張尚偉

（山西華陽集團(tuán)新能股份有限公司煤層氣開發(fā)利用分公司， 山西 陽泉 045008）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的重要保證，是排出工作面瓦斯、有毒氣體以及粉塵的主要途徑，也是控制工作面煤炭自燃和火災(zāi)的預(yù)防系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計表明，綜采工作面的80%左右的瓦斯均通過通風(fēng)系統(tǒng)排出，綜采工作面30%的粉塵通過通風(fēng)系統(tǒng)排出，可見通風(fēng)系統(tǒng)的重要性和不可替代性。在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著工作面的深入，最終設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)往往不能夠完全滿足實(shí)際通風(fēng)需求，進(jìn)而導(dǎo)致礦井的抗災(zāi)變能力變?nèi)鮗1]。因此，從保證煤礦安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益的角度，定期對其通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化是十分有必要的。

1 平陽煤礦通風(fēng)現(xiàn)狀分析

平陽煤礦井煤炭儲量可達(dá)3.25 億t，目前可開采煤層的厚度范圍為0～9.8m，平均煤層厚度為3.96m。目前，該煤礦共布置有8 個井筒，包括有主井、副井、主斜井、西風(fēng)井、-200 進(jìn)風(fēng)井、東回風(fēng)井、己四進(jìn)風(fēng)井和己四回風(fēng)井。結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)經(jīng)驗，對當(dāng)前煤礦的通風(fēng)現(xiàn)狀進(jìn)總結(jié)。

東回風(fēng)井目前配置有兩臺通風(fēng)機(jī)，具體型號為FBCDZNO.30，主要負(fù)責(zé)對己一和己三綜采工作面的通風(fēng)任務(wù)。該通風(fēng)機(jī)在實(shí)際工作中的總的排風(fēng)量為10740 m3/min，負(fù)壓高達(dá)3881 Pa。因此，東回風(fēng)井主要存在的問題為通風(fēng)負(fù)壓偏大。

西回風(fēng)井目前配置有兩臺通風(fēng)機(jī)，具體型號為FBCDZNO.28，主要負(fù)責(zé)對己二綜采工作面的通風(fēng)任務(wù)，該通風(fēng)機(jī)在實(shí)際工作中的總的排風(fēng)量為6782 m3/min，負(fù)壓高達(dá)2400 Pa?？傮w來講，西回風(fēng)井的當(dāng)前的通風(fēng)系統(tǒng)可滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求[2]。

己四回風(fēng)井目前配置有兩臺通風(fēng)機(jī)，具體型號為FBCDZNO.35，主要負(fù)責(zé)對己四綜采工作面的通風(fēng)任務(wù)，該工作面目前尚未全面投產(chǎn)。該通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)為：總的排風(fēng)量為5016 m3/min，負(fù)壓高達(dá)980 Pa。己四回風(fēng)井當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)可滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。

目前，該煤礦采用五進(jìn)三回的通風(fēng)方式，其中進(jìn)風(fēng)井包括有主井、副井、東進(jìn)回風(fēng)井、己四副井和己四明斜巷進(jìn)風(fēng)。上述3 個回風(fēng)井中所配置通風(fēng)機(jī)的具體工作參數(shù)如表1 所示。

表1 通風(fēng)機(jī)具體工作參數(shù)

為充分準(zhǔn)確評估當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)與實(shí)際需風(fēng)量的匹配程度，結(jié)合煤礦的生產(chǎn)需求對采煤機(jī)工作面、掘進(jìn)工作面、井下硐室以及東翼等位置的需風(fēng)量進(jìn)行綜合評估，評估結(jié)果如表2 所示。

表2 工作面需風(fēng)量計算

分析表1 中通風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)和表2 中工作面的實(shí)際需風(fēng)量，東翼采區(qū)通風(fēng)量和實(shí)際需風(fēng)量差距較大，說明東翼通風(fēng)系統(tǒng)的供風(fēng)不足，需要為其增加相應(yīng)的供風(fēng)量措施。

總之，可將煤礦當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)面臨的問題總結(jié)如下：

1）東回風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)阻較大，從而導(dǎo)致工作面出現(xiàn)較為嚴(yán)重的漏風(fēng)現(xiàn)象；同時，東回風(fēng)系統(tǒng)的供風(fēng)量不足會影響到工作面掘進(jìn)的正常生產(chǎn)。

2）東回風(fēng)系統(tǒng)對己三、己一采區(qū)及己一輔助采區(qū)的通風(fēng)任務(wù)，整個通風(fēng)線路較長，其可靠性偏低；同時，在通風(fēng)線路上存在角聯(lián)巷道，容易導(dǎo)致無風(fēng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3）在分析當(dāng)前現(xiàn)狀的未來三年內(nèi)該煤礦還有兩個采區(qū)要投產(chǎn)，當(dāng)前的通風(fēng)系統(tǒng)所面臨的線路會更長，進(jìn)而導(dǎo)致通風(fēng)阻力越大，更加無法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需風(fēng)量要求。

4）該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的局部區(qū)域風(fēng)速超過《煤炭安全規(guī)程》規(guī)定的風(fēng)速，而且部分區(qū)域的風(fēng)阻占比全礦風(fēng)阻的40%，存在極大的優(yōu)化空間[3]。

2 優(yōu)化方案的對比

2.1 提出方案

結(jié)合煤礦當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀針對性地提出四種優(yōu)化方案。

1 號方案：調(diào)整煤礦主通風(fēng)機(jī)的工況，并對工作面巷道部分風(fēng)速超限的巷道進(jìn)行拓寬處理；

2 號方案：將-200 進(jìn)風(fēng)巷更改為回風(fēng)巷，并適當(dāng)增大該通風(fēng)線路上主通風(fēng)機(jī)的安裝角度；

3 號方案：將-200 進(jìn)風(fēng)井更改為回風(fēng)井，并對該條通風(fēng)線路上的通風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行重新選型；

4 號方案：將-200 進(jìn)風(fēng)井更改為回風(fēng)井對其通風(fēng)線路進(jìn)行延長，并根據(jù)改造后的情況重新配置通風(fēng)設(shè)備。

2.2 對比方案

對四種通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案的優(yōu)劣勢進(jìn)行對比，結(jié)果如下：

對于1 號優(yōu)化方案而言，調(diào)整主通風(fēng)工況主要對葉片安裝角度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。其中，調(diào)整其葉片安裝角度無法保證力學(xué)性能滿足要求，危險系數(shù)偏高，且改造后系統(tǒng)超出了通風(fēng)機(jī)的安全工作壓力范圍。因此，1 號方案不可行。

對于2 號優(yōu)化方案而言，其僅通過增大通風(fēng)機(jī)的安裝角度解決問題，雖然可降低通風(fēng)阻力，但是該種優(yōu)化方式的增風(fēng)量有限，不符合煤礦的長期發(fā)展要求[4]。

對于3 號優(yōu)化方案而言，采用此種改造后可有效降低線路上的通風(fēng)負(fù)壓，并縮短通風(fēng)線路。雖然該方案的投資成本較大，但是可有效服務(wù)煤礦的長期發(fā)展。

對于4 號優(yōu)化方案而言，除了具備3 號優(yōu)化方案的特點(diǎn)外，其對解決局部巷道風(fēng)速超限和降低線路上通風(fēng)負(fù)壓兩個方面具有顯著的意義。

綜上，經(jīng)初步分析，3 號和4 號方案均可作為優(yōu)化方案對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.3 確定方案

為最終對比3 號優(yōu)化方案和4 號優(yōu)化方案的優(yōu)劣性，本文采用3D Vent 軟件對兩個方案優(yōu)化后的效果進(jìn)行對比。具體分析步驟為：根據(jù)煤礦實(shí)際參數(shù)建立通風(fēng)巷道模型，并設(shè)定巷道參數(shù)，結(jié)合優(yōu)化方案對局部參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最后對兩個方案對應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行對比。

對比表3 和表4 中的數(shù)據(jù)，雖然兩種方案對應(yīng)的供風(fēng)量均能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)中的需風(fēng)量要求。但是，對應(yīng)3 號方案中的超風(fēng)率為7.89%；而對應(yīng)4 號方案中的超風(fēng)率為13.31%。因此，說明3 號方案比4號方案更經(jīng)濟(jì)，性價比更高[5]。

表3 3 號優(yōu)化方案的效果

表4 4 號優(yōu)化方案的效果

3 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)的主要保證，基于通風(fēng)系統(tǒng)可將工作面瓦斯、粉塵等排出。但是，隨著工作面生產(chǎn)的不斷深入，原設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)主要表現(xiàn)為風(fēng)阻偏大、風(fēng)量不足、漏風(fēng)嚴(yán)重以及能耗增加的問題。因此，以平陽煤礦為例重點(diǎn)對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并對提出了四種優(yōu)化方案進(jìn)行對比分析，最終確定通過“將-200 進(jìn)風(fēng)井更改為回風(fēng)井，并對該條通風(fēng)線路上的通風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行重新選型”的方案對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。