陳宗泉

（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)三元微子鎮(zhèn)煤業(yè)有限公司山西長(zhǎng)治047500）

0 引言

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，礦井通風(fēng)系統(tǒng)起著舉足輕重的作用，其通過(guò)形成負(fù)壓系統(tǒng)將地面的新鮮風(fēng)流引入到井下，將井下空氣中的危害氣體含量稀釋，從而為工作人員提供安全的工作環(huán)境[1～3]。由于礦井生產(chǎn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，礦井通風(fēng)系統(tǒng)必須能夠滿足生產(chǎn)活動(dòng)需要，為井下各個(gè)位置提供足夠的風(fēng)量，目前許多礦井由于開(kāi)采范圍、深度的改變，導(dǎo)致礦井的地質(zhì)環(huán)境有所變化，為了對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)做出合理的優(yōu)化，有必要對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力進(jìn)行測(cè)定，從而分析該系統(tǒng)現(xiàn)狀，針對(duì)行的提出優(yōu)化方案[4～6]。本文以山西某礦地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對(duì)該礦井的通風(fēng)系統(tǒng)阻力進(jìn)行了測(cè)試與分析，從而得到了通風(fēng)系統(tǒng)的不合理性，提出了優(yōu)化方案，研究結(jié)果可對(duì)具有相似狀況的礦井有一定的參考意義。

1 礦井概況

山西某礦生產(chǎn)能力為120萬(wàn)t/a，屬于低瓦斯礦井。礦井目前開(kāi)采煤層為3#煤，煤層厚度平均為8.4 m，傾斜角度平均為4°，煤層在整個(gè)井田開(kāi)采范圍內(nèi)具有著較為穩(wěn)定的賦存狀態(tài)，采用綜采放頂煤方法開(kāi)采煤層。礦井開(kāi)拓方式為立井開(kāi)拓，采用中央并列式通風(fēng)方式，其中主井負(fù)責(zé)回風(fēng)，副井負(fù)責(zé)進(jìn)風(fēng)，礦井主要通風(fēng)機(jī)型號(hào)為G4-73-12NO25D離心式通風(fēng)機(jī)。

2 礦井通風(fēng)阻力測(cè)定及分析

為了分析礦井通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，通常需要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的阻力進(jìn)行測(cè)量，從而清楚整個(gè)系統(tǒng)中阻力的分布情況，得到通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化工作奠定基礎(chǔ)。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)量方法

本次對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力的測(cè)定采用基點(diǎn)法。首先確定通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)量路線，通過(guò)多個(gè)基點(diǎn)將整個(gè)線路分為若干個(gè)部分，然后布置兩臺(tái)氣壓計(jì)，其中一臺(tái)布置在井上以固定位置處，隔一定時(shí)間對(duì)氣壓值進(jìn)行記錄，這臺(tái)氣壓計(jì)的作用主要是記錄在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)的地表大氣壓變化情況，對(duì)井下氣壓數(shù)值起到一定的修正作用；第二臺(tái)氣壓計(jì)布置在已經(jīng)設(shè)計(jì)好的基點(diǎn)位置，逐個(gè)對(duì)基點(diǎn)處的氣壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在得到地表氣壓值和基點(diǎn)處氣壓值后，根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的溫度、風(fēng)速以及基點(diǎn)處的標(biāo)高可以計(jì)算出兩點(diǎn)之間的通風(fēng)阻力。

2.2 測(cè)量路線選取

由于該礦井通風(fēng)方式為中央并列式，測(cè)量路線需要選擇風(fēng)量比較大、途經(jīng)回采工作面的路線作為主要測(cè)量路線，并且該路線內(nèi)巷道具有多種類(lèi)型與支護(hù)方式。該礦井主要測(cè)量路線為：副井→西翼軌道大巷→暗斜井→東翼軌道大巷→五采區(qū)石門(mén)→5306回風(fēng)巷→5306工作面→5306運(yùn)輸巷→東翼膠帶大巷→采區(qū)軌道下山→總回風(fēng)巷→主井→地面。

在測(cè)量路線確定后，需要在路線中布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)需盡量布置在具有代表性的巷道中，并且這些巷道盡量具有風(fēng)量大、人員易通行的特點(diǎn)，相鄰兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)壓差最好在20 Pa以上。基于該原則，本次通風(fēng)測(cè)量路線測(cè)點(diǎn)共布置50個(gè)。

2.3 測(cè)量結(jié)果分析

在通風(fēng)路線及測(cè)量布置完畢后，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)阻力進(jìn)行了測(cè)量，并采用計(jì)算機(jī)對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。該礦井通風(fēng)路線總阻力為1 841.5 Pa，風(fēng)硐速壓為215.1 Pa，自然風(fēng)壓為11.2 Pa，風(fēng)機(jī)房風(fēng)壓為2 053 Pa，本次測(cè)量結(jié)果誤差為0.72%，小于規(guī)程規(guī)定的5%，表明本次測(cè)量結(jié)果足夠準(zhǔn)確，可以作為通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

測(cè)量結(jié)果得到后，需要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)阻情況進(jìn)行分析，將本次風(fēng)阻測(cè)量路線分為三部分，分別為進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段以及回風(fēng)段，其中進(jìn)風(fēng)段為副井口到進(jìn)風(fēng)大巷區(qū)域，用風(fēng)段為進(jìn)風(fēng)石門(mén)到回風(fēng)石門(mén)區(qū)域，回風(fēng)段為回風(fēng)石門(mén)到主井口。根據(jù)上述劃分，50個(gè)測(cè)量點(diǎn)中的1～7號(hào)為進(jìn)風(fēng)段測(cè)量點(diǎn)，7～26號(hào)為用風(fēng)段測(cè)量點(diǎn)，26～50號(hào)為回風(fēng)段測(cè)量點(diǎn)，阻力分布圖與分布狀況如圖1、表1所示。

圖1 通風(fēng)系統(tǒng)阻力分布圖

表1 通風(fēng)系統(tǒng)阻力分布情況

從圖1、表1中可以看出，三個(gè)區(qū)段的風(fēng)阻占比分比為26.8%、27.4%、45.8%，分配比例為2.73：2.74：4.53，該比例合理性較低，對(duì)其分析，具體問(wèn)題如下：

（1）通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)段風(fēng)阻占比明顯過(guò)高，主要由于回風(fēng)段巷道包括膠帶巷、總回風(fēng)巷等巷道摩擦系數(shù)較高，并且局部巷道斷面較小，僅有8.6 m2，因此造成這些巷道內(nèi)風(fēng)阻增大。

（2）位于首采區(qū)以及六采區(qū)的部分巷道存在著一定的漏風(fēng)情況，使得風(fēng)流的一部分流入了采空區(qū)，易造成采空區(qū)出現(xiàn)自燃現(xiàn)象，因此通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性較低。

（3）部分巷道內(nèi)堆積有閑置的設(shè)備與材料，因此造成巷道的有效通風(fēng)斷面減少，風(fēng)阻增大。

（4）由于目前主要工作面大多分布在八采區(qū)，在這些區(qū)域巷道需風(fēng)量較高，而目前該通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量分配存在著一定的不均勻現(xiàn)象。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化方案確定

根據(jù)上述分析可知，礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要在于部分區(qū)域風(fēng)阻較大，導(dǎo)致礦井各區(qū)段風(fēng)量配比不合理，針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的問(wèn)題，本文提出了三個(gè)方案來(lái)降低風(fēng)阻，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，具體如下：

方案一：由于礦井的膠帶巷、總回風(fēng)巷等巷道斷面較小，因此對(duì)這些巷道采取擴(kuò)巷的方法，增大巷道斷面面積，減小巷道風(fēng)阻。針對(duì)部分由于圍巖變形導(dǎo)致斷面減小的巷道，對(duì)巷道支護(hù)方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化，采用高預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索，提高巷道支護(hù)強(qiáng)度，控制圍巖變形，提高巷道有效通風(fēng)面積。對(duì)于礦井內(nèi)長(zhǎng)期閑置、不用的車(chē)場(chǎng)，采用構(gòu)筑風(fēng)墻的方法對(duì)其進(jìn)行封閉，減少巷道漏風(fēng)情況。此外在布置工作面時(shí)，合理、均衡布置工作面，實(shí)現(xiàn)均衡通風(fēng)。

方案二：由于礦井內(nèi)沒(méi)有布置專用回風(fēng)井，通風(fēng)線路較長(zhǎng)，導(dǎo)致通風(fēng)阻力較大，因此在井田范圍內(nèi)新修建專用回風(fēng)井，從而減小通風(fēng)線路長(zhǎng)度，減小礦井風(fēng)阻。

方案三：對(duì)礦井主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，增大通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量，從而提高礦井通風(fēng)能力，滿足井下各位置供風(fēng)需求。

對(duì)比上述三個(gè)優(yōu)化方案，由于方案二修建新風(fēng)井需要對(duì)井下部分工作面進(jìn)行停產(chǎn)，并且耗費(fèi)時(shí)間多，工程量大，經(jīng)濟(jì)成本耗費(fèi)較大，方案三中對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，但目前礦井主要通風(fēng)機(jī)性能已調(diào)整至最大，若要提升通風(fēng)系統(tǒng)能力，只能對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行更換，在經(jīng)濟(jì)方面不合理，因此方案二、方案三并不適用。方案一在經(jīng)濟(jì)方面比較合理，并且技術(shù)實(shí)施上可行，因此本文通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案確定為方案一。

3.2 優(yōu)化效果分析

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案確定后，在2017年進(jìn)行實(shí)施，為有效分析優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)，對(duì)此時(shí)的通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)解算，通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)如表2所示。

表2 2017～2019年通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)

從表中可以看出，通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，每年通風(fēng)系統(tǒng)等積孔均大于2 m2，通風(fēng)難易程度屬于容易類(lèi)別，礦井總風(fēng)量在4 800 m3/min～6 000 m3/min范圍內(nèi)，能夠滿足井下供風(fēng)要求，礦井總風(fēng)阻在1 300 Pa～1 450 Pa范圍內(nèi)，相較于優(yōu)化前有了明顯的降低，該結(jié)果表明優(yōu)化后的礦井通風(fēng)系統(tǒng)符合規(guī)定要求。

4 結(jié)論

本文以山西某礦地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)礦井通風(fēng)阻力的測(cè)量，從而分析出了現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)及問(wèn)題，提出了三個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，選擇了最合理的方案并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)施。根據(jù)優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)，礦井總風(fēng)量能夠滿足井下供風(fēng)需求，并且總風(fēng)阻有了明顯降低，表明本文優(yōu)化方案較為合理，能夠有效改善通風(fēng)系統(tǒng)的問(wèn)題。