田中華，王宗勇

(北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

礦井通風(fēng)的基本任務(wù)就是通過采取安全、可靠、合理、經(jīng)濟的通風(fēng)方法和通風(fēng)方式，向井下各作業(yè)場所連續(xù)不斷地供給新鮮空氣；沖淡、排除有毒有害氣體和礦塵；創(chuàng)造適宜的氣候條件，提供良好的作業(yè)環(huán)境；增強礦井的抗災(zāi)能力[1-4]。由于煤礦現(xiàn)場的復(fù)雜性，導(dǎo)致了通風(fēng)管理的復(fù)雜性，再加上礦井設(shè)計的局限性，導(dǎo)致在礦井生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜、通風(fēng)阻力過大及系統(tǒng)抗災(zāi)能力不足等問題[5-10]。為了保證礦井安全生產(chǎn)，必須定期對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。

1 工程背景

1.1 礦井概況

納林廟煤礦二號井于2005年建井，最初設(shè)計生產(chǎn)能力為300萬t/a。2006年9月礦井形成完整獨立的通風(fēng)系統(tǒng)，2006年10月開始試生產(chǎn)，當(dāng)月即達產(chǎn)。現(xiàn)有關(guān)部門對該礦井重新進行礦井生產(chǎn)能力核定，核定生產(chǎn)能力為500萬t/a。全礦井可采煤層為4-1號煤層、4-2號煤層、6-2號煤層?，F(xiàn)礦井有2個開拓采區(qū)和2個生產(chǎn)采區(qū)，通風(fēng)方式為中央并列式，礦井通風(fēng)方法為抽出式，主要通風(fēng)機型號為FBCDZNO26/2×315 kW。運行角度+6°，負壓2 300 Pa，礦井等積孔為3.81 m2，目前礦井總進風(fēng)量為9 083.6 m3/min，總回風(fēng)量為9 220 m3/min，主扇排風(fēng)量為9 345 m3/min。

1.2 原礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

納二礦主斜井為進風(fēng)斜井，現(xiàn)主斜井進風(fēng)風(fēng)量為900 m3/min。主斜井井底與礦井總回風(fēng)巷相連接，造成主斜井風(fēng)量大，浪費了礦井有效風(fēng)量。由于控風(fēng)設(shè)施建在皮帶巷中，無法有效地對主斜井進風(fēng)量進行控制，反倒由于風(fēng)壓大，煤流在經(jīng)過控風(fēng)設(shè)施時，撒煤現(xiàn)象嚴(yán)重。改造前納二礦斜井通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

3個煤層的主運大巷現(xiàn)在均為回風(fēng)巷，這樣就導(dǎo)致礦井各煤層形成“一進兩回”的通風(fēng)系統(tǒng)。從礦井防災(zāi)抗災(zāi)角度考慮，給礦井帶來了重大安全隱患。改造前4-1號煤層、4-2號煤層通風(fēng)系統(tǒng)如圖2、3所示。

為了有效控制6-2號煤層110輔運順槽及6-2號煤層西翼邊界探水巷進風(fēng)量，在6-2號煤層西翼輔運大巷構(gòu)筑了一組無壓風(fēng)門，由于構(gòu)筑在輔運大巷中，對過往行人及車輛造成了不便。改造前納二礦6-2號煤層通風(fēng)系統(tǒng)如圖4所示。

圖3 改造前4-2號煤層通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.3 Ventilation system of coal seam 4-2 before transformationn

圖4 改造前6-2號煤層通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.4 Ventilation system of coal seam 6-2 before transformation

由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)不合理導(dǎo)致礦井的救災(zāi)抗災(zāi)能力達不到相關(guān)行政管理部門的要求，行政管理部門強令限期納二礦進行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造，若主運大巷在整改期限內(nèi)未改造為進風(fēng)巷道，將會被勒令停產(chǎn)。

1.3 改造前礦井通風(fēng)路線簡述

主斜井路線：地面→主斜井→礦井總回風(fēng)→風(fēng)井→地面。4-1號煤層路線為地面→副1、副2斜井→4號煤層輔運斜巷→4-1號煤層輔運大巷→4-1號煤層102輔運→4-1號煤層102采面→4-1號煤層102主運(4-1號煤層103輔運→4-1號煤層103備采面→4-1號煤層103主運)→4-1號煤層回風(fēng)、主運大巷→4號煤層回風(fēng)下山→6-2號煤層西翼回風(fēng)、主運大巷→礦井總回風(fēng)→風(fēng)井→地面。

4-2號煤層路線：地面→副1、副2斜井→4號煤層輔運斜巷→4-2號煤層輔運大巷→4-2號煤層102輔運→4-2號煤層101輔運→4-2號煤層101采面→4-2號煤層101主運(4-2號煤層102輔運→4-2號煤層102備采面→4-2號煤層102主運)→4-2號煤層回風(fēng)、主運大巷→4號煤層回風(fēng)下山→6-2號煤層西翼回風(fēng)、主運大巷→礦井總回風(fēng)→風(fēng)井→地面。

6-2號煤層路線：地面→副1斜井→6-2號煤層西翼輔運大巷(6-2號煤層輔回撤通道)→6-2號煤層110輔運順槽(6-2號煤層107輔運順槽→6-2號煤層探水巷)→6-2號煤層111主運順槽→6-2號煤層西翼回風(fēng)、主運大巷→礦井總回風(fēng)→風(fēng)井→地面。

2 優(yōu)化改造方案

2.1 優(yōu)化改造的目的

隨著礦井生產(chǎn)布局的變化，原有礦井通風(fēng)系統(tǒng)需做相應(yīng)的調(diào)整、改造。根據(jù)實際的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分支風(fēng)阻、風(fēng)機特性、用風(fēng)地點和用風(fēng)量等，確定主要通風(fēng)機的最佳風(fēng)壓、風(fēng)量值、風(fēng)流調(diào)節(jié)設(shè)施的最佳位置和參數(shù)，使礦井通風(fēng)總功率減小，提高主要通風(fēng)機的運行效益，節(jié)約通風(fēng)費用，合理利用礦井的有效風(fēng)量，提高礦井的救災(zāi)抗災(zāi)能力。通過此次通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造，避免礦井因行政管理部門勒令停產(chǎn)所造成的損失，確保礦井正常安全生產(chǎn)。

2.2 改造方案

經(jīng)過對納二礦目前的通風(fēng)系統(tǒng)進行研究，決定將主斜井進風(fēng)改至西翼主運大巷，增加供風(fēng)距離。通過增加供風(fēng)距離來增加通風(fēng)阻力以達到控制主斜井進風(fēng)量。在控制主斜井進風(fēng)量的同時，將西翼主運大巷改為進風(fēng)巷道，滿足西翼主運大巷的用風(fēng)量。將西翼主運大巷改為進風(fēng)巷，需在西翼主運大巷與西翼回風(fēng)大巷之間聯(lián)巷構(gòu)筑通風(fēng)設(shè)施(風(fēng)門、擋風(fēng)墻)，使西翼主運大巷和西翼回風(fēng)大巷形成獨立的進回風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)改造后，西翼輔運大巷和西翼主運大巷為進風(fēng)巷道，西翼回風(fēng)大巷為回風(fēng)巷，從而形成6-2號煤層“兩進一回”的通風(fēng)系統(tǒng)，優(yōu)化了6-2號煤層的通風(fēng)系統(tǒng)，提高了礦井防災(zāi)抗災(zāi)的能力。改造后納二礦斜井通風(fēng)系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 改造后斜井通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.5 Ventilation system of the inclined shaft after transformation

在4-1號煤層輔運大巷6聯(lián)巷、4-2號煤層輔運大巷5聯(lián)巷，構(gòu)筑調(diào)節(jié)風(fēng)窗，并在聯(lián)絡(luò)巷與回風(fēng)大巷交叉處構(gòu)筑風(fēng)橋。將輔運大巷進風(fēng)引入主運大巷，實現(xiàn)主運大巷進風(fēng)。將4-1號煤層、4-2號煤層主運大巷與回風(fēng)大巷之間的聯(lián)絡(luò)巷構(gòu)建通風(fēng)設(shè)施，使主運大巷和回風(fēng)大巷形成獨立的進回風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)改造后，4-1號煤層、4-2號煤層的主運大巷和輔運大巷為進風(fēng)巷，4-1號煤層、4-2號煤層的回風(fēng)大巷均為回風(fēng)巷，從而形成4-1號煤層、4-2號煤層“兩進一回”的通風(fēng)系統(tǒng)，優(yōu)化了4-1號煤層、4-2號煤層的通風(fēng)系統(tǒng)，提高了礦井防災(zāi)抗災(zāi)的能力。改造后納二礦4-1號煤層、4-2號煤層通風(fēng)系統(tǒng)如圖6、7所示。

圖6 改造后4-1號煤層通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.6 Ventilation system of coal seam 4-1 after transformation

圖7 改造后納二礦4-2號煤層通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.7 Ventilation system of coal seam 4-2 after transformation

由于6-2號煤層107輔運順槽進風(fēng)以及6-2號煤層110輔運順槽進風(fēng)最終同時經(jīng)6-2號煤層111主運順槽進入西翼回風(fēng)大巷，使6-2號煤層111主運順槽回風(fēng)量大而導(dǎo)致西翼主運大巷風(fēng)流不穩(wěn)定。通過將6-2號煤層西翼邊界探水巷風(fēng)流進行反轉(zhuǎn)，(從6-2號煤層110輔運順槽進風(fēng)經(jīng)6-2號煤層111主運順槽、西翼邊界探水巷、6-2號煤層107輔運順槽通過6-2號煤層106主運風(fēng)橋進入西翼回風(fēng)大巷)從而節(jié)約了礦井的有效風(fēng)量，同時也解決了西翼主運大巷風(fēng)流不穩(wěn)定的問題。通過拆除6-2號煤層西翼輔運大巷無壓風(fēng)門，解決了輔運大巷存在通風(fēng)設(shè)施所造成車輛通行不便的問題。改造后納二礦6-2號煤層通風(fēng)系統(tǒng)如圖8所示。

圖8 改造后納二礦6-2號煤層通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.8 Ventilation system of coal seam 6-2 after transformation

2.3 優(yōu)化改造后礦井通風(fēng)路線簡述

主斜井路線：地面→主斜井→6-2號煤層西翼主運大巷→6-2號煤層西翼回風(fēng)大巷→礦井總回風(fēng)→風(fēng)井→地面。

4-1號煤層路線：地面→副1、副2斜井→4號煤層輔運斜巷→4-1號煤層輔運大巷→4-1號煤層102輔運→4-1號煤層102采面→4-1號煤層102主運(4-1號煤層103輔運→4-1號煤層103備采工作面→4-1號煤層103主運、4-1號煤層主運大巷)→4-1號煤層回風(fēng)大巷→4號煤層回風(fēng)下山→6-2號煤層西翼回風(fēng)巷→礦井總回風(fēng)→風(fēng)井→地面。

4-2號煤層路線：地面→副1、副2斜井→4號煤層輔運斜巷→4-2號煤層輔運大巷→4-2號煤層102輔運→4-2號煤層101輔運→4-2號煤層101采面→4-2號煤層101主運(4-2號煤層102輔運→4-2號煤層102備采面→4-2號煤層102主運、4-2號煤層主運大巷)→4-2號煤層回風(fēng)大巷→4-2號煤層回風(fēng)下山→6-2號煤層西翼回風(fēng)大巷→礦井總回風(fēng)→風(fēng)井→地面。

6-2號煤層西翼路線：地面→副1斜井→6-2號煤層西翼輔運大巷(6-2號煤層輔回撤通道)→6-2號煤層110輔運順槽→6-2號煤層111主運→6-2號煤層西翼探水巷→6-2號煤層107輔運(6-2號煤層111主運)→6-2號煤層西翼回風(fēng)大巷→礦井總回風(fēng)→風(fēng)井→地面。

3 結(jié)論

(1)通過對主斜井通風(fēng)系統(tǒng)改造，實現(xiàn)了對主斜井進風(fēng)風(fēng)量的有效控制，使主斜井的進風(fēng)量控制在600 m3/min左右，為礦井節(jié)約了300 m3/min的風(fēng)量。將西翼主運大巷由原來的回風(fēng)巷改為進風(fēng)巷道，不僅合理利用了主斜井的有效風(fēng)量，進一步優(yōu)化了通風(fēng)系統(tǒng)；同時也杜絕了因風(fēng)壓大所造成的主斜井撒煤、煤塵堆積的現(xiàn)象。

(2)通過將4-1號煤層、4-2號煤層主運大巷原回風(fēng)巷道改為進風(fēng)巷道，優(yōu)化了4-1號煤層、4-2號煤層的通風(fēng)系統(tǒng)，使4-1號煤層、4-2號煤層的通風(fēng)系統(tǒng)更加合理的同時增強了礦井防災(zāi)、抗災(zāi)能力。

(3)通過對6-2號煤層邊界探水巷進行風(fēng)流反轉(zhuǎn)，節(jié)約礦井有效風(fēng)量520 m3/min。拆除了西翼輔運大巷一組無壓風(fēng)門，避免了對車輛通行所造成的不便。

(4)將主斜井節(jié)約的300 m3/min和6-2號煤層邊界探水巷節(jié)約的520 m3/min風(fēng)量，充分地利用在了4-1號煤層、4-2號煤層主運大巷的通風(fēng)系統(tǒng)中，提高了通風(fēng)系統(tǒng)的經(jīng)濟性。