邢永生

（大同煤礦集團(tuán) 華盛虎峰煤業(yè)有限公司，山西 運(yùn)城 043300）

1 概 況

華盛虎峰煤業(yè)位于山西省中北部，主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，主采盤區(qū)煤層穩(wěn)定性低，煤層偽頂為0.7 m 的粉砂巖，直接頂厚度為6.2 m 的細(xì)砂巖。為低瓦斯礦井。目前礦井采用邊界式通風(fēng)方式，新風(fēng)由主副斜井進(jìn)入，向下通風(fēng)石門流經(jīng)井下各區(qū)段，為井下作業(yè)區(qū)、回采區(qū)和運(yùn)輸巷道等區(qū)域供風(fēng)，循環(huán)井下空氣，回采作業(yè)面裝設(shè)局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行正壓供風(fēng)，井下回風(fēng)通過(guò)礦井東翼回風(fēng)井配置的FBCD-4-12.5/55 kW 抽出式通風(fēng)機(jī)抽出至礦井地面。實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn)礦井部分區(qū)域通風(fēng)風(fēng)量偏低，且風(fēng)質(zhì)明顯低于合格標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)大通風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量后，仍無(wú)法有效改善，需要對(duì)井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造[1-10]，優(yōu)化各區(qū)域的通風(fēng)狀況，保證井下作業(yè)時(shí)空氣環(huán)境的舒適性。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定

明確礦井當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題是開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提，為此對(duì)礦井巷道斷面參數(shù)、風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)質(zhì)以及巷道摩擦阻力和風(fēng)阻值等數(shù)據(jù)測(cè)量，測(cè)點(diǎn)布置在通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)井入風(fēng)聯(lián)巷和回風(fēng)聯(lián)巷頓工作面進(jìn)回風(fēng)巷、硐室進(jìn)、回風(fēng)巷以及其他擬進(jìn)行通風(fēng)測(cè)量的點(diǎn)位，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位前后15 m 范圍內(nèi)不能有大角度彎道且無(wú)阻礙通風(fēng)效率的障礙物，保證通風(fēng)參數(shù)測(cè)定的準(zhǔn)確性。研究確定了風(fēng)速、風(fēng)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位共30 個(gè)、風(fēng)質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位13 個(gè)、風(fēng)阻監(jiān)測(cè)點(diǎn)位10 個(gè)。測(cè)定過(guò)程采用的儀器設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 華盛虎峰煤業(yè)礦井通風(fēng)參數(shù)測(cè)定儀器表Table 1 Huasheng Hufeng coal mine ventilation parametersmeasuring instrument table

測(cè)定了主副斜井、各階段平巷、掘進(jìn)工作面、回風(fēng)巷硐室進(jìn)回風(fēng)巷道等監(jiān)測(cè)點(diǎn)位風(fēng)速、風(fēng)量、粉塵濃度以及主通風(fēng)機(jī)、回風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)工況下風(fēng)量、全壓以及效率等數(shù)據(jù)，根據(jù)《AQ1028-2006煤礦井工開(kāi)采通風(fēng)技術(shù)條件》 規(guī)定的指標(biāo)計(jì)算方法，引入《金屬非金屬地下礦山通風(fēng)技術(shù)規(guī)范通風(fēng)系統(tǒng)》合格率評(píng)價(jià)指標(biāo)，該指標(biāo)指測(cè)定符合技術(shù)條件中規(guī)定的需風(fēng)點(diǎn)數(shù)與總需風(fēng)點(diǎn)數(shù)的比值，對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)值進(jìn)行合格率計(jì)算，結(jié)果匯總見(jiàn)表2。

表2 通風(fēng)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Comprehensive evaluation results ofventilation syste

通風(fēng)阻力測(cè)定時(shí)將風(fēng)路按照進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段進(jìn)行劃分，其阻力分布情況為，測(cè)點(diǎn)1～4（進(jìn)風(fēng)段）測(cè)定長(zhǎng)度為804 m，占總測(cè)定長(zhǎng)度的13.3%，通風(fēng)阻力為121.54 Pa，占總阻力的19.5%；測(cè)點(diǎn)5～8（用風(fēng)段）測(cè)定長(zhǎng)度為1 914 m，占總測(cè)定長(zhǎng)度的32.1%，通風(fēng)阻力為147.68 Pa，占總阻力的23.8%；測(cè)點(diǎn)9～10（回風(fēng)段）測(cè)定長(zhǎng)度為3 198 m，占總測(cè)定長(zhǎng)度的54.6%，通風(fēng)阻力為351.51 Pa，占總阻力的56.7%%，繪制阻力坡度與風(fēng)阻分布如圖1 所示。

圖1 阻力坡度與風(fēng)阻分布圖Fig.1 Resistance slope and wind resistancedistribution map

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)質(zhì)、風(fēng)機(jī)效率、風(fēng)量供需比合格率和風(fēng)阻分布測(cè)定，表明當(dāng)前系統(tǒng)通風(fēng)整體效果不好。

（1）通風(fēng)網(wǎng)路布局不合理。+258～+348 m 段通風(fēng)量小，通風(fēng)網(wǎng)路不完整，總回風(fēng)巷道路線太長(zhǎng)，且彎道較多，局部風(fēng)壓損失過(guò)大。

（2）風(fēng)路漏風(fēng)量大，通風(fēng)效率不高。主運(yùn)輸巷與采空區(qū)距離較近，巷道裂縫多漏風(fēng)量大；通風(fēng)風(fēng)路中設(shè)置的四道風(fēng)門存在不同程度的漏風(fēng)現(xiàn)象；+365 m、+371 m 階段段平巷與采空區(qū)聯(lián)通，未設(shè)置密閉墻，導(dǎo)致漏風(fēng)。

（3）工作面空氣質(zhì)量差，工作面粉塵濃度大，是由于工作面供風(fēng)不足，主要由于供風(fēng)路線長(zhǎng)、風(fēng)筒懸掛不平直和風(fēng)筒的破損漏風(fēng)。

（4）風(fēng)阻測(cè)定結(jié)果表明通風(fēng)系統(tǒng)部分區(qū)域配風(fēng)量較大，總體風(fēng)阻較小，但回風(fēng)段風(fēng)阻過(guò)大。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案分析

針對(duì)當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，進(jìn)行優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，分別對(duì)西翼風(fēng)巷以及東翼總回風(fēng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 西翼風(fēng)巷優(yōu)化方案

方案一：在+227～+315 m 處沿著礦界設(shè)置回風(fēng)巷道，在+315～+348 m 處利用當(dāng)前已設(shè)置的回風(fēng)聯(lián)絡(luò)斜巷，為了保證下部風(fēng)不會(huì)反流，開(kāi)采方式采用前進(jìn)式推進(jìn)方式，利用下平巷進(jìn)風(fēng)，用上部+360 m 階段平巷回風(fēng)，開(kāi)采完成后設(shè)置密閉墻（圖2）。

圖2 西翼風(fēng)巷優(yōu)化方案一示意Fig.2 The optimization scheme l of west wing windtunne

方案二：在+227 m 階段西翼平巷的礦界側(cè)設(shè)置回風(fēng)斜巷，一直延伸至+284 m 階段西翼平巷的礦界側(cè)，并與之聯(lián)通，如圖3（a）所示，回風(fēng)通過(guò)+284 m 階段西翼平巷進(jìn)入到東翼的回風(fēng)斜巷，在平巷與行人盲斜井的交匯處設(shè)置風(fēng)橋。+315～+348 m 階段煤炭開(kāi)采時(shí)同樣采用前進(jìn)式推進(jìn)式，從運(yùn)輸平巷進(jìn)風(fēng)，污風(fēng)從上部平巷回風(fēng)至東翼，如圖3（b）所示，開(kāi)采完成后設(shè)置密閉墻。

圖3 西翼風(fēng)巷優(yōu)化方案二示意Fig.3 The second illustration of the optimizationscheme of the west wing wind lane

3.2 東翼總回風(fēng)優(yōu)化方案

西翼風(fēng)巷的2 種改造方案均通過(guò)回風(fēng)巷道將污風(fēng)流入到東翼回風(fēng)斜井中，所以東翼回風(fēng)斜井中的風(fēng)量和風(fēng)速均大，東翼現(xiàn)有回風(fēng)巷布置如圖4 所示，+360 m 階段東翼平巷經(jīng)回風(fēng)斜巷到+373 m 階段平巷，經(jīng)過(guò)回風(fēng)斜巷匯合至總回風(fēng)斜井。為了降低當(dāng)前回風(fēng)段風(fēng)阻，采用2 種改造方案。

圖4 當(dāng)前東翼回風(fēng)巷布置Fig.4 The current layout of the east wing windane

方案一：調(diào)整回風(fēng)斜巷，在圖4 現(xiàn)有回風(fēng)斜巷的最左邊斜巷下端與+360 m 階段和+373 m 階段間的回風(fēng)斜巷上端對(duì)接，其上端從絞車房回風(fēng)巷下方穿過(guò)，可新掘聯(lián)絡(luò)巷貫通。

方案二：調(diào)整回風(fēng)斜巷，如圖5 所示，現(xiàn)有回風(fēng)斜巷左側(cè)靠近的中間斜巷作為回風(fēng)斜巷，連接絞車房回風(fēng)巷，然后統(tǒng)一匯合至總回風(fēng)斜井。

圖5 東翼回風(fēng)巷改在方案二示意Fig.5 East wing wind lane change in scheme 2

3.3 方案確定

西翼風(fēng)巷改造方案對(duì)比發(fā)現(xiàn)，方案一的掘進(jìn)工程量為387 m，回風(fēng)路線最長(zhǎng)為1 423 m，按照方案一改造后西翼下部開(kāi)采時(shí)，回采的污風(fēng)不會(huì)污染到東翼，但井底硐室回風(fēng)風(fēng)量會(huì)串入階段回風(fēng)聯(lián)絡(luò)斜巷以西資源回采；方案二的掘進(jìn)工程量為242 m，回風(fēng)路線最長(zhǎng)為1 025 m，按照方案二改造需要設(shè)置風(fēng)橋。對(duì)比工程量并結(jié)合開(kāi)采作業(yè)計(jì)劃，決定采用方案二進(jìn)行改造通過(guò)系統(tǒng)。

對(duì)比東翼總回風(fēng)改造方案發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的回風(fēng)巷的彎道最多，因此方案一和方案二在降低風(fēng)阻方面均有優(yōu)勢(shì)，雖然方案二比方案一會(huì)多掘進(jìn)約30 m延伸斜巷，但能夠與下部回風(fēng)巷道直接對(duì)接，形成的回風(fēng)斜巷更加順直，因此選定方案二進(jìn)行改造。

4 應(yīng)用效果

對(duì)華盛虎峰煤業(yè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)西翼風(fēng)巷和東翼總回風(fēng)巷改造后，按照新的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整了采掘布局、風(fēng)機(jī)供風(fēng)量后，按照2.1 內(nèi)容進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3，雖然仍有部分指標(biāo)沒(méi)有合格，但有明顯提升，說(shuō)明通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造效果明顯。

5 結(jié)論

為了解決華盛虎峰煤業(yè)礦井部分區(qū)域通風(fēng)風(fēng)量偏低，且風(fēng)質(zhì)明顯低于合格標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造研究，形成以下結(jié)論。

（1）通過(guò)對(duì)當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)速、粉塵濃度、風(fēng)阻等參數(shù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)存在通風(fēng)網(wǎng)路布局不合理、通風(fēng)效率不高、污風(fēng)回風(fēng)不暢以及回風(fēng)段風(fēng)阻大等問(wèn)題。

（2）針對(duì)西翼提出在+227～ +315 m 處設(shè)置回風(fēng)巷和在+227～284 m 設(shè)置回風(fēng)巷，并在在平巷與行人盲斜井的交匯處設(shè)置風(fēng)橋兩種改造方案，對(duì)比兩種方案的工程量決定采用后者方案。

（3）針對(duì)東翼總回風(fēng)巷提出兩種調(diào)整回風(fēng)斜巷方案，為了進(jìn)一步降低回風(fēng)段風(fēng)阻，決定采用方案二進(jìn)行改造。

（4）監(jiān)測(cè)了改造后通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)后，風(fēng)量（風(fēng)速）、風(fēng)質(zhì)、風(fēng)機(jī)效率和風(fēng)量供需比合格率明顯提升。