崔佳斌

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)必不可少的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要為工作面提供充足的氧氣，凈化工作面的空氣，避免瓦斯爆炸、粉塵等事故，為作業(yè)人員和設(shè)備運(yùn)行提供舒適、安全的環(huán)境。通風(fēng)系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中存在隨機(jī)、動(dòng)態(tài)變化，其會(huì)根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度對(duì)風(fēng)量、風(fēng)速等參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整控制[1]。而且隨著工作面的不斷推進(jìn)，設(shè)計(jì)初期的通風(fēng)系統(tǒng)往往不能適應(yīng)新環(huán)境的生產(chǎn)需求。因此，對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)而言，需根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化改造，以保證工作面的生產(chǎn)安全性。本文將著重對(duì)礦井瓦斯通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，并對(duì)改造后通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。

1 礦井瓦斯通風(fēng)系統(tǒng)改造理論

礦井通風(fēng)系統(tǒng)指礦井所采用的通風(fēng)方式、通風(fēng)方法、通風(fēng)設(shè)施及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)等。其中通風(fēng)方式可分為對(duì)角式、混合式、區(qū)域式及中央式等。一般來說，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在如下問題，即需對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造：

1）隨著礦井生產(chǎn)效率的提升，生產(chǎn)能力的增加，當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)的性能無法滿足當(dāng)下生產(chǎn)能力的需求。

2）隨著工作面的不斷推進(jìn)、延伸，使得礦井的通風(fēng)系統(tǒng)較設(shè)計(jì)初期發(fā)生較大的變化。

3）隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，工作面瓦斯的涌出量急劇增加，原礦井通風(fēng)系統(tǒng)無法滿足瓦斯涌出量增加的需求。

4）在實(shí)際生產(chǎn)過程中，礦井的通風(fēng)阻力分配不合理或通風(fēng)阻力與通風(fēng)機(jī)的能力差異較大[2]。

在實(shí)際改造過程中，為保證最終改造效果，需遵循如下原則：

1）改造后的通風(fēng)系統(tǒng)必須符合獨(dú)立、合理及高可靠性的原則。

2）改造后的通風(fēng)系統(tǒng)可為生產(chǎn)工作面提供充足的風(fēng)量。

3）改造后的通風(fēng)系統(tǒng)可為生產(chǎn)工作面提供穩(wěn)定的風(fēng)流[3]。

一般來說，可從改造通風(fēng)機(jī)裝置、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)構(gòu)筑物及進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井的布置等方面對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 礦井瓦斯通風(fēng)系統(tǒng)改造實(shí)踐

2.1 工程概況

本文所研究煤礦的生產(chǎn)能力為30萬t/年，礦井煤層的傾角范圍為2°～5°，煤層的厚度為0.10～1.41 m，平均煤層厚度為0.79 m。經(jīng)對(duì)工作面瓦斯參數(shù)勘測可知，煤層瓦斯壓力為2.15 MPa，瓦斯的相對(duì)涌出量為25.48 m3/t，絕對(duì)涌出量為19.164 m3/min。

目前，礦井所采用的通風(fēng)系統(tǒng)為邊界式通風(fēng)系統(tǒng)，包括一個(gè)進(jìn)風(fēng)立井和一個(gè)回風(fēng)斜井，所采用通風(fēng)機(jī)以抽出式工作，整個(gè)通風(fēng)路徑從進(jìn)風(fēng)立井-水平運(yùn)輸大巷-回采工作面-回風(fēng)巷道-回風(fēng)上山-回風(fēng)斜井。所選用通風(fēng)機(jī)的參數(shù)如表1所示。

表1 通風(fēng)機(jī)型號(hào)及參數(shù)

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場勘測可知，礦井工作面的瓦斯主要來源于采空區(qū)，具體數(shù)值為10.88 m3/min，所占比例為57%；其次為采煤區(qū)域瓦斯的涌出量，具體數(shù)值為5.38 m3/min，所占比例為28%；最后為掘進(jìn)區(qū)域所涌出的瓦斯量，具體數(shù)值為2.82 m3/min，所占比例為15%。

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，可將當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題總結(jié)如下：

1）工作面的通風(fēng)阻力值最大可達(dá)到3 877.7 Pa，遠(yuǎn)大于通風(fēng)機(jī)的最大負(fù)壓，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗增加，最終導(dǎo)致礦井的整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較差。

2）從理論上講，對(duì)于高瓦斯礦井最佳通風(fēng)方式應(yīng)為分區(qū)式或?qū)鞘?，而?dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的通風(fēng)方式為并列式通風(fēng)。

3）導(dǎo)致工作面通風(fēng)阻力過大的一個(gè)重要原因是巷道斷面面積過小。

4）目前礦井所配置通風(fēng)機(jī)相對(duì)陳舊、工作面漏風(fēng)點(diǎn)較多，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)的有效風(fēng)量率小于85%，從而使得瓦斯主要聚集在回風(fēng)巷和隅角中[4]。

2.3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案的設(shè)計(jì)

結(jié)合礦井通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及改造所遵循的原則，對(duì)當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，旨在解決當(dāng)前工作面通風(fēng)量不足、通風(fēng)線路過長及負(fù)壓過高等問題。為此，本節(jié)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)如下三種改造方案：

1）保持通風(fēng)方式不變，更換當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)中的主通風(fēng)機(jī)，對(duì)瓦斯集中巷道進(jìn)行擴(kuò)修，增大其斷面面積。

2）將原一進(jìn)一回的通風(fēng)方式改為二進(jìn)一回，其中在原通風(fēng)方式的基礎(chǔ)上在煤礦西邊界新增一個(gè)進(jìn)風(fēng)井。

3）增加對(duì)工作面煤層瓦斯的抽采力度，降低煤層瓦斯的涌出量；將并列式通風(fēng)系統(tǒng)改造為對(duì)角式通風(fēng)方式[5]。

上述三種改造方案的優(yōu)劣性對(duì)比如下：

方案一：該改造方案具有成本較小、工作量小、對(duì)生產(chǎn)影響較小的優(yōu)勢；劣勢為工作面風(fēng)量增加，但是風(fēng)阻大的問題未解決。

方案二：該改造方案具有降低工作面通風(fēng)阻力的優(yōu)勢；劣勢為整個(gè)改造耗時(shí)較長、工作量較大，可能存在風(fēng)速降低、瓦斯超標(biāo)的問題。

方案三：該改造方案具有滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)范要求，可降低工作面通風(fēng)阻力，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)影響較小的優(yōu)勢；劣勢為新增一條巷道的工作量大，成本較高。

綜合對(duì)上述三種改造方案的優(yōu)劣勢進(jìn)行對(duì)比，方案三的改造雖然成本及工程量較大，但是能夠解決當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際問題。因此，最終采用方案三對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3 通風(fēng)改造方案的應(yīng)用效果

將本文所設(shè)計(jì)的改造方案三應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，并對(duì)改造前后通風(fēng)系統(tǒng)總回風(fēng)量、通風(fēng)阻力、礦井等積孔、通風(fēng)機(jī)功率和能耗等方面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 通風(fēng)系統(tǒng)改造效果對(duì)比

由表2可知，改造后的應(yīng)用效果如下：

1）將工作面原G4-73-11NO25D通風(fēng)機(jī)更換為FBCDZ-No14通風(fēng)機(jī)，經(jīng)現(xiàn)場勘測可知，改造后工作面的總回風(fēng)量為55.09 m3/s，而礦井最大需風(fēng)量為53.50 m3/s，滿足要求。

2）經(jīng)設(shè)計(jì)改造后，工作面的通風(fēng)阻力由之前的3 877.70 Pa降低為1 089.39 Pa，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)阻力與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的相互匹配。

3）改造后，礦井等積孔由1.21 m2增大至2.01 m2，使得工作面的通風(fēng)更加容易。

4）改造后工作面所配置通風(fēng)機(jī)的功率由260 kW降低為170 kW，而且每年可節(jié)約通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行成本約65萬元。

4 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦的“肺”，其可降低工作面瓦斯、有害氣體及粉塵的濃度，為作業(yè)人員及設(shè)備安全運(yùn)行提供安全、舒適的環(huán)境。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中隨著工作面的延伸、擴(kuò)產(chǎn)及設(shè)備老化等問題導(dǎo)致設(shè)計(jì)初期的通風(fēng)系統(tǒng)無法一直滿足實(shí)際生產(chǎn)的通風(fēng)需求。為此，需定期對(duì)工作面通風(fēng)量、風(fēng)阻及瓦斯等有害氣體進(jìn)行監(jiān)測，并實(shí)時(shí)采用最佳方案對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以保證生產(chǎn)安全。