李恒江

（霍州煤電集團(tuán)呂臨能化公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

0 引言

煤礦生產(chǎn)過程中常見災(zāi)害的有五大災(zāi)害，包括水災(zāi)、火災(zāi)、瓦斯、煤塵以及頂板災(zāi)害，這些災(zāi)害直接影響到煤礦工人的身體健康和生命安全[1-2]。在各大煤礦系統(tǒng)中，通風(fēng)系統(tǒng)是最重要子系統(tǒng)之一[3]。據(jù)相關(guān)資料顯示，目前仍然存在著大量因?yàn)榈V井通風(fēng)系統(tǒng)的不合理而導(dǎo)致井下瓦斯爆炸事故的發(fā)生，直接影響礦井的安全高效生產(chǎn)[4-5]，可見煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的重要性。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的不合理主要包括設(shè)計(jì)不合理、監(jiān)控檢測不及時(shí)以及通風(fēng)設(shè)備的老化不健全等[6-9]。

目前，國家大力扶持生產(chǎn)礦井大型化、集約化，便于煤礦安全高效開采，為響應(yīng)國家政策號(hào)召，原龐龐塔煤礦與呂臨能化千萬噸礦井重組合并成為龐龐塔煤礦千萬噸特大型礦井，以實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量1 000萬t。原龐龐塔煤礦與呂臨能化千萬噸礦井屬于2個(gè)獨(dú)立的生產(chǎn)礦井，相距約7.5 km，2個(gè)系統(tǒng)通過750大巷實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整合。本文以龐龐塔煤礦千萬噸礦井為工程背景，通過分析煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的作用及意義，介紹龐龐塔煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，進(jìn)行了千萬噸礦井生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性分析，計(jì)算了龐龐塔煤礦雙H型通風(fēng)系統(tǒng)等效風(fēng)阻，為解決通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考，具有重要的指導(dǎo)意義。

1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的作用及意義

煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行對(duì)礦井的安全生產(chǎn)具有重要的作用，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的主要作用及意義總結(jié)如下：

1）提供新鮮風(fēng)流于各種采掘工作面以及巷硐用風(fēng)地點(diǎn)（提供O2等）。

2）提供新鮮風(fēng)流稀釋礦井內(nèi)存在的有毒有害氣體，保證井下各氣體濃度（CO、CH4等）滿足煤礦安全規(guī)程。

3）調(diào)整井下巷道溫度，確保井下溫度適宜工人的正常工作以及機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4）系統(tǒng)化控制煤礦通風(fēng)系統(tǒng)，提高礦井抗災(zāi)能力，減少礦井災(zāi)害事故的發(fā)生。

近年來，政府和企業(yè)越來越重視安全工作，針對(duì)煤礦瓦斯事故，政府企業(yè)制定完善了更加系統(tǒng)規(guī)范的煤礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)礦井空氣、溫度等提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。

2 龐龐塔煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

龐龐塔煤礦位于呂梁臨縣，主采5號(hào)和9號(hào)煤層，其中，5號(hào)煤層位于山西組，賦存條件較好，煤層平均厚度約6.2 m，屬厚煤層，9號(hào)煤層距5號(hào)煤層40.90～56.15 m，位于太原組中下部，煤層厚度不一，平均厚度為9.56 m，屬特厚煤層。

2018年，750大巷將原龐龐塔煤礦（簡稱南區(qū)）與呂臨能化千萬噸礦井（簡稱北區(qū)）屬于2個(gè)生產(chǎn)礦井貫通，礦井采用抽出式通風(fēng)，為中央分列式。

1）原龐龐塔煤礦通風(fēng)系統(tǒng)：3個(gè)進(jìn)風(fēng)井、1個(gè)回風(fēng)井，3個(gè)進(jìn)風(fēng)井包括主斜井、副斜井、行人斜井，回風(fēng)井為吉家莊回風(fēng)井，主要通風(fēng)機(jī)“1用1備”，型號(hào)FBCDZ-10-N034B，電機(jī)功率、電壓等級(jí)、電流、轉(zhuǎn)速分別為2×710 kW、6 000 V、88.6 A、580 r/min，風(fēng)壓和排風(fēng)量分別為1 470～3 680 Pa、8 600～18 010 m3/min。

2）呂臨能化千萬噸礦井通風(fēng)系統(tǒng)：3個(gè)進(jìn)風(fēng)井、1個(gè)回風(fēng)井，3個(gè)進(jìn)風(fēng)井包括主斜井、1號(hào)副斜井、2號(hào)副斜井，回風(fēng)井為程家塔回風(fēng)井，主要通風(fēng)機(jī)“1用1備”，型號(hào)FBCDZ10-No36，電機(jī)功率、電壓等級(jí)、電流、轉(zhuǎn)速分別為2×710 kW、6 000 V、56.6 A、580 r/min，風(fēng)壓和排風(fēng)量分別為1 294～4 123 Pa、11 820～20 700 m3/min。

3 龐龐塔煤礦生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性分析

3.1 生產(chǎn)計(jì)劃

龐龐塔煤礦工作面采掘規(guī)劃：①5-108工作面（北區(qū)一采區(qū)）北區(qū)開采；②5-401工作面（主區(qū)四采區(qū)）5-202工作面（主區(qū)二采區(qū)）九采區(qū)5號(hào)煤層（南區(qū)）；③9-301工作面（南區(qū)三采區(qū)）9-101工作面（南區(qū)一采區(qū)）五采區(qū)9號(hào)煤層（南區(qū)）九采區(qū)9號(hào)煤層（南區(qū)）。預(yù)計(jì)2024年，南區(qū)五采區(qū)和九采區(qū)同時(shí)生產(chǎn)準(zhǔn)備，此外，各采區(qū)生產(chǎn)，均保證1個(gè)采煤面、2個(gè)備采面、2個(gè)掘進(jìn)面。

3.2 生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性分析

由3.1節(jié)生產(chǎn)計(jì)劃可知，南區(qū)五采區(qū)和九采區(qū)將面臨同時(shí)生產(chǎn)準(zhǔn)備，此時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)面臨一定的挑戰(zhàn)，按照通風(fēng)系統(tǒng)能力，預(yù)計(jì)形成采區(qū)聯(lián)合年生產(chǎn)5 Mt規(guī)模或九采區(qū)年生產(chǎn)3 Mt規(guī)模，因此需要對(duì)通風(fēng)能力進(jìn)行可行性分析。

1）采區(qū)聯(lián)合年生產(chǎn)5 Mt規(guī)模需2個(gè)生產(chǎn)面、2個(gè)備采面、6個(gè)掘進(jìn)面，加上其它用風(fēng)地點(diǎn)，生產(chǎn)面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)1 500 m3/min，備采面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)750 m3/min，掘進(jìn)面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)540 m3/min，加上其它用風(fēng)地點(diǎn)約5 950 m3/min，共計(jì)最小需風(fēng)量13 690 m3/min。設(shè)計(jì)3種采區(qū)聯(lián)合年生產(chǎn)5 Mt規(guī)模時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)方案，具體如下：①采用吉家莊回風(fēng)井現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)時(shí)，九采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)與主系統(tǒng)形成2進(jìn)1回（即750輔運(yùn)巷和皮帶巷進(jìn)風(fēng)、750回風(fēng)巷回風(fēng)），核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，得到礦井總風(fēng)量為13 385 m3/min，屬欠風(fēng)狀態(tài)，因此僅采用吉家莊回風(fēng)井現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)不能滿足年生產(chǎn)5 Mt規(guī)模通風(fēng)要求；②采用吉家莊回風(fēng)井回風(fēng)，并更換現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)時(shí)，同樣，九采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)與主系統(tǒng)形成2進(jìn)1回，核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，礦井需風(fēng)量16 800 m3/min，但其形成工作阻力高達(dá)4 528 Pa，風(fēng)機(jī)可靠性降低；③增設(shè)回風(fēng)大巷，九采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)與主系統(tǒng)形成2進(jìn)2回（回風(fēng)井包括吉家莊和程家塔回風(fēng)井）通風(fēng)系統(tǒng)，核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，礦井需風(fēng)量16 200 m3/min，形成最大工作阻力3 511 Pa，相比方案b，工作阻力較小，但增設(shè)回風(fēng)大巷成本較高。

2）九采區(qū)年生產(chǎn)3 Mt規(guī)模需1個(gè)生產(chǎn)面、1個(gè)備采面、4個(gè)掘進(jìn)面，加上其它用風(fēng)地點(diǎn)，生產(chǎn)面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)1 500 m3/min，備采面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)750 m3/min，掘進(jìn)面配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)540 m3/min，加上其它用風(fēng)地點(diǎn)約5 950 m3/min，共計(jì)最小需風(fēng)量10 360 m3/min。采用吉家莊回風(fēng)井現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)時(shí)，核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，礦井需風(fēng)量12 300 m3/min，形成最大工作阻力3 571 Pa。

3）增設(shè)棗林回風(fēng)井，建立九采區(qū)獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)，核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，礦井需風(fēng)量7 200 m3/min，形成最大工作阻力1 353Pa，同時(shí)該回風(fēng)井可為主通風(fēng)系統(tǒng)提供2 000 m3/min進(jìn)風(fēng)。

4）增設(shè)棗林進(jìn)風(fēng)井，建立九采區(qū)9號(hào)煤層和十采區(qū)5號(hào)煤層聯(lián)合通風(fēng)系統(tǒng)，2個(gè)生產(chǎn)面、6個(gè)掘進(jìn)面，加上其它用風(fēng)地點(diǎn)，其中九采區(qū)9號(hào)煤層需風(fēng)量3 000 m3/min，核算礦井總風(fēng)量和阻力等因素，礦井需風(fēng)量16 200 m3/min，形成最大工作阻力2 885 Pa，通風(fēng)相對(duì)困難，但可滿足需求。

表1 龐龐塔煤礦生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性方案

4 通風(fēng)系統(tǒng)等效風(fēng)阻計(jì)算

龐龐塔煤礦南區(qū)投產(chǎn)后，形成雙H型通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，圖1給出了雙H型通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等效風(fēng)路圖，該通風(fēng)系統(tǒng)極易造成通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定，如圖所示，e1、e2、e3、e4、e5、e6分別等價(jià)于北區(qū)等效進(jìn)風(fēng)風(fēng)路、北區(qū)等效回風(fēng)風(fēng)路、主區(qū)等效進(jìn)風(fēng)風(fēng)路、主區(qū)回風(fēng)回風(fēng)風(fēng)路、南區(qū)等效進(jìn)風(fēng)風(fēng)路、南區(qū)等效回風(fēng)風(fēng)路，e7和e8分別為750大巷和750大巷南延巷。

圖1 雙H型通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)等效風(fēng)路圖

計(jì)算得到e1風(fēng)路等效阻力169.167 Pa、等效風(fēng)量183.48 m3/s、等效風(fēng)阻0.005 02 N·s2/m8；e2風(fēng)路等效阻力356.832 Pa、等效風(fēng)量130.18 m3/s、等效風(fēng)阻0.021 05 N·s2/m8；e3風(fēng)路等效阻力968.494 Pa、等效風(fēng)量104.19 m3/s、等效風(fēng)阻0.089 21 N·s2/m8；e4風(fēng)路等效阻力1 589.72 Pa、等效風(fēng)量190.51 m3/s、等效風(fēng)阻0.043 80 N·s2/m8；e5風(fēng)路等效阻力907.316 Pa、等效風(fēng)量153.02 m3/s、等效風(fēng)阻0.038 74 N·s2/m8；e6風(fēng)路等效阻力449.28 Pa、等效風(fēng)量120.00 m3/s、等效風(fēng)阻0.031 20 N·s2/m8；e7風(fēng)路等效阻力796.807 Pa、等效風(fēng)量53.30 m3/s、等效風(fēng)阻0.280 47 N·s2/m8；e8風(fēng)路等效阻力58.657 1 Pa、等效風(fēng)量33.02 m3/s、等效風(fēng)阻0.053 79 N·s2/m8。

礦井最大風(fēng)阻路線包括e1e2、e5e4、e5e6，其中，e1、e2路線風(fēng)阻約525 Pa，e5、e4路線風(fēng)阻約2 549 Pa，e5、e6路線風(fēng)阻約1 355 Pa，其中e5、e4路線等效風(fēng)阻最大，表明該路線通風(fēng)性對(duì)困難，當(dāng)九、十采區(qū)聯(lián)合生產(chǎn)可在南區(qū)進(jìn)風(fēng)段風(fēng)路（e5）安裝通風(fēng)調(diào)節(jié)設(shè)施，減小南區(qū)風(fēng)量向北區(qū)供給，優(yōu)先保障九、十采區(qū)的風(fēng)量供給。

5 結(jié)論

本文以原龐龐塔煤礦與呂臨能化千萬噸礦井重組后的通風(fēng)系統(tǒng)整合為背景，分析了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的作用及意義，介紹了龐龐塔煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀和生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃，設(shè)計(jì)分析了礦井生產(chǎn)接續(xù)通風(fēng)可行性，指出當(dāng)九、十采區(qū)聯(lián)合生產(chǎn)應(yīng)優(yōu)先保障九、十采區(qū)的風(fēng)量供給，為龐龐塔煤礦通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供基礎(chǔ)。