閆偉,胡雙虎,宋國彥,華星月
(1.祥升煤業(yè)集團通防部 山西 晉中 030600;2.遼寧工程技術大學系統(tǒng)工程研究所 遼寧 葫蘆島 125105)
祥升煤業(yè)地處壽陽縣解愁鄉(xiāng)石門村西,可開采煤層為3~15號,其開采深度為+1 159.9 m~+709.92 m,生產規(guī)模900 kt/a。12個拐點圈定井田規(guī)模,整合后井田為不規(guī)則多邊形結構。祥升煤業(yè)通風方式為分區(qū)式,通風方法為抽出式。全礦包括“二進一回”3個井筒,即兩個進風井:主斜井和副立井;一個回風井:回風立井。礦井進風量11 145 m3/min,回風量11 533.8 m3/min。各采掘工作面及硐室都實現(xiàn)獨立通風,不存在微風、無風區(qū)域。
礦井通風系統(tǒng)由通風設施裝備和通風網(wǎng)路結構組成,其安全性對防范和抵御災害事故的發(fā)生至關重要。礦井通風阻力指標則是衡量礦井通風能力的重要指標,而礦井阻力測定又是調查研究礦井通風系統(tǒng)、優(yōu)化通風系統(tǒng)、強化礦井通風安全管理的主要手段。因此,為全面掌握礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀并對其不合理之處進行優(yōu)化,對祥升煤業(yè)進行通風阻力測定。
對礦井通分阻力進行現(xiàn)場測定的過程中,由于受測量環(huán)境、器具、人員等因素的影響,測量結果存在一定誤差。如果方案制定得當,可以在保證精度的同時省時省力,提高效率[1]。因此,應根據(jù)潞安集團祥升煤業(yè)實際情況制定合理的井下通風測定方案。
據(jù)礦井現(xiàn)狀,結合本次阻力測定目的,在與基點法、同步法等比較后決定采用多參儀基點法。多參儀的測量方法不需要鋪設膠管和靜壓管,相比于其它測定方法,多參儀基點法具有省時省力,操作簡便的優(yōu)點。多參儀基點法是在主井口地面放置一臺多參議,利用另一臺同型號儀器按照一定路線順序在井下進行測定,再消除大氣壓的變化。在測定過程中,多參儀還測定構筑物兩側的氣壓差。
根據(jù)《礦井通風阻力測定方法》,同時考慮祥升巷道勘察的實際情況,主路選擇從入風井口,經(jīng)入風大巷、采區(qū)、回風大巷,回風井至風峒的通風路線;次要路線選擇除主路以外的其他通風路線。在測定過程中,可分段、分組測定較長路線。
本次測定共選擇上組煤路線1條,下組煤路線1條,合計共2條測定路線,即:
上組煤路線:祥升礦副立井—井下車場進風—6#層集中軌道巷—上組煤工作面進風—上組煤工作面—上組煤工作面回風—3#層集中回風巷—祥生礦回風立井;
下組煤路線:祥生礦副立井—井下車場進風—5#層集中軌道巷—清澈斜巷—東翼運輸巷—下組煤工作面進風—下組煤工作面—下組煤工作面回風—東翼回風巷—15#層集中回風巷—祥生礦回風立井。
通過對潞安集團祥升煤業(yè)通風系統(tǒng)的風量和阻力數(shù)據(jù)進行分析處理,風量值如表1所示。
表1 各風井風量匯總表
有效風量率作為反映礦井風量供應、衡量通風技術及其管理水平的重要依據(jù),根據(jù)要求,一般而言,有效風量率至少達到85%。從表2可見,上組煤礦井總進風量為105.7 m3/s,礦井總有效風量為112.26 m3/s,礦井內部有效風量率為94%;下組煤礦井總進風量為56.27 m3/s,礦井總有效風量為60.98 m3/s,礦井內部有效風量率為92%。因此,祥升煤業(yè)礦井內部有效風量滿足其安全生產需求。
表2 礦井實測風量統(tǒng)計表
路線選擇需考慮并聯(lián)風路、路線長度、支護形式等因素,而測點設置也要明確風流分岔點和巷道實際情況等,由此確定祥升煤業(yè)阻力測定的兩條路線:上組煤路線和下組煤路線。對測量數(shù)據(jù)進行分析,系統(tǒng)阻力分布結果如表3所示??芍辖M煤、下組煤的阻力分布平均。
表3 上組煤和下組煤的通風阻力累加表
此外,為明確祥升煤業(yè)具體阻力分布現(xiàn)狀,分別從進風段、用風段、回風段對礦井進行分析。具體情況如表4所示,可知:祥升煤業(yè)上組煤、下組煤進風段阻力占比為39.69%、36.79%,用風段阻力占比為33.54%、31.42%,回風段阻力占比為26.78%、31.79%,三段阻力分布基本合理。
表4 上組煤、下組煤各用風區(qū)占值比例
為了準確評判礦井的通分阻力,保證測評結果的準確度和可行度,需要分析礦井通風難易程度。[2]祥升煤業(yè)評判結果如表5所示,可表可知:上組煤、下組煤的等積孔分別為3.72 m2、2.33 m2,風阻值分別為0.1 Ns2/m8、0.26 Ns2/m8。據(jù)礦井通風難易程度分級標準的相關理論,兩條主要路線均滿足A>2 m2,通風難易程度為容易。
表5 礦井等積孔與風阻分析表
由于受井下測定條件的限制以及測定設備、儀表讀數(shù)等多種因素的影響,測定結果可能存在誤差,但只要將誤差控制在合理的范圍內,得到的結果依然具有較強的說服力[3]。
系統(tǒng)通風阻力測定誤差是指按通風機房水柱計讀數(shù)計算出的理論通風阻力與實測通風阻力相比較而得出的相對誤差,為了保證精度要求,其值一般要求5%。
依據(jù)測定結果,祥升煤業(yè)的通風系統(tǒng)誤差如表6所示,可以看出:上組煤、下組煤系統(tǒng)測定誤差分別為1.94%、1.74%。由此可得:兩條路線的阻力測定相對誤差均小于5%,達到礦井通風阻力測定的精度要求,一定程度上可作為礦井通風系統(tǒng)管理和優(yōu)化的信息基礎。
表6 通風系統(tǒng)測定誤差表
(1)潞安集團祥升煤業(yè)通風系統(tǒng)為混合抽出式,上組煤、下組煤總阻力分別為1426.73 Pa、1433.10 Pa,等積孔分別為3.72 m2、2.33 m2;上組煤進風段、用風段、回風段的阻力分配比例為39.69:33.54:26.78,下組煤進風段、用風段、回風段的阻力配比為36.79:31.42:31.79。因此,祥升煤業(yè)礦井的通分阻力分布情況比較合理,分布均勻。
(2)潞安集團祥升煤業(yè)上組煤礦井有效風量率為94%;下組煤礦井有效風量率為92%。因此,該礦井通風難易程度屬于容易,通風系統(tǒng)狀況良好,能夠滿足安全生產的需求。
(3)對此提出以下建議:礦井通風路線較長,應盡量縮短通風距離,減小礦井通風阻力[4]。部分巷道壁面既不規(guī)整,又存在斷面較小問題,應適當擴刷斷面從而降低局部阻力。