì)原則，提出了三種通風(fēng)方案，從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性以及安全可靠性三個(gè)方面考慮，確定了方案3為最終優(yōu)化通風(fēng)方案;②通過(guò)對(duì)優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)方案指標(biāo)數(shù)據(jù)的歸一化處理，得到通風(fēng)方案3下評(píng)判指標(biāo)的各項(xiàng)指標(biāo)值，符合通風(fēng)設(shè)計(jì)原則;③對(duì)實(shí)際通風(fēng)應(yīng)用效果進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)在優(yōu)化后的通風(fēng)方案下，巷道及工作面通風(fēng)量明顯增加，雖然井下火藥庫(kù)和中央泵房、中央變電所的通風(fēng)量雖然較小，但是處于可控范圍，證明了通風(fēng)方案的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張兆瑞，郭扁頓，郭建珠.礦井通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)向量及其應(yīng)用研究[J].西安礦業(yè)學(xué)院，1995（4）：397-384.