徐文俊

(霍州煤電集團有限責任公司 李雅莊煤礦, 山西 霍州 031400)

在煤礦生產(chǎn)過程中，隨著生產(chǎn)的推移、新采區(qū)的延伸與開拓等，礦井通風系統(tǒng)需要進行相應的改變和系統(tǒng)優(yōu)化[1-3]. 通風系統(tǒng)優(yōu)化的主要思路：一是當前通風系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡最優(yōu)化調(diào)節(jié)，其目的是對原有礦井通風系統(tǒng)，在合理的風量分配情況下，通過聯(lián)絡巷、通風構(gòu)筑物等進行通風網(wǎng)絡優(yōu)化調(diào)節(jié)，確定一個最優(yōu)的網(wǎng)絡內(nèi)部調(diào)節(jié)方案。該方法主要用于日常的通風管理[4-5]. 二是對未來將擴建的通風系統(tǒng)進行優(yōu)化，即在多種可行的改造方案中，包括通風動力分析，通過方案比較，篩選出最優(yōu)的通風系統(tǒng)改造方案[6].

1 通風系統(tǒng)改造方案確定

目前李雅莊煤礦通風系統(tǒng)的主要問題是需要增加礦井總需風量至18 100～21 300 m3/min.按目前運行的主要通風機FBCDZ-10-No.34的能力，其回風量只有12 000 m3/min，運行負壓2 200 Pa，風機能力基本達到滿負荷運轉(zhuǎn)，不能滿足下一步開拓和回采的銜接需要。僅對該礦目前的通風網(wǎng)絡進行優(yōu)化，不能滿足以上生產(chǎn)要求，因此，提出以下兩種主要方案：

1) 方案一：更換風機。該方案優(yōu)點是建設周期短，對礦井生產(chǎn)影響小，費用相對低。

2) 方案二：新建回風井，實現(xiàn)分區(qū)通風。需要在八采區(qū)新建1個回風井，安設1套主要通風機系統(tǒng)，保留目前2#主要通風機系統(tǒng)。該方案主要優(yōu)點是實現(xiàn)了分區(qū)通風，是未來礦山安全生產(chǎn)的發(fā)展趨勢,但建設周期長，費用大。

綜合李雅莊煤礦實際生產(chǎn)，選擇方案一，即更換主通風機。按后期十年規(guī)劃，當前通風狀況為通風容易時期，下面對通風困難時期進行分析。

2 后續(xù)生產(chǎn)規(guī)劃通風系統(tǒng)分析

根據(jù)李雅莊煤礦后續(xù)生產(chǎn)規(guī)劃，面臨五、六、八采區(qū)回采、開拓，期間主要分為3個階段：

第1階段：六采區(qū)回采期間，五采區(qū)、八采區(qū)進行開拓，此時六采區(qū)布置1個回采工作面、1個備用工作面以及2個掘進工作面，五采區(qū)布置4個掘進工作面，八采區(qū)布置4個掘進工作面。六采區(qū)服務年限約剩余4年，五、八采區(qū)開拓時間約為4年，4年后轉(zhuǎn)入第2階段。

第2階段：六采區(qū)回采完畢，五、八采區(qū)開拓完成，屆時分別在五、八采區(qū)各布置1個回采工作面、1個備用面，八采區(qū)布置2個掘進工作面，五采區(qū)布置4個掘進工作面。八采區(qū)服務年限約為5年，五采區(qū)服務年限約為10年，5年后轉(zhuǎn)入第3階段。

第3階段：八采區(qū)開采完后期，按1個工作面需風量進行配風，屆時五采區(qū)布置1個回采工作面，1個備用面，4個掘進工作面，至全井田上組煤開采完畢。

3 與生產(chǎn)規(guī)劃相對應的通風系統(tǒng)分析

利用礦井通風管理信息系統(tǒng)MVIS，對李雅莊煤礦相關(guān)通風系統(tǒng)改造方案進行模擬分析。該軟件系統(tǒng)主要特點：可任意改變通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、密閉巷道、新掘巷道、通風動力(葉片角度調(diào)整、頻率改變、開停操作)、通風構(gòu)筑物狀態(tài)(拆除、增加和開啟)等，通過仿真運算，實現(xiàn)通風系統(tǒng)狀態(tài)變化后的通風系統(tǒng)問題再現(xiàn)。

進行礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化方案預測與分析，礦井井巷通風基礎(chǔ)參數(shù)精確度直接關(guān)系到預測的精度[7-9]. 結(jié)合李雅莊煤礦通風阻力測定結(jié)果，確定了該礦通風系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)。各階段模擬分析如下：

1) 第1階段生產(chǎn)布置。

依據(jù)礦井實際開采與瓦斯涌出量進行配風，采煤工作面為1 600 m3/min，備用工作面為800 m3/min，掘進工作面為700 m3/min.

第1階段需要拆除南總回風巷道調(diào)節(jié)設施，維護南總回風巷道使回風順暢。

2) 第1階段仿真結(jié)果分析。

通風系統(tǒng)調(diào)整后仿真系統(tǒng)圖見圖1. 由圖1可知，最大阻力路線在六采區(qū)。進風井和回風井風量、風井阻力、主要巷道風量變化見表1.

圖1 第一階段方案實施后通風系統(tǒng)仿真圖

表1 八采區(qū)、六采區(qū)和五采區(qū)各主要井巷風量、阻力對照表

由表1可知，第1階段礦井總回風量為18 000 m3/min時，通風總阻力為2 694 Pa，相對于目前六采區(qū)生產(chǎn)情況，方案掘進面減少2個，六采區(qū)總用風量減少1 650 m3/min. 雖然礦井總回風量增加，但是3個采區(qū)均衡用風，所以礦井通風總阻力只增加了494 Pa.

3) 第2階段和第3階段。

礦井轉(zhuǎn)入第2階段和第3階段后，預測分析得到礦井總回風量分別為17 220 m3/min 和16 080 m3/min，礦井通風總阻力分別為2 794 Pa、2 691 Pa.

4 礦井主要通風機參數(shù)確定

1) 主要通風機風量。

因有外部漏風，通過主要通風機的風量Qf大于礦井總風量Q.

Qf1=1.05Q1=18 900 (m3/min)

(1)

式中：

Qf1—第一階段主通風機風量，m3/min；

1.05—抽出式通風礦井的外部漏風系數(shù)；

Q1—第一階段礦井需風量，m3/min.

2) 主要通風機裝置靜壓。

考慮礦井自然風壓的作用，以及通風機局部阻力損失100 Pa，則第一階段方案困難時期主要通風機裝置靜壓見式(2)：

h1=hr-hn+Δh=2 849(Pa)

(2)

式中：

h1—第一階段主通風機裝置靜壓，Pa；

hr—礦井通風總阻力,Pa,取2 694；

hn—礦井自然風壓，Pa，經(jīng)測算礦井冬季和夏季自然風壓分別為85、-55，此處取-55；

Δh—礦井局部阻力損失，Pa,取100.

3) 確定主要通風機的參數(shù)。

通風機電機功率輸入功率計算見式(3)：

(3)

式中：

Nei—電動機輸入功率，kW；

Neo—電動機輸出功率，kW；

Nfi—風機輸入功率，kW；

Nfo—風機輸出功率，kW；

Q—風機風量，m3/s；

H—風機裝置靜壓，Pa；

ηe—傳動效率，取1.0；

ηf—風機效率，%，取70.

根據(jù)以上計算，可以得出第1階段主要通風機參數(shù)，同理可得出第2階段、第3階段主要通風機參數(shù)，見表2.

表2 預選主要通風機參數(shù)表

礦井通風容易時期是指礦井通風系統(tǒng)總阻力最小的時刻。反之，通風系統(tǒng)阻力最大時刻為通風困難時期。根據(jù)表2得出，通風容易時期為第1階段，通風困難時期為第2階段，所以所選風機參數(shù)需滿足以上兩個時期通風要求。通風主要參數(shù)是指風量、裝置靜壓，相應的電機功率能滿足風機需要即可，電機功率按照正常使用進行計算得出。

風機裝置靜壓計算見式(4)：

ht=|hs-hv|=Hfs

(4)

式中：

ht—風硐(風機入風側(cè))的相對全壓，Pa；

hs—風硐(風機入風側(cè))的相對靜壓，Pa；

hv—風硐(風機入風側(cè))的速壓；

Hfs—風機裝置靜壓，Pa.

根據(jù)以上仿真計算分析，對滿足以上生產(chǎn)時期的通風機性能曲線進行預測，容易時期和困難時期通風機性能特性曲線分別見圖2，3.

圖2 通風容易時期風機性能特性曲線圖

由圖2和圖3可知，通風容易時期風機工況點風機裝置靜壓為2 849 Pa，風量為315 m3/s；通風困難時期風機工況點風機裝置靜壓為2 949 Pa，風量為301.35 m3/s. 通風容易與困難時期的風機裝置靜壓曲線與風機靜壓曲線趨勢一致。

圖3 通風困難時期風機性能特性曲線圖

5 結(jié) 論

1) 目前，李雅莊煤礦通風系統(tǒng)需要增加總需風量,結(jié)合該礦現(xiàn)行生產(chǎn)規(guī)劃，通風系統(tǒng)的改造方案為更換主要通風機。

2) 利用MVIS通風仿真軟件構(gòu)建李雅莊煤礦通風管理信息系統(tǒng)，模擬預測該礦通風容易與通風困難時期的通風狀況，得到通風容易時期工況點為裝置靜壓2 849 Pa，風量315 m3/s；困難時期工況點為裝置靜壓2 949 Pa，風量301.35 m3/s. 根據(jù)仿真結(jié)果給出該礦預選的主要通風機參數(shù)以及預選主要通風機性能特性曲線。