張尚偉

（山西華陽(yáng)集團(tuán)新能股份有限公司煤層氣開(kāi)發(fā)利用分公司， 山西 陽(yáng)泉 045008）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦生產(chǎn)的重要組成部分，其是保證煤礦能夠安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，主要承擔(dān)降低工作面瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度，為綜采設(shè)備和人員提供一個(gè)安全、舒適的工作環(huán)境。近年來(lái)，隨著煤礦不斷向深部資源進(jìn)行開(kāi)采，與此同時(shí)，采煤的機(jī)械自動(dòng)化水平明顯提升；隨著巷道的延伸，對(duì)應(yīng)通風(fēng)線路增加，通風(fēng)阻力明顯增加；隨著工作面產(chǎn)量和生產(chǎn)效率的增加，通風(fēng)量也明顯增加?？傮w而言，隨著礦井生產(chǎn)能力的增加，對(duì)其通風(fēng)能力的穩(wěn)定性、有效風(fēng)量率及通風(fēng)阻力等指標(biāo)提出更高的要求[1]。因此，開(kāi)展煤礦通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定并采取相應(yīng)的降阻優(yōu)化措施是十分必要的。

1 通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定與分析

本文以周源山煤礦為例開(kāi)展研究，該煤礦目前采用中央邊界抽出式的方式進(jìn)行通風(fēng)。其中，進(jìn)風(fēng)井包括主井、副井和新副井；回風(fēng)井包括南回風(fēng)井和北回風(fēng)井。南回風(fēng)井中配置了兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)，北回風(fēng)井中配置了一臺(tái)通風(fēng)機(jī)[2]。具體參數(shù)如表1 所示。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)

1.1 通風(fēng)系統(tǒng)的阻力測(cè)定

針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的阻力測(cè)定，本工程基于基點(diǎn)氣壓法為原理進(jìn)行測(cè)定，主要涉及的測(cè)量?jī)x器包括CZC5礦井通風(fēng)多參數(shù)測(cè)定器、空壓盒、干球溫度計(jì)、濕球溫度計(jì)及激光測(cè)距儀等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，本次制定了三條測(cè)定路線，具體如下：

線路1：新副井→-650 m 西配風(fēng)井→24 運(yùn)煤上山→2442 工作面→24 總回風(fēng)巷→北風(fēng)井→地面；

線路2：新副井→-650 m 北大巷→32 軌道下山→32 總回風(fēng)巷→21 皮帶下山→-370 m 東大巷→111 軌道上山→11 回風(fēng)上山→南風(fēng)井→地面；

線路3：新副井→-650 m 西配風(fēng)巷→22-600 石門→2110 運(yùn)道→22110 風(fēng)巷→111 上山→南風(fēng)井→地面[3]。

基于上述3 條通風(fēng)線路上的阻力測(cè)定，分別對(duì)北風(fēng)井和南風(fēng)井的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表2所示。

表2 通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定結(jié)果

根據(jù)實(shí)測(cè)的結(jié)果分析，該煤礦北風(fēng)井的通風(fēng)難易程度屬于中等，而南風(fēng)井的通風(fēng)難易程度屬于容易。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)性能的測(cè)定

北風(fēng)井和南風(fēng)井均采用“一用一備”的原則布置通風(fēng)機(jī)。針對(duì)南、北通風(fēng)井通風(fēng)機(jī)性能的測(cè)定，本次測(cè)定采用JFY-8 通風(fēng)多參數(shù)檢測(cè)儀、DZFC-1 型電能綜合分析測(cè)試儀、空壓盒、皮托管和橡皮管等儀器。為保證所測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，本次采用不停產(chǎn)掛網(wǎng)條件下部分風(fēng)流短路的方式對(duì)通風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行測(cè)定[4]。

結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)機(jī)性能的測(cè)試結(jié)果，并參照1.1 中測(cè)定的通風(fēng)阻力的結(jié)果得出如下結(jié)論：

1）當(dāng)前礦井南風(fēng)井和北風(fēng)井的通風(fēng)阻力均超過(guò)2940 Pa；考慮到礦井在未來(lái)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)在后續(xù)生產(chǎn)中加強(qiáng)對(duì)其通風(fēng)管理，并采取相應(yīng)有效的措施達(dá)到降阻優(yōu)化的目的。

2）當(dāng)對(duì)本礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整后發(fā)現(xiàn)，礦井南風(fēng)井和北風(fēng)井的阻力均明顯降低，對(duì)應(yīng)的通風(fēng)線路上的風(fēng)量明顯增大。其中，南風(fēng)井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率增加4.4 kW，而北風(fēng)井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率減小10.6 kW，綜合對(duì)比得出，礦井通風(fēng)機(jī)的總運(yùn)行功率降低6.2 kW。

2 通風(fēng)系統(tǒng)的降阻優(yōu)化

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)降阻優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)

結(jié)合1 中對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)阻力和配置通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的測(cè)定結(jié)果，并參照國(guó)外常采用的降阻優(yōu)化措施，包括刷大巷道斷面面積、對(duì)通風(fēng)線路中存在風(fēng)量集中情況和局部系數(shù)阻力較大的問(wèn)題進(jìn)行解決[5]。因此，在結(jié)合該礦井實(shí)際情況和通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀的情況下特制定如下四類降阻優(yōu)化方案：

方案一：在-370 m 和-150 m 采區(qū)中間增加增阻調(diào)節(jié)風(fēng)門；將24 采區(qū)上山通道改進(jìn)為回風(fēng)上山通道；將礦井北側(cè)采區(qū)的進(jìn)風(fēng)巷由當(dāng)前的2 條縮減為1 條?；诜桨敢桓倪M(jìn)后的礦井通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 基于方案一優(yōu)化后的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

方案二：從整體上對(duì)當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，并在礦井-650 m 水平北大巷和-370 m 的水平南大巷配置風(fēng)門，優(yōu)化后通過(guò)-650 m 水平南大巷實(shí)現(xiàn)對(duì)南翼采區(qū)進(jìn)行供風(fēng)，該種優(yōu)化方案從某種程度上縮短了南翼和北翼采區(qū)的公共通風(fēng)巷道。基于方案二改進(jìn)后的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2 所示。

圖2 基于方案二優(yōu)化后的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

方案三：將當(dāng)前礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一個(gè)大三角形通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合該礦井的實(shí)際情況所設(shè)計(jì)的大三角形通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3 所示，AB 段為整個(gè)礦井的進(jìn)風(fēng)段；BC 段和BD 段分別為礦井北風(fēng)井與南風(fēng)井的用風(fēng)段；CE 段和DF 段分別為礦井的北風(fēng)井段和南風(fēng)井段。

圖3 基于方案三的大三角形通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

方案四：根據(jù)通風(fēng)巷道的阻力分布情況，在不改變當(dāng)前通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大南翼采區(qū)和北翼采區(qū)的回風(fēng)斷面面積，并將對(duì)應(yīng)14 采區(qū)回風(fēng)巷道的調(diào)節(jié)風(fēng)門拆除?；诜桨杆乃玫耐L(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4 所示。

圖4 基于方案四的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)降阻優(yōu)化方案的綜合評(píng)價(jià)

為綜合評(píng)估上述四種方案下對(duì)應(yīng)優(yōu)化效果，通過(guò)對(duì)不同降阻優(yōu)化下礦井風(fēng)壓、風(fēng)量、通風(fēng)機(jī)功率、通風(fēng)機(jī)效率、礦井等積孔、通風(fēng)成本、通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、抗災(zāi)能力和工程量進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)上述考核參數(shù)賦予不同的權(quán)重?；谠O(shè)計(jì)的優(yōu)化評(píng)估模型，得出四種降阻優(yōu)化方案的特征值如下頁(yè)表3 所示。

如表3 所示，四種不同降阻優(yōu)化方案分別實(shí)施后，方案一對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)特征值均為最高。因此，本工程采用方案一對(duì)該礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

表3 不同降阻優(yōu)化方案對(duì)應(yīng)改造效果特征評(píng)價(jià)

3 結(jié)語(yǔ)

通風(fēng)系統(tǒng)為保證綜采工作面安全生產(chǎn)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，其承擔(dān)著降低工作面瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度，為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和人員提供一個(gè)舒適、安全工作環(huán)境的重任。但是，隨著工作面的不斷推進(jìn)和生產(chǎn)能力的不斷增加，最初設(shè)計(jì)的通風(fēng)系統(tǒng)存在阻力增大、風(fēng)量不足等問(wèn)題。因此，本文在對(duì)礦井通風(fēng)阻力和通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)測(cè)定結(jié)果分析的基礎(chǔ)上制定了降阻優(yōu)化方案，并對(duì)最終方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出：采用增加巷道斷面面積，減少通風(fēng)線路的方式達(dá)到降阻優(yōu)化的目的。