張海軍
(山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司,山西 晉城 048000)
南凹寺煤業(yè)3#煤層儲(chǔ)量較大,結(jié)構(gòu)不復(fù)雜,煤塵沒(méi)有爆炸性,而且瓦斯含量不高。使用三個(gè)立井回風(fēng)與四個(gè)立井進(jìn)風(fēng)、混合通風(fēng)形式,雙回路供電,選取AGF616 軸流風(fēng)機(jī)。各采區(qū)與主扇均采取分區(qū)通風(fēng)。為保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)礦井通風(fēng)阻力進(jìn)行測(cè)量,并根據(jù)測(cè)定過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。
選用基點(diǎn)測(cè)定法并采取精密氣壓計(jì)測(cè)量南凹寺煤業(yè)井巷內(nèi)阻力。根據(jù)A、B 兩點(diǎn)間的靜壓差,對(duì)相應(yīng)的位壓差與動(dòng)壓差進(jìn)行推算,進(jìn)而得到A、B 兩點(diǎn)的通風(fēng)阻力。一個(gè)精密氣壓計(jì)對(duì)主測(cè)路線進(jìn)行測(cè)量,井口放另一個(gè)精密氣壓計(jì),對(duì)地面氣壓變化進(jìn)行測(cè)量,并將兩個(gè)精密氣壓計(jì)進(jìn)行比較[1]。工程實(shí)際中,通風(fēng)能量方程如公式(1)所示。
式中:
P1、P2-1、2 截面的靜壓能,Pa;
g-重力加速度,m/s2;
ρm1、ρm2-井口和1、2 截面間空氣柱平均密度,kg/m3;
V1、V2-1、2 截面風(fēng)速,m/s;
Z1、Z2-1、2 截面的標(biāo)高,m;
hz1-2-1、2 截面間通風(fēng)阻力,Pa。
為了能反映出井巷基本情況,并且使通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)完善,測(cè)點(diǎn)選取極為重要[2]。為了保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確,避免因兩個(gè)測(cè)點(diǎn)臨近使結(jié)果發(fā)生誤差,故將測(cè)點(diǎn)選取在支護(hù)完善、雜物較少、剖面齊整、風(fēng)流穩(wěn)定的巷道斷面。同時(shí)為消除導(dǎo)向點(diǎn)的影響,測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)的時(shí)間要相近,行程要短。因此依據(jù)礦井情況,測(cè)定三條線路如下。
(1)西回風(fēng)井
西進(jìn)風(fēng)井→33 采區(qū)皮帶下山→33 采區(qū)軌道下山→工作面→33 采區(qū)回風(fēng)下山→西總回風(fēng)巷→西回風(fēng)井→地面。
(2)馬莊回風(fēng)井
馬莊副井底聯(lián)巷→南運(yùn)輸大巷→ 34 采區(qū)皮帶上山→ 3405 工作面軌道順槽→工作面→ 3405 皮帶順槽→ 34 采區(qū)回風(fēng)上山→北總回風(fēng)巷→北回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷→馬村回風(fēng)井→地面。
(3)中央回風(fēng)井
副立井井底聯(lián)絡(luò)巷→北運(yùn)輸大巷→ 37 采區(qū)皮帶上山→3706 皮帶順槽→工作面→3706 軌道順槽→37 采區(qū)回風(fēng)巷→南總回風(fēng)巷→回風(fēng)井→地面。
按照《通風(fēng)阻力測(cè)量方法》(MT/T 441-2009)[3],通風(fēng)系統(tǒng)誤差可以根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出。公式(2)為通風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)誤差計(jì)算公式,表1 為計(jì)算得出的誤差統(tǒng)計(jì)表。
式中:
e-測(cè)量的相對(duì)誤差;
hRs-累加阻力,Pa;
hw-水柱計(jì)讀數(shù),Pa;
hn-自然風(fēng)壓,Pa;
hv-速壓,Pa。
表1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)誤差
主測(cè)線路中西回風(fēng)井、馬村回風(fēng)井與中央回風(fēng)立井相對(duì)誤差分別是1.42%、1.91% 和2.37%,符合通風(fēng)阻力測(cè)定要求。
測(cè)定過(guò)程中,主測(cè)線路劃分進(jìn)風(fēng)、用風(fēng)、回風(fēng)三段,表2 為計(jì)算得出各線路通風(fēng)阻力值。
從表2 中能夠得到礦井三區(qū)阻力分配比例,西回風(fēng)立井11:44:46,馬村回風(fēng)立井31:38:34,中央回風(fēng)井16:55:32。從表2 分析:馬村與中央回風(fēng)立井通風(fēng)系統(tǒng)用風(fēng)段阻力最大,而西回風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)區(qū)段阻力較大。
表2 各線路通風(fēng)阻力
為診斷礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),需要分析實(shí)測(cè)的風(fēng)量數(shù)據(jù)。表3 是煤礦系統(tǒng)風(fēng)量參數(shù)。外部漏風(fēng)率公式如下:
式中,
PL-外部漏風(fēng)率,%;
Qh-總回風(fēng)量,m3/s;
Qf-風(fēng)機(jī)主要排風(fēng)量,m3/s。
表3 系統(tǒng)風(fēng)量參數(shù)
礦井通風(fēng)系統(tǒng)中西、馬村與中央回風(fēng)井外部漏風(fēng)率分別是3.69%、3.41%、3.70%,按照《礦井通風(fēng)質(zhì)量檢查和標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定方法》的規(guī)定[4],該礦井巷的密閉與風(fēng)門(mén)等通風(fēng)設(shè)施滿足質(zhì)檢相關(guān)要求。
計(jì)算等積孔公式:
式中:
A-礦井等積孔,m2;
hz-通風(fēng)總阻力,Pa;
Q-總風(fēng)量,m3/s。
表4 是南凹寺煤業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)等積孔計(jì)算結(jié)果。
表4 等積孔計(jì)算結(jié)果
從表4 可知:該礦西回風(fēng)井、馬村回風(fēng)井、中央回風(fēng)井等積孔分別是2.14 m2、0.78 m2、3.15 m2。西回風(fēng)井和中央回風(fēng)井的通風(fēng)阻力滿足規(guī)定要求,屬通風(fēng)容易型礦井,而馬村回風(fēng)井通風(fēng)阻力較大,屬通風(fēng)困難型的礦井。
(1)馬村回風(fēng)立井、中央回風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)中用風(fēng)區(qū)的通風(fēng)阻力最大。導(dǎo)致巷道內(nèi)阻力較大的原因有:一是較長(zhǎng)的巷道長(zhǎng)度,二是3405 皮帶順槽和3706 皮帶順槽里堆積過(guò)多的物料。
(2)西回風(fēng)立井中回風(fēng)區(qū)段在整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)中的阻力相對(duì)較高。導(dǎo)致其阻力值偏高的原因主要是西回風(fēng)下山巷道和回風(fēng)聯(lián)巷道風(fēng)速較高、斷面偏小。
(3)馬村回風(fēng)立井通風(fēng)較為困難,其礦井等積孔為0.84 m2。影響礦井通風(fēng)阻力的因素主要有井巷的長(zhǎng)度和粗糙度、里面堆放的雜物以及部分截面情況。
(4)該礦有著很長(zhǎng)的通風(fēng)路線,個(gè)別巷道處在微風(fēng)的狀況,且由于配備有較多的風(fēng)窗和風(fēng)門(mén),增加了通風(fēng)管理的難度。
(1)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)安全性影響因素中選取恰當(dāng)?shù)娜齾^(qū)阻力極為重要,所以,對(duì)礦井各段阻力進(jìn)行合理的調(diào)控,不僅可以大幅削減礦井的能耗,而且能影響對(duì)風(fēng)流的控制。
(2)進(jìn)一步加強(qiáng)巷道維護(hù)工作,認(rèn)真做好每日管控,及時(shí)清理3405 及3706 皮帶順槽巷道中的雜物,對(duì)巷道里的積水區(qū)和淤泥進(jìn)行定期排查隱患,并對(duì)通風(fēng)構(gòu)筑物進(jìn)行全方面檢查。
(3)采取降阻優(yōu)化措施,將西回風(fēng)下山巷道和回風(fēng)聯(lián)巷的截面在合理范圍增大,降低急轉(zhuǎn)彎處巷道粗糙度。
(4)優(yōu)先選取砌碹支護(hù),井巷的周長(zhǎng)不要過(guò)大,減小風(fēng)路的長(zhǎng)度,加強(qiáng)風(fēng)巷的維護(hù)工作。在確保合適的通風(fēng)斷面情況下,盡量杜絕回風(fēng)井巷快速縮小或增大現(xiàn)象,巷道里出現(xiàn)不可避免的急轉(zhuǎn)彎時(shí),可通過(guò)增設(shè)倒風(fēng)板確保通風(fēng)穩(wěn)定性。
(5)礦井漏風(fēng)對(duì)礦井安全的影響巨大,使通風(fēng)系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。因此,需定期點(diǎn)檢監(jiān)測(cè)風(fēng)窗密閉情況,對(duì)漏風(fēng)巷道進(jìn)行及時(shí)封堵,盡量減少漏風(fēng)現(xiàn)象。
(6)增強(qiáng)安全管理水平,及時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)的巷道和設(shè)施,進(jìn)行阻力測(cè)定和動(dòng)態(tài)調(diào)控。
由南凹寺煤業(yè)的通風(fēng)阻力測(cè)定數(shù)據(jù)可得:總回風(fēng)量中馬村回風(fēng)立井為26.23 m3/s,中央回風(fēng)井為72.36 m3/s,西回風(fēng)立井則為60.50 m3/s;總通風(fēng)阻力方面中央回風(fēng)井的為715.29 Pa,馬村回風(fēng)立井的為1 394.17 Pa,西回風(fēng)立井的則為1 110.95 Pa;中央回風(fēng)井、西回風(fēng)立井和馬村回風(fēng)立井的等積孔分別是3.22 m2、2.16 m2和0.84 m2;馬村回風(fēng)立井通風(fēng)類型屬于困難型,而西回風(fēng)立井和中央回風(fēng)井的通風(fēng)類型則為容易型。