胡繼龍

（安徽省亳州煤業(yè)有限公司信湖煤礦，安徽 淮北 235000）

隨著煤礦井下的不斷開(kāi)采作業(yè)，礦井將會(huì)逐漸進(jìn)入衰老收作期。礦井收縮期間，存在老巷和采空區(qū)漏風(fēng)多、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通風(fēng)距離長(zhǎng)、礦井巷道失修率高、通風(fēng)阻力大等問(wèn)題，給礦井通風(fēng)系統(tǒng)造成極大的安全隱患，因此，收縮期間，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化顯得極為重要。針對(duì)楊莊煤礦收作期間通風(fēng)管理和井下實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出可行性方案，為礦井的通風(fēng)安全提供了保障。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

楊莊煤礦已有50 多年的開(kāi)采歷史，礦井屬于高瓦斯礦井。2018 年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定最大絕對(duì)瓦斯涌出量14.75 m3/min，最大相對(duì)瓦斯涌出量為5.73 m3/t；平均絕對(duì)瓦斯涌出量14.15 m3/min，平均相對(duì)瓦斯涌出量為5.49 m3/t。煤層瓦斯壓力為0.22～0.42 MPa，瓦斯含量2.85～5.37 m3/t，煤層透氣性系數(shù)λ 為0.39～0.73 m2/MPa2.d，屬勉強(qiáng)-難以抽采煤層，自然發(fā)火等級(jí)為II 類(lèi)自燃，最短自然發(fā)火期53 d。

礦井生產(chǎn)布局為“一井兩面”布置，現(xiàn)有采掘作業(yè)的采區(qū)共有3 個(gè)，分別為Ⅲ1、Ⅳ1 和Ⅳ2 采區(qū)；無(wú)采掘作業(yè)采區(qū)有2 個(gè)，分別為W Ⅲ51、Ⅲ64 采區(qū)。已開(kāi)采結(jié)束即未封閉采區(qū)有6 個(gè)，分別為Ⅲ1 采區(qū)（W Ⅲ51 塊段）、Ⅲ64 采區(qū)、Ⅳ2 采區(qū)、Ⅲ1 采區(qū)（E Ⅲ51 塊段）、Ⅲ53 及Ⅳ53 采區(qū)。

礦井通風(fēng)方式為兩翼對(duì)角式，通風(fēng)方法為抽出式?，F(xiàn)有2個(gè)主進(jìn)風(fēng)井：新副井和老副井；2個(gè)回風(fēng)井：東風(fēng)井和西風(fēng)井。礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖1。

東風(fēng)井井底標(biāo)高-320.7 m，安裝兩臺(tái)kAMF-2350/1330-IE 型對(duì)旋軸流式風(fēng)機(jī)，配套電機(jī)額定功率為1000 kW。電壓為6 kV。目前風(fēng)井總回風(fēng)量6622 m3/min，風(fēng)機(jī)排風(fēng)量為6748 m3/min，負(fù)壓為2400 Pa。該風(fēng)井服務(wù)Ⅲ1、Ⅳ1 采區(qū)。

圖1 調(diào)整前礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖

西風(fēng)井井底標(biāo)高-195 m，安裝兩臺(tái)BD-Ⅱ-6-NO.20 對(duì)旋軸流式風(fēng)機(jī)，配套電機(jī)額定功率為2×250 kW，電壓為6 kV。目前風(fēng)井總回風(fēng)量為3834 m3/min，風(fēng)機(jī)排風(fēng)量為3931 m3/min，負(fù)壓為2500 Pa。該風(fēng)井服務(wù)Ⅳ2 采區(qū)。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定

根據(jù)阻力測(cè)定結(jié)果，測(cè)定路線的百米通風(fēng)阻力較高巷道見(jiàn)表1。

表1 百米通風(fēng)阻力較高巷道表

根據(jù)測(cè)定情況，得出如下結(jié)論：

（1）東風(fēng)井系統(tǒng)和西風(fēng)井系統(tǒng)三條路線上回風(fēng)段阻力均偏高。

（2）三條測(cè)定路線的阻力較大的巷道有Ⅱ水平回風(fēng)巷、東風(fēng)井井筒、副暗串車(chē)斜巷、E Ⅲ51 回風(fēng)上山、Ⅲ62 回風(fēng)上山上段、N Ⅱ52 回風(fēng)改造、Ⅲ62 回風(fēng)上山等，均超過(guò)200P a。無(wú)風(fēng)速超限巷道。

（3）東風(fēng)井系統(tǒng)最困難阻力路線經(jīng)過(guò)E Ⅲ5111 工作面的通路，流程為10 095 m；西風(fēng)井系統(tǒng)最困難阻力路線經(jīng)過(guò)Ⅳ623 切眼的通路，流程為10 812 m。

（4）模擬的最大阻力路線、阻力分布與實(shí)測(cè)最大阻力路線與阻力分布基本一致。

（5）東風(fēng)井和西風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)與實(shí)際基本一致；東風(fēng)井水柱計(jì)讀數(shù)為2400 Pa，模擬結(jié)果為2316 Pa；西風(fēng)井水柱計(jì)讀數(shù)為2250 Pa，模擬結(jié)果為2250 Pa；礦井所有巷道的風(fēng)量誤差控制在5%以內(nèi)。

1.3 通風(fēng)系統(tǒng)存在問(wèn)題

（1）隨著楊莊煤礦開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，礦井已形成多采區(qū)、多作業(yè)地點(diǎn)同時(shí)作業(yè)，造成通風(fēng)線路長(zhǎng)度不斷增加，礦井逐步出現(xiàn)通風(fēng)能力不足現(xiàn)象。

（2）已開(kāi)采結(jié)束的Ⅲ1 采區(qū)、Ⅲ64 采區(qū)、Ⅳ2采區(qū)、Ⅲ53 及Ⅳ53 未及時(shí)封閉，采區(qū)巷道全長(zhǎng)超過(guò)35 000 m。這些巷道中有的已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)服務(wù)年限，巷道變形失修嚴(yán)重，通風(fēng)斷面小，造成礦井通風(fēng)阻力增大，且局部地段漏風(fēng)嚴(yán)重。當(dāng)前需要進(jìn)行維修來(lái)維持礦井正常通風(fēng)，巷道修復(fù)工程量比較大。

（3）井下部分通風(fēng)設(shè)施老化，也造成了井下出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象。

（4）由于人員力量不足，為了保證礦井通風(fēng)正常，日常構(gòu)筑的臨時(shí)通風(fēng)設(shè)施比較多，造成通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定，需要構(gòu)筑永久通風(fēng)設(shè)施。

綜上，隨著礦井的開(kāi)采和采區(qū)不斷收縮，通風(fēng)系統(tǒng)已直接影響到礦井生產(chǎn)采區(qū)的正常供風(fēng)，出現(xiàn)采掘作業(yè)地點(diǎn)風(fēng)量不足的問(wèn)題。因此，無(wú)論是從礦井采區(qū)收縮、老巷道封閉需要考慮，還是從礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的不安全因素（生產(chǎn)采區(qū)供風(fēng)量不足）考慮，都有必要對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)的總體原則是設(shè)計(jì)的方案系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全可靠、技術(shù)可行、可操作性強(qiáng)，同時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)合理，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)遵循以下原則：

（1）及時(shí)關(guān)閉已結(jié)束的采區(qū)，減少不必要的風(fēng)量投入。

（2）增強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，各作業(yè)地點(diǎn)用風(fēng)量能夠滿足要求且保持風(fēng)流方向不發(fā)生改變。

（3）充分合理利用現(xiàn)有的巷道和通風(fēng)設(shè)備，將其潛力充分地發(fā)揮出來(lái)并能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。（4）盡量減少或避免開(kāi)拓掘進(jìn)工程項(xiàng)目投入。（5）盡量減少外部漏風(fēng)和內(nèi)部漏風(fēng)，提高礦井有效風(fēng)量率。

（6）在改善礦井通風(fēng)效果的基礎(chǔ)上，盡量減少能耗，以提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的主要評(píng)判指標(biāo)

評(píng)判通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化是否符合要求，總結(jié)起來(lái)主要有三個(gè)方面的評(píng)定指標(biāo)（如圖2），在三個(gè)大的評(píng)定指標(biāo)中可以將其細(xì)分成若干個(gè)子指標(biāo)，而這些子指標(biāo)的數(shù)量又可以根據(jù)對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)分析情況的要求不同進(jìn)行適當(dāng)增減。

圖2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)改造方案

根據(jù)礦井生產(chǎn)作業(yè)安排及人員力量、裝備等實(shí)際情況，經(jīng)認(rèn)真研究，制定了礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案為：

（1）對(duì)已開(kāi)采結(jié)束的Ⅲ1 采區(qū)、Ⅲ64 采區(qū)、Ⅳ2 采區(qū)、Ⅲ53 采區(qū)和Ⅳ53 采區(qū)進(jìn)行永久封閉，縮短通風(fēng)線路，降低礦井通風(fēng)阻力，減少采區(qū)漏風(fēng)；

（2）根據(jù)各采區(qū)封閉的時(shí)間，逐步調(diào)整東風(fēng)井風(fēng)機(jī)葉片角度，減小礦井通風(fēng)負(fù)壓；

（3）在保證礦井風(fēng)流滿足要求的前提下，將西翼風(fēng)井風(fēng)機(jī)調(diào)整為單級(jí)運(yùn)行，減小風(fēng)機(jī)電力消耗。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 優(yōu)化改造后礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖

2.4 方案的可行性分析

（1）采區(qū)收縮封閉前后礦井總回風(fēng)量減少3956 m3/min，收縮后的東風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)由兩翼通風(fēng)變?yōu)閱我硗L(fēng)，系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，運(yùn)行更加可靠，為礦井通風(fēng)安全打下了基礎(chǔ)。

（2）采區(qū)收縮封閉后甩掉35 000 多米的老巷道，大大減少了礦井巷道修護(hù)的工作量和人員力量投入，提高了安全系數(shù)。

（3）通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，減少通風(fēng)距離2200 m，大大降低通風(fēng)阻力。

（4）采區(qū)封閉期間考慮好封閉墻的施工順序，在施工期間執(zhí)行好高負(fù)壓區(qū)墻體施工的安全技術(shù)措施落實(shí)和施工工藝流程的監(jiān)督。

（5）采區(qū)封閉期間應(yīng)考慮對(duì)風(fēng)機(jī)的影響，不能一次性地把所有的墻建好，要留設(shè)調(diào)節(jié)孔，并做好放風(fēng)降阻的準(zhǔn)備工作。

綜上分析可知，此方案的系統(tǒng)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠，投資較少，施工工期短，具有可操作性。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的安全和經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 安全效益

（1）隨著礦井開(kāi)采結(jié)束采區(qū)的逐步封閉，通風(fēng)線路長(zhǎng)度縮短了2200 多米，簡(jiǎn)化了通風(fēng)系統(tǒng)，減少了采空區(qū)漏風(fēng)，降低了通風(fēng)阻力，礦井的防災(zāi)抗災(zāi)能力大大增強(qiáng)。

（2）降低了老舊巷道的維修和巡查工作，減少了巷道維修工作量和人員力量投入，提高了礦井安全系數(shù)。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）降低了礦井風(fēng)機(jī)電力消耗

當(dāng)前兩風(fēng)井風(fēng)機(jī)總電耗為78 萬(wàn)kW·h/月（東風(fēng)井：52 萬(wàn)kW·h/月；西風(fēng)井：26 萬(wàn)kW·h/月）。系統(tǒng)優(yōu)化后由計(jì)算分析得出，每月可節(jié)約用電30萬(wàn)kW·h。

（2）減少了巷道維護(hù)費(fèi)用

系統(tǒng)優(yōu)化后，減少了對(duì)報(bào)廢的Ⅲ1、Ⅲ64、Ⅳ2、Ⅲ53 及Ⅳ53 等老采區(qū)失修巷道維護(hù)的人員和材料的投入，報(bào)廢老采區(qū)封閉墻等通風(fēng)設(shè)施共計(jì)35 處，封閉巷道35 000 多米，每年凈節(jié)約維修成本150 萬(wàn)元，間接地提高了礦井經(jīng)濟(jì)效益。

（3）減少了人員投入

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，礦井由原來(lái)的3 個(gè)活動(dòng)采區(qū)降為1 個(gè)活動(dòng)采區(qū)，減少采區(qū)的巡查維護(hù)人員，提高活動(dòng)采區(qū)工作人員的配比，緩解了老礦井人員力量緊張的壓力。

4 結(jié)論

楊莊煤礦通過(guò)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造，縮短了通風(fēng)線路，減少了無(wú)作業(yè)活動(dòng)地點(diǎn)的用風(fēng)量，降低了礦井通風(fēng)阻力，減少了風(fēng)機(jī)電耗，減少了巷道維護(hù)費(fèi)用和人員力量投入，使通風(fēng)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，安全性和穩(wěn)定性大大提高，解決了礦井各作業(yè)地點(diǎn)供風(fēng)量不足的問(wèn)題，提高了礦井抗災(zāi)防災(zāi)能力，同時(shí)大大節(jié)約了礦井能耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。