許讓標 張利偉 鄢 利

（1.兗礦能源集團股份有限公司濟寧三號煤礦，山東 濟寧 272169；2.中國礦業(yè)大學，江蘇 徐州 221116）

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的消耗也日益增大，開采對象逐漸由條件較好的淺表礦床向深部復雜礦床過渡[1]。隨著開采深度的增加，供風量不足、風量分配不均、通風阻力變大、漏風加劇等問題逐漸突顯出來[2]。因此必須依據(jù)實際生產(chǎn)情況，對礦井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改造來滿足生產(chǎn)活動的需要[3-5]。

本文以山東濟三煤礦為例，基于全礦通風參數(shù)精準普查數(shù)據(jù)，借助中國礦業(yè)大學的“通風仿真專家”（VSE）軟件對濟三煤礦通風系統(tǒng)進行網(wǎng)絡模擬解算，提出優(yōu)化改造方案。

1 礦井概況及通風系統(tǒng)存在的問題

1.1 礦井概況

濟三煤礦位于山東省濟寧市，井田位于南北向的濟寧地塹構(gòu)造內(nèi)，屬濟寧煤田（東區(qū)）的中部。礦井通風方式為中央并列式，通風方法為抽出式，主、副井進風，中央風井回風。礦井總進風量為20 126 m3/min，總回風量為20 590 m3/min，風機負壓為2 818.5 Pa。

1.2 通風系統(tǒng)存在的問題

因前期通風系統(tǒng)的科學管理程度不足，通風系統(tǒng)優(yōu)化不力，導致礦井通風系統(tǒng)存在如下問題：（1）北區(qū)西部輔運巷長度約160 m 的東段風量較大，成為進風“卡脖子”地段；（2）風機負壓較高，達到2 818.5 Pa；（3）濟三煤礦西翼七采區(qū)多處外圍閑置巷道未及時封閉，造成約2000 m3/min 風量的浪費。為此，本文基于全礦通風參數(shù)精準普查數(shù)據(jù)，通過VSE 軟件對濟三煤礦通風系統(tǒng)進行仿真模擬并優(yōu)化改造。

2 通風系統(tǒng)優(yōu)化研究流程

2.1 通風阻力測定

按照通風阻力測定的要求，結(jié)合濟三煤礦巷道布置情況，測量過程中選擇兩條主測路線，得到三段阻力分布情況圖如圖1。其中橫坐標為測點距井底長度，縱坐標為測點至井底沿程巷道總阻力。由數(shù)據(jù)分析得知，進風段、用風段、回風段阻力分布基本合理。

圖1 主測路線三段阻力分布情況圖

2.2 構(gòu)建三維可視化仿真系統(tǒng)

根據(jù)濟三煤礦采掘平面圖、通風系統(tǒng)圖及通風系統(tǒng)阻力測定數(shù)據(jù)，通過VSE 軟件構(gòu)建了濟三煤礦通風仿真系統(tǒng)，同時構(gòu)建了礦井三維仿真通風系統(tǒng)圖，如圖2。

圖2 礦井三維仿真通風系統(tǒng)圖

針對濟三煤礦通風系統(tǒng)面臨的主要問題，結(jié)合全礦井通風參數(shù)實測數(shù)據(jù)，借助VSE 軟件對方案優(yōu)化效果進行對比分析，確定適合濟三煤礦通風系統(tǒng)改造的最佳方案。

3 礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化改造方案及分析

3.1 方案一技術(shù)性分析

七采區(qū)已回采完畢較長時間，但部分外圍閑置巷道未及時封閉，風量分配不合理。此方案對上述巷道進行封閉，封閉步驟見表1。改造完成后，對整個優(yōu)化方案進行模擬，主要優(yōu)化效果見表2、表3。

表1 礦井七采區(qū)外圍巷道封閉步驟

由表2、表3 可知，將七采區(qū)外圍巷道封閉后，風機負壓增加了30 Pa 左右，同時礦井風量分配更加合理，采、掘工作面等主要用風地點風量均有所增加。結(jié)合圖3 可以看出，改造后風機處于合理工況范圍內(nèi)，說明該方案具有可行性。

圖3 礦井主要通風機性能及風阻關(guān)系曲線圖

表3 網(wǎng)絡解算得出的礦井通風系統(tǒng)主要風量統(tǒng)計表

3.2 方案二技術(shù)性分析

通風困難時期，十六、十八采區(qū)進風主要由北區(qū)西部輔運巷負擔，導致該巷道風速偏高。因此方案二從分擔北區(qū)西部輔運巷通風壓力著手，在礦井西區(qū)掘一條進風巷和一條回風巷，以此縮減通風路線長度，減小通風阻力，增大采區(qū)供風量。該方案主要優(yōu)化效果見表4、表5。

表4 優(yōu)化前后主要通風機參數(shù)變化

通過對濟三煤礦采掘接續(xù)計劃分析，礦井通風困難時期二十采區(qū)與二采區(qū)同時回采。針對上述條件，建立通風困難時期濟三煤礦通風仿真系統(tǒng)，對所選最優(yōu)方案進行模擬驗證優(yōu)化效果。主要優(yōu)化效果見表6、表7。由表4、表5 可知，西部掘進兩條大巷后，風機負壓減小180 Pa 左右，主要用風地點風量均有所增加。結(jié)合圖4 可以看出，改造后風機工況點下移，風機性能有較多富余，因而屬于濟三煤礦通風系統(tǒng)改造的最優(yōu)方案。

表5 網(wǎng)絡解算得出的礦井通風系統(tǒng)主要風量統(tǒng)計表

表6 優(yōu)化前后主要通風機參數(shù)變化

圖4 礦井主要通風機性能及風阻關(guān)系曲線圖

3.3 通風困難時期通風系統(tǒng)工程改造模擬驗證

由表6、表7 可知，井田西區(qū)掘通兩條大巷后，風機負壓減小200 Pa 左右。改造前203上05 綜采面、07 備采面均不能滿足需風量要求，實施方案二措施后，各用風地點風量滿足正常生產(chǎn)活動需風量要求，如圖5?？梢?，方案二實施后對濟三煤礦未來開拓二十采區(qū)有幫助，經(jīng)VSE 模擬驗證該方案成效顯著。

圖5 礦井主要通風機性能及風阻關(guān)系曲線圖

表7 網(wǎng)絡解算得出的礦井通風系統(tǒng)主要風量統(tǒng)計表

4 結(jié)論

針對濟三煤礦通風系統(tǒng)存在七采區(qū)外圍閑置巷道未及時封閉、北區(qū)西部輔運巷風量較大、主要通風機風壓偏高等問題，根據(jù)濟三煤礦未來一段時間的生產(chǎn)部署及需風量情況，提出2 個可行的礦井通風系統(tǒng)改造方案。經(jīng)比選，通過在井田西部實施掘進兩條西區(qū)邊界進回風大巷，礦井主要風機負壓降至2 637.7 Pa，并且為開拓、回采二十采區(qū)做好風量儲備。