李沂瑋

（潞安集團(tuán)寺家莊有限責(zé)任公司，山西 昔陽(yáng) 045399）

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，煤礦瓦斯事故在所有事故中的占比較大，其均是由于瓦斯積聚而且工作面通風(fēng)能力無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求所導(dǎo)致?？梢?jiàn)，工作面通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)于保證生產(chǎn)的安全性具有重要意義。煤礦通風(fēng)機(jī)的可靠性可歸納為保證通風(fēng)量與各個(gè)生產(chǎn)能力相匹配；工作面通風(fēng)設(shè)施布置合理，抗災(zāi)能力強(qiáng)；通風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障少、工況合理、運(yùn)行效率高[1]。本文將著重對(duì)通風(fēng)機(jī)在實(shí)際工況中的失穩(wěn)現(xiàn)象進(jìn)行研究，并以實(shí)例研究針對(duì)性的提出改造方案。具體闡述如下：

1 工程概況

本文所研究某煤礦在當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的總進(jìn)風(fēng)量為10 732 m3/min。經(jīng)專業(yè)團(tuán)隊(duì)測(cè)量可知，該煤礦瓦斯的絕對(duì)涌出量為17.75 m3/min，相對(duì)涌出量為11.73 m3/t。為保證生產(chǎn)的安全性，在采取最基本的通風(fēng)措施外，從開(kāi)采初期通過(guò)瓦斯抽放系統(tǒng)對(duì)煤層的瓦斯進(jìn)行抽放，經(jīng)統(tǒng)計(jì)每年約抽放瓦斯的量為200萬(wàn)m3。

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，需對(duì)工作面正在運(yùn)行的通風(fēng)機(jī)每月檢修一次，而且在檢修期間將主通風(fēng)機(jī)切換至備用通風(fēng)機(jī)。該煤礦采用人工手動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)與備用通風(fēng)機(jī)的切換，即需對(duì)主通風(fēng)機(jī)停機(jī)后才能倒至備用通風(fēng)機(jī)工作。通過(guò)分析在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中工作面瓦斯量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中瓦斯量超限。經(jīng)分析，導(dǎo)致瓦斯超限的主要原因?yàn)樵谕C(jī)倒機(jī)過(guò)程中工作面通風(fēng)出現(xiàn)失穩(wěn)，導(dǎo)致瓦斯積聚。同時(shí)，工作面通風(fēng)失穩(wěn)時(shí)間與停機(jī)到倒機(jī)的時(shí)間成正比[2]。除此之外，在倒機(jī)過(guò)程中存在備用通風(fēng)機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)的可能性，從而導(dǎo)致工作面通風(fēng)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間過(guò)程，帶來(lái)極大的安全隱患。因此，針對(duì)通風(fēng)失穩(wěn)現(xiàn)象所帶來(lái)的安全隱患，需從以下幾個(gè)方面解決問(wèn)題：

1）解決在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中通風(fēng)失穩(wěn)的問(wèn)題，避免通風(fēng)系統(tǒng)倒機(jī)過(guò)程中的瓦斯積聚現(xiàn)象；

2）提高備用通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的成功率，并重點(diǎn)消除可能導(dǎo)致備用通風(fēng)機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)可能性；

3）進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)工作面的監(jiān)控精度和及時(shí)性。

2 通風(fēng)失穩(wěn)控制方案的確定

對(duì)于瓦斯礦井而言，即便時(shí)在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中工作面通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法正產(chǎn)進(jìn)行通風(fēng)3~5 min也會(huì)導(dǎo)致工作面瓦斯積聚甚至超標(biāo)的問(wèn)題。因此，通過(guò)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中仍可保證風(fēng)量的持續(xù)供應(yīng)是解決工作面通風(fēng)失穩(wěn)的突破口。在充分論證分析的基礎(chǔ)上，提出如下三種方案對(duì)工作面通風(fēng)的失穩(wěn)進(jìn)行控制，具體如下：在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中對(duì)風(fēng)葉角度進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中對(duì)電機(jī)進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中對(duì)風(fēng)門(mén)開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。三種方案的對(duì)比分析如下：

風(fēng)葉角度在線調(diào)節(jié)方案：基于該方案對(duì)工作面通風(fēng)失穩(wěn)進(jìn)行控制，首先要求主通風(fēng)機(jī)具備葉片的在線調(diào)控功能。目前，該煤礦所采用的主通風(fēng)機(jī)不具備上述功能，若采用該方案還需更換主通風(fēng)機(jī)；而且，基于該方案雖然能夠?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)機(jī)的輕載啟動(dòng)，但是無(wú)法從根本上解決在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中通風(fēng)動(dòng)力不連續(xù)的問(wèn)題[3]。

電機(jī)變速調(diào)節(jié)方案：該方案的核心在于將主通風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸減小，與此同時(shí)啟動(dòng)備用通風(fēng)機(jī)。該方案能夠保證工作面在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中通風(fēng)動(dòng)力的連續(xù)。但是，不足之處在于電機(jī)變速調(diào)節(jié)裝置昂貴，且存在通風(fēng)風(fēng)路短路的問(wèn)題。

風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)方案：其核心思路為對(duì)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)道進(jìn)行改造，并增加對(duì)空短路風(fēng)門(mén)。具體操作為：在主通風(fēng)機(jī)停止前就啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，并通過(guò)對(duì)主通風(fēng)機(jī)和備用通風(fēng)機(jī)的四個(gè)風(fēng)門(mén)開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)以確保工作面通風(fēng)穩(wěn)定?？偟膩?lái)講，采用此方案對(duì)工作面通風(fēng)失穩(wěn)控制的成本較低且具有一定的可行性；但是，采用該方案存在通風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)入喘振區(qū)和風(fēng)路短路的可能；而且，在一定風(fēng)壓下對(duì)風(fēng)門(mén)開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)存在一定的難度。

綜合對(duì)比上述三種對(duì)通風(fēng)失穩(wěn)的控制方案，結(jié)合方案的有效性、可行性以及成本等因素，最終選擇采用對(duì)風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面通風(fēng)失穩(wěn)問(wèn)題的控制。

3 通風(fēng)系統(tǒng)的改造

對(duì)工作面通風(fēng)失穩(wěn)控制方案進(jìn)行綜合比對(duì)，本節(jié)將具體分析采用風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)方案實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)失穩(wěn)進(jìn)行控制的措施。

在煤礦通風(fēng)機(jī)兩側(cè)的風(fēng)道上均加設(shè)立式掛網(wǎng)風(fēng)門(mén)和對(duì)空水平短路風(fēng)門(mén)。同時(shí)，鑒于煤礦環(huán)境相對(duì)惡劣，為了避免風(fēng)門(mén)由于銹蝕無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)的問(wèn)題，還急需保留原通風(fēng)機(jī)的立式閘板風(fēng)門(mén)。該項(xiàng)措施的核心除了可實(shí)現(xiàn)備用通風(fēng)機(jī)的預(yù)熱外，還可解決通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)路短路的問(wèn)題。主通風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)改造前后對(duì)比如圖1所示：

圖1 主通風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)改造前后對(duì)比

基于上述改造后，在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中當(dāng)主通風(fēng)機(jī)掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)的掛網(wǎng)立式風(fēng)門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)，而對(duì)空水平短路風(fēng)門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，具體如圖2所示：

圖2 主通風(fēng)機(jī)掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)各風(fēng)門(mén)的工作狀態(tài)

當(dāng)備用通風(fēng)機(jī)有冷備用切換為熱備用的工作狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的對(duì)空水平短路風(fēng)門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)，而掛網(wǎng)立式風(fēng)門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，確保備用通風(fēng)機(jī)可正常啟動(dòng)，具體如圖3所示：

圖3 通風(fēng)機(jī)熱備用運(yùn)行時(shí)各風(fēng)門(mén)的工作狀態(tài)

與此同時(shí)，為了解決通風(fēng)機(jī)停機(jī)倒機(jī)切換過(guò)程中風(fēng)門(mén)開(kāi)度帶壓進(jìn)行調(diào)節(jié)存在極大的阻力，導(dǎo)致無(wú)法快速且方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)的問(wèn)題，對(duì)待調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)采用百葉窗式的結(jié)構(gòu)的改造。而且，基于百葉窗式結(jié)構(gòu)的風(fēng)門(mén)在調(diào)節(jié)過(guò)程中還可解決通風(fēng)機(jī)偏流導(dǎo)致其振動(dòng)劇烈的問(wèn)題[4]。

除此之外，為提升通風(fēng)失穩(wěn)控制效果，為其配置監(jiān)控系統(tǒng)。采用上述改造方案對(duì)實(shí)際改造效果進(jìn)行對(duì)比，著重對(duì)停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中工作面的風(fēng)速和瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖4所示：

圖4 改造效果對(duì)比

如圖4所示，采用對(duì)風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)的思路對(duì)通風(fēng)失穩(wěn)進(jìn)行控制，經(jīng)實(shí)踐表明：采用該方案在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中工作面的風(fēng)速波動(dòng)減小，且不超過(guò)10%；同時(shí)，在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中工作面瓦斯?jié)舛茸罡呦拗剖冀K報(bào)警線?？偟膩?lái)講，基于風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)的思路可對(duì)通風(fēng)失穩(wěn)問(wèn)題得到有效控制。

4 結(jié)語(yǔ)

通風(fēng)機(jī)作為工作面的核心設(shè)備，根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的要求需每月對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修，為解決在檢修時(shí)停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中工作面通風(fēng)失穩(wěn)的問(wèn)題，本文提出采用對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)的思路在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加立式掛網(wǎng)風(fēng)門(mén)和對(duì)空水平短路風(fēng)門(mén)，從而在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中通過(guò)對(duì)兩類通風(fēng)機(jī)四個(gè)風(fēng)門(mén)的協(xié)調(diào)控制解決通風(fēng)失穩(wěn)的問(wèn)題[5]。經(jīng)實(shí)踐表明，采用上述思路可有效解決通風(fēng)失穩(wěn)的問(wèn)題，具體表現(xiàn)為：在停機(jī)倒機(jī)過(guò)程中工作面風(fēng)速波動(dòng)不超過(guò)10%，而且工作面瓦斯?jié)舛仁冀K低于1%。