吳現(xiàn)東

（山西焦煤西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 太原 030200）

0 引言

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦的“肺部”，其主要功能是對工作面的空氣進(jìn)行凈化，降低現(xiàn)場粉塵濃度等，為作業(yè)人員提供一個安全、干凈的工作環(huán)境。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著礦井工作面的推進(jìn)和生產(chǎn)，尤其是礦井向衰老階段過渡時，煤礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)存在通風(fēng)線路過長、風(fēng)阻過大、以及用風(fēng)地點(diǎn)分散等問題，對于整個煤礦的生產(chǎn)效率和安全性帶來挑戰(zhàn)[1]。而且，在對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的同時，需要對優(yōu)化后通風(fēng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析。

1 現(xiàn)狀分析

礦井在經(jīng)過幾十年的開采后，逐步進(jìn)入開采后期。通風(fēng)系統(tǒng)作為礦井生產(chǎn)的基礎(chǔ)保障之一，為衰老礦井提供穩(wěn)定、有效的通風(fēng)系統(tǒng)是保證工作面高效、安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。本文所研究煤礦目前已經(jīng)進(jìn)入衰老期，經(jīng)探測該煤礦的最大涌水量為242.73 m3/h，正常情況下的平均涌水量為174.24 m3/h。總的來講，隨著該礦井逐步進(jìn)入衰老期，其所面臨的防治水的工作難度較小。

目前，該礦井采用中央分列式和單翼對角相混合的通風(fēng)方式，在礦井的南風(fēng)井和西風(fēng)井分配配套兩臺通風(fēng)機(jī)，每個風(fēng)井的通風(fēng)機(jī)采用“一用一備”的原則使用。其中，在南風(fēng)井所配套通風(fēng)機(jī)的具體型號為G4-73-11-25D 離心式通風(fēng)機(jī)，在西風(fēng)井所配套的通風(fēng)機(jī)的具體型號為BDK-8-No.26 軸流式通風(fēng)機(jī)。為切實(shí)掌握該礦井當(dāng)前的通風(fēng)狀態(tài)，重點(diǎn)對各個現(xiàn)場的通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行測定，測定結(jié)果如表1 所示。

表1 礦井通風(fēng)阻力現(xiàn)狀測定結(jié)果

經(jīng)核算，整個煤礦的通風(fēng)風(fēng)量約為170.06 m3/s，通風(fēng)阻力為2 190.51 Pa，通風(fēng)機(jī)的效率為61.28%；礦井風(fēng)量的有效率為85.58%。從整體上講，當(dāng)前礦井所配套的通風(fēng)設(shè)備和線路基本可以滿足煤礦的生產(chǎn)需求，但是結(jié)合現(xiàn)場的調(diào)研結(jié)果進(jìn)行綜合分析，還存在如下問題：

1）礦井工作面現(xiàn)場的通風(fēng)不穩(wěn)定；而且隨著工作面的不斷推進(jìn)，現(xiàn)場的需風(fēng)量將不斷增加，需要對風(fēng)量的分配方案進(jìn)行不斷改變。

2）整個礦井的通風(fēng)線路較長，工作面現(xiàn)場用風(fēng)地點(diǎn)分配相對分散，導(dǎo)致回風(fēng)巷道的風(fēng)阻較大并造成風(fēng)量的浪費(fèi)；同時，由于現(xiàn)場巷道出現(xiàn)局部的片幫和冒落等情況，導(dǎo)致局部區(qū)域的通風(fēng)阻力增大嚴(yán)重[2]。

3）目前，工作面的兩型通風(fēng)機(jī)以并聯(lián)的形式連接，結(jié)合通風(fēng)阻力測定結(jié)果，二者的風(fēng)壓相差較大，可能在后續(xù)的開采過程中存在干擾。

2 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

針對該煤礦通風(fēng)阻力加大、所需風(fēng)量大、通風(fēng)線路過大以及用風(fēng)地點(diǎn)分散等造成的一系列問題，結(jié)合現(xiàn)場情況，初步提出優(yōu)化方案，并對所提出的優(yōu)化方案進(jìn)行優(yōu)選。

2.1 優(yōu)化方案的擬定

結(jié)合當(dāng)前煤礦通風(fēng)系統(tǒng)所面臨的實(shí)際問題和現(xiàn)場情況，擬提出如下三種優(yōu)化改造方案。

2.1.1 方案一

方案一核心思路：在當(dāng)前西翼通風(fēng)線路不變的基礎(chǔ)，將南風(fēng)井關(guān)閉的同時對東翼通風(fēng)線路進(jìn)行改造，具體措施如下：

1）首先，將工作面現(xiàn)場的南風(fēng)井封閉，并重點(diǎn)對主要回風(fēng)巷道進(jìn)行關(guān)閉的同時，將現(xiàn)場可以封閉的硐室全部關(guān)閉[3]。

2）將工作面現(xiàn)場巷道的雜物清理，并將部分巷道的斷面面積擴(kuò)大，在巷道拐角處安裝導(dǎo)風(fēng)板。

基于方案一改造后的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，如圖1 所示。

圖1 基于優(yōu)化方案一的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖

2.1.2 方案二

方案二核心思路：在保證工作面現(xiàn)場通風(fēng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，而且在現(xiàn)場各用風(fēng)地點(diǎn)不變的基礎(chǔ)上，不關(guān)閉南風(fēng)井，具體實(shí)施方案如下：

1）在不關(guān)閉南風(fēng)井的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)場可以關(guān)閉的硐室和東翼皮帶巷進(jìn)行封閉處理；

2）保證現(xiàn)場進(jìn)風(fēng)線路和回風(fēng)線路不變；

3）在軌道上山和西副巷西段的交界位置安裝一個單向風(fēng)窗，重點(diǎn)解決角聯(lián)風(fēng)路對整個通風(fēng)系統(tǒng)的影響；

4）將工作面現(xiàn)場巷道的雜物清理，并將部分巷道的斷面面積擴(kuò)大，在巷道拐角處安裝導(dǎo)風(fēng)板[4]。

基于方案二改造后的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，如圖2 所示。

圖2 基于優(yōu)化方案二的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖

2.1.3 方案三

方案三核心思路：在工作面現(xiàn)場東翼和西翼搶采結(jié)束后，對現(xiàn)場巷道進(jìn)行優(yōu)化，同時保證南風(fēng)井和西風(fēng)井正常工作，具體實(shí)施如下：

1）對東翼和西翼的采掘工作面、聯(lián)絡(luò)巷搶采后，將涉及到搶采的巷道封閉；

2）在現(xiàn)場工作面的軌道絞車房增加風(fēng)門的同時，將軌道下山封閉，并將聯(lián)絡(luò)巷打通；在輔助皮帶巷和中巷聯(lián)絡(luò)巷的位置處構(gòu)建通風(fēng)設(shè)施，保證風(fēng)流能夠通過主暗斜井匯入南風(fēng)井中[5]。

3）將工作面現(xiàn)場巷道的雜物清理，并將部分巷道的斷面面積擴(kuò)大，在巷道拐角處安裝導(dǎo)風(fēng)板。

基于方案三改造后的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。

圖3 基于優(yōu)化方案三的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖

2.2 優(yōu)化方案的優(yōu)選

針對上述三種優(yōu)化方案，本小節(jié)采用灰色關(guān)聯(lián)法對不同方案涉及到的六項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，最終得出適用于該煤礦的優(yōu)化方案。三種優(yōu)化方案中各項(xiàng)指標(biāo)的取值，如表2 所示。

表2 不同優(yōu)化方案中指標(biāo)取值

根據(jù)上述不同通風(fēng)方案中各項(xiàng)指標(biāo)的取值，并依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)法原理得出各方案對應(yīng)的灰色接近關(guān)聯(lián)度如下：方案一為0.806 5，方案二為0.842 2，方案三為0.892 7。因此，最終確定采用方案三對該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

3 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵系統(tǒng)，其主要任務(wù)是為現(xiàn)場人員和設(shè)備提供一個安全、舒適且干凈的工作環(huán)境，尤其是保證現(xiàn)場瓦斯和粉塵濃度滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)要求。本文針對衰老礦井在后期生產(chǎn)中所面臨的通風(fēng)阻力增大、通風(fēng)線路復(fù)雜以及通風(fēng)效率低的問題，基于灰色關(guān)聯(lián)法對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化并總結(jié)如下：

1）在現(xiàn)場調(diào)研的基礎(chǔ)上，該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)主要面臨的問題可歸結(jié)為通風(fēng)管理困難、通風(fēng)阻力較大、用風(fēng)地點(diǎn)分散等。

2）結(jié)合現(xiàn)場工作面的實(shí)際情況和通風(fēng)現(xiàn)狀，提出了三套優(yōu)化改造方案，并基于灰色關(guān)聯(lián)法根據(jù)井下反風(fēng)系統(tǒng)路線、采掘工作面布置、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)情況、用風(fēng)地點(diǎn)通風(fēng)質(zhì)量、礦井抗災(zāi)能力和通風(fēng)管理復(fù)雜程度六項(xiàng)指標(biāo)得出方案三對應(yīng)的灰色接近關(guān)聯(lián)度最大；最終確定采用方案三對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。