王 超

（華陽集團(tuán)山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 晉中 045400）

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

山西某礦升級生產(chǎn)能力為220 萬t/年，井田開采面積為3.69 m3，批準(zhǔn)開采2 號、3 號、7 號、9 號及11 號煤層。礦井已回采超過50 年，淺部的煤炭資源已回采完畢，現(xiàn)采掘工作面逐步向深部的9 號以及11 號煤層轉(zhuǎn)移。9 號煤層厚度平均3.9 m，瓦斯含量9.5 m3/t，頂?shù)装鍘r性以泥巖、粉砂巖為主；11 號煤層厚度平均5.9 m，瓦斯含量10.8 m3/t，頂?shù)装鍘r性均為砂質(zhì)泥巖。礦井9 號煤層以及11 號煤層回采工作面均采用綜采回采工藝，由于9 號煤與11 號煤層間距在60 m 以內(nèi)，11 號煤處于9 號煤保護(hù)開采范圍。

1.2 礦井通風(fēng)概況

礦井通風(fēng)方式采用中央并列式，在回風(fēng)風(fēng)井布置2 臺主要通風(fēng)機(jī)（型號FBCDZ54-6-No18），配套使用的電機(jī)功率為2×75kW，回風(fēng)井凈斷面為11.5m2，采用料石砌碹支護(hù)。礦井主要回采巷道均采用砌碹、錨網(wǎng)索或者U型鋼支護(hù)。

隨著礦井采掘深部的增加，回采的煤層瓦斯涌出量增大、通風(fēng)線路邊長、風(fēng)阻增加，同時(shí)井下分布有多個(gè)用風(fēng)點(diǎn)，給礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性帶來較大的挑戰(zhàn)。

2 礦井通風(fēng)現(xiàn)狀分析

2.1 通風(fēng)阻力測定

為了準(zhǔn)確掌握礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，并為后續(xù)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供切實(shí)可行的參考。提出采用氣壓計(jì)法對礦井通風(fēng)系統(tǒng)各段風(fēng)壓進(jìn)行測定，并通過風(fēng)表、卷尺以及溫度計(jì)等測定各斷面風(fēng)速、斷面以及溫度[1-3]。采用的2 臺氣壓計(jì)使用前先對時(shí)間進(jìn)行校對，其中一臺布置在進(jìn)風(fēng)口、一臺對測定線路內(nèi)各段風(fēng)壓進(jìn)行測定，每間隔1 min 測定一次氣壓數(shù)據(jù)，同時(shí)測定巷道內(nèi)風(fēng)速、斷面以及溫度等參數(shù)。

在井下通風(fēng)阻力測定線路中選擇時(shí)應(yīng)遵循下述原則[4-6]：選擇通風(fēng)風(fēng)量較大且經(jīng)過采煤工作面的通風(fēng)路線作為測定路線；測定路線內(nèi)應(yīng)具有較長的通風(fēng)路線且包含多種形式的巷道類型、支護(hù)形式；選用便于測定且沿主風(fēng)流方向的路線作為測定路線。根據(jù)上述原則并結(jié)合礦井實(shí)際情況，井下選擇有3 條測風(fēng)路線。

2.2 通風(fēng)阻力測定結(jié)果分析

具體確定的3 條測定路線中風(fēng)阻測定值以及占比情況見表1，通風(fēng)阻力分布見圖1。通過對通風(fēng)阻力測定以及分析，發(fā)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在一定問題。

表1 風(fēng)阻測定值以及占比情況

圖1 通風(fēng)阻力分布圖

1）I 線路中進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段以及回風(fēng)段通風(fēng)阻力分別為303.78 Pa、197.56 Pa 以及635.57 Pa。用風(fēng)段通風(fēng)阻力占比較小，為17.38%，主要是用風(fēng)段長度較小導(dǎo)致；回風(fēng)段通風(fēng)阻力測定值為635.57 Pa，占比達(dá)到55.90%，回風(fēng)段通風(fēng)阻力占比較高的主要原因?yàn)椋夯仫L(fēng)段內(nèi)雜亂布置有各類雜物，同時(shí)部分位置巷道變形嚴(yán)重、斷面積較小，從而使得局部通風(fēng)阻力顯著增加。II 線路中進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段以及回風(fēng)段通風(fēng)阻力分別為275.61 Pa、345.67 Pa、583.64 Pa，回風(fēng)段通風(fēng)阻力占比較高，主要是由于回風(fēng)段中3 采區(qū)運(yùn)輸巷局部通風(fēng)阻力較大，從而使得回風(fēng)巷段通風(fēng)阻力占比增加。線路III 中由于5 采區(qū)回采接近結(jié)束，在通風(fēng)線路中增加布置有通風(fēng)調(diào)節(jié)措施，使得通風(fēng)線路中局部風(fēng)阻有所增加，雖然用風(fēng)段長度較短，但是通風(fēng)阻力占比可達(dá)到50.81%。

2）井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)及通風(fēng)系統(tǒng)均較為復(fù)雜，通風(fēng)巷道多、用風(fēng)點(diǎn)分散，如井下3 采區(qū)部分巷道僅有少量微風(fēng)，部分巷道存在通風(fēng)風(fēng)流不穩(wěn)定問題。

3）通風(fēng)系統(tǒng)中局部位置通風(fēng)阻力高，選用的3條測定線路中回風(fēng)段風(fēng)阻普遍較高，主要是回風(fēng)段巷道內(nèi)擺放有雜物且碼放不整齊，通風(fēng)斷面小以及部分位置巷道變形嚴(yán)重等導(dǎo)致。在II 測定路線中由于用風(fēng)段布置有多個(gè)風(fēng)量調(diào)節(jié)設(shè)施，從而導(dǎo)致風(fēng)阻顯著增加。

4）井下通風(fēng)線路中布置有多處通風(fēng)設(shè)施，但是存在通風(fēng)設(shè)施安裝質(zhì)量不到位、漏風(fēng)量較大等問題，從而使得通風(fēng)系統(tǒng)中存在較高的內(nèi)部漏風(fēng)量，現(xiàn)場實(shí)測為26.6%。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

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

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后不僅可滿足當(dāng)前階段通風(fēng)需要，而且可兼顧后續(xù)生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)礦井通風(fēng)要求。根據(jù)礦井后續(xù)開采計(jì)劃，優(yōu)化后的通風(fēng)方案應(yīng)可以滿足后續(xù)9 號煤層3906、3908 綜采工作面以及11 號煤層51102、51106 等綜采工作面通風(fēng)需要。為此，提出以下三種通風(fēng)優(yōu)化方案：方案1，提升回風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)能效，并采取合適措施降低通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部、外部漏風(fēng)率；方案2，更換回風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)；方案3，刷擴(kuò)礦井回風(fēng)段通風(fēng)阻力較大巷道段斷面、及時(shí)密閉不需要用風(fēng)位置、拆除部分通風(fēng)機(jī)，并將主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)片角度增加至9°。

3.2 通風(fēng)優(yōu)化方案優(yōu)選及實(shí)施

采用計(jì)算機(jī)對各通風(fēng)方案進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算，從而得到最合適礦井實(shí)際的優(yōu)化方案。采用方案1時(shí)，礦井總風(fēng)量在3 000 m3/min 以內(nèi)時(shí)，礦井通風(fēng)總風(fēng)阻應(yīng)在1 500 Pa 以內(nèi)，但是礦井現(xiàn)階段總風(fēng)阻已經(jīng)達(dá)到1 388.7 Pa，采取封堵漏風(fēng)點(diǎn)、降阻措施后可滿足通風(fēng)需要；方案2 雖然也滿足井下通風(fēng)需要，但是存在改造成本高、對礦井正?；貋碛绊懘?、優(yōu)化效率低等問題；方案3 對礦井回風(fēng)段高阻區(qū)進(jìn)行針對性降阻，且密閉不需要用風(fēng)點(diǎn)、拆除無用的通風(fēng)設(shè)施等措施，此種改造方案在礦井正常生產(chǎn)時(shí)即可完成，增加風(fēng)葉角度增加至9°后可滿足井下各用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量需要，同時(shí)該方案通風(fēng)優(yōu)化成本較低、效率高。為此，礦井通風(fēng)采用此方案。

具體通風(fēng)系統(tǒng)高阻段主要分布在3 采區(qū)運(yùn)輸巷、5采區(qū)回風(fēng)段以及主回風(fēng)大巷等，需針對性進(jìn)行修整。

4 結(jié)語

采用降低井下通風(fēng)阻力、密閉采空區(qū)、修整或者拆除通風(fēng)設(shè)施，增加主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓角等通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化措施后，可滿足礦井深部回采時(shí)通風(fēng)需要。研究成果可為其他礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。