晉華宮礦復(fù)雜條件下礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

文/孟志斌

山西大同煤礦集團(tuán)公司晉華宮礦南山井田現(xiàn)為晉華宮礦三大生產(chǎn)區(qū)域之一，南山井原有三個(gè)進(jìn)風(fēng)井和一個(gè)回風(fēng)井，采用抽出式通風(fēng)。隨著礦井開采煤層工作面的變化，其原有通風(fēng)系統(tǒng)、設(shè)備以及通風(fēng)方案與參數(shù)都必須進(jìn)行升級或優(yōu)化。按目前實(shí)際情況看，南山井在采掘部署調(diào)整后仍將缺風(fēng)1600m3/min，南山井馬營溝風(fēng)井系統(tǒng)的通風(fēng)能力不能滿足生產(chǎn)要求，必須對其通風(fēng)系統(tǒng)做進(jìn)一步改造。

一、原通風(fēng)系統(tǒng)能力與合理性分析

1.通風(fēng)系統(tǒng)難以滿足長遠(yuǎn)發(fā)展要求

南山井共有薄煤層9#、10#和厚度達(dá)5～8m的12#厚煤層。目前通風(fēng)能力只可以滿足一個(gè)工作面實(shí)際需要，但后期須進(jìn)行9#層、10#煤層和12#厚煤層同時(shí)開采，礦井需風(fēng)量將會大大增加。

2.引風(fēng)道與風(fēng)硐斷面面積不足

南山井馬營溝風(fēng)井原按照安裝1.8m直徑主扇設(shè)計(jì)，其風(fēng)機(jī)主扇引風(fēng)道和風(fēng)硐斷面分別僅有4.2m2和4.84m2，盡管之后進(jìn)行過改造擴(kuò)建，但又在原基礎(chǔ)上更換了功率更大且排風(fēng)量高達(dá)5800m3/min的BDK56C-6-No.22對旋式主扇，經(jīng)實(shí)測發(fā)現(xiàn)，風(fēng)硐風(fēng)速已達(dá)到20m3/s，遠(yuǎn)超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的要求，存在嚴(yán)重的超風(fēng)速、高損壓難題。

3.主通風(fēng)設(shè)備存在問題

南山井使用的對旋式主扇曾多次發(fā)生過銅襯脫鉚事故。另外，由于主扇葉片銹蝕損壞嚴(yán)重，每年必須對葉片至少更換一次，耗費(fèi)了大量的維修成本。

二、系統(tǒng)優(yōu)化方案提出

1.方案技術(shù)分析

對于優(yōu)化方案主要從以下三方面進(jìn)行考慮：一是尋找新的進(jìn)風(fēng)通道或者在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)容以增加進(jìn)風(fēng)量，二是拓展新回風(fēng)通道或在原來?xiàng)l件下增大回風(fēng)能力，三是調(diào)整或優(yōu)化通風(fēng)參數(shù)以提升通風(fēng)效果。由此提出以下兩種方案。

（1）馬營溝風(fēng)井改建方案。首先，提升同風(fēng)能力，即延長馬營溝風(fēng)井井筒并在地面重新修建風(fēng)道、主扇基礎(chǔ)以及安裝相適應(yīng)的主扇設(shè)備；同時(shí)，將材料斜井延伸至9#煤層作為其專用進(jìn)風(fēng)及運(yùn)料通道。其次，將現(xiàn)回風(fēng)斜井?dāng)嗝嬗稍瓉?m2擴(kuò)大至15m2以上。

（2）材料斜井改回風(fēng)井分擔(dān)通風(fēng)方案。已有進(jìn)風(fēng)井不變，把材料斜井延伸至9#煤層與總回風(fēng)井貫通作為回風(fēng)井，地面修建防爆門、風(fēng)硐和機(jī)房等設(shè)施并安裝主扇，擔(dān)負(fù)9#煤層通風(fēng)任務(wù)。另外，馬營溝風(fēng)井擔(dān)負(fù)12#煤層和10#煤層進(jìn)風(fēng)任務(wù)。

2.方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

盡管方案二相對于方案一施工較為容易，但工程量較大，施工工期太長而不能滿足生產(chǎn)接替要求，對礦井生產(chǎn)影響較大，而且投資較大。因此，方案一優(yōu)于方案二。

三、新方案參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

1.南山礦井采掘工作面分布與風(fēng)量需求分析

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，分為通風(fēng)容易和困難兩個(gè)階段或時(shí)期。通風(fēng)容易時(shí)期是指目前生產(chǎn)通風(fēng)需求相對較小且其通風(fēng)能力僅須滿足當(dāng)前生產(chǎn)及薄煤層開拓的阻力要求即可的階段，困難時(shí)期是指在后續(xù)生產(chǎn)中其通風(fēng)能力必須滿足9#薄煤層、10#中厚煤層和12#厚煤層同時(shí)高強(qiáng)度開采時(shí)的礦井通風(fēng)阻力需要的階段。經(jīng)過計(jì)算，通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期礦井需風(fēng)情況分別見下表。

通風(fēng)容易時(shí)期礦井需風(fēng)量

通風(fēng)困難時(shí)期礦井需風(fēng)量

2.風(fēng)阻計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)解算

（1）容易時(shí)期的最大通風(fēng)阻力風(fēng)流路線。容易時(shí)期的最大通風(fēng)阻力風(fēng)流路線為：副井→9#層副井→9#層材料井→9#層集中軌道巷→9#層盤區(qū)巷→8224工作面→盤區(qū)回風(fēng)巷→風(fēng)硐→回風(fēng)井。

（2）困難時(shí)期的最大通風(fēng)阻力風(fēng)流路線。困難時(shí)期的最大通風(fēng)阻力風(fēng)流路線為：副井→12#層盤區(qū)巷→8224工作面→12#盤區(qū)回風(fēng)巷→總回風(fēng)巷→風(fēng)硐→回風(fēng)井。

（3）通風(fēng)摩擦阻力計(jì)算。按所選定的礦井通風(fēng)容易和困難兩個(gè)時(shí)期的通風(fēng)阻力最大阻力風(fēng)流路線，分別計(jì)算出各區(qū)段井巷的摩擦阻力。計(jì)算可得，通風(fēng)容易時(shí)期最大阻力區(qū)段摩擦阻力計(jì)算2203Pa或224.8mmH2O，通風(fēng)困難時(shí)期最大阻力區(qū)段摩擦阻力計(jì)算2662Pa或271.7 mmH2O。

（4）確定風(fēng)硐的通風(fēng)阻力和自然風(fēng)壓。對風(fēng)硐的要求是通風(fēng)阻力h硐一般不超過100～200Pa，因馬營溝風(fēng)井改造引風(fēng)道較長，風(fēng)硐的通風(fēng)阻力取最大值200Pa。自然風(fēng)壓四季不同，但考慮對主扇的影響阻力h自選取200Pa。

（5）通風(fēng)阻力計(jì)算。通風(fēng)容易時(shí)期的通風(fēng)阻力 h阻易=k局∑h摩易－h(huán)自=1909×1.15－200=1995Pa=203mmH2O；通風(fēng)困難時(shí)期的通風(fēng)阻力h阻難=k局∑h摩難－h(huán)自=2308×1.15+200=2854Pa=291mmH2O由于存在外部漏風(fēng)，通風(fēng)機(jī)排風(fēng)量Q排必然大于礦井總風(fēng)量Q，則Q排=k外Q。

式中：k外—外部漏風(fēng)系數(shù)，抽出式通風(fēng)且風(fēng)井有無提升任務(wù)時(shí)分別取1.10和1.05。

（6）通風(fēng)設(shè)備配套選型與實(shí)際通風(fēng)參數(shù)分析。按實(shí)際要求，確定2K60-No.28主扇作為礦井通風(fēng)配套設(shè)備?？紤]本地實(shí)際大氣壓、溫度不同于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，選取主扇特性曲線300和400作為通風(fēng)容易和困難時(shí)期的解算，修正后的礦井通風(fēng)容易時(shí)期工況點(diǎn)為：總需風(fēng)量8141m3/min，通風(fēng)阻力203mmH2O；礦井通風(fēng)困難時(shí)期工況點(diǎn)為：總需風(fēng)量9916m3/min，通風(fēng)阻力291mmH2O。

（7）通風(fēng)風(fēng)速驗(yàn)算。通風(fēng)容易時(shí)期最大阻力區(qū)段風(fēng)速顯示，3#層到地面回風(fēng)井風(fēng)量及風(fēng)速均最大，分別為129.9m3/s和8.9m/s，備采至采面盤區(qū)井風(fēng)量與風(fēng)速均最小，分別為24.4m3/s和1.18m/s。通風(fēng)困難時(shí)期最大阻力區(qū)段風(fēng)速驗(yàn)算結(jié)果顯示，風(fēng)井回風(fēng)巷風(fēng)量及風(fēng)速均最大，分別為159.5m3/s和11.8m/s，9～12#層副井風(fēng)量與風(fēng)速均最小，分別為2.3m3/s和0.2m/s。由此可見，兩個(gè)時(shí)期的通風(fēng)風(fēng)速均符合規(guī)程要求。

四、結(jié)論

經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較與分析，選定方案可以滿足礦山目前及后期生產(chǎn)的通風(fēng)系統(tǒng)重新部署條件，能夠確保生產(chǎn)通風(fēng)安全。重新核定的新通風(fēng)方案的風(fēng)量、風(fēng)壓等參數(shù)以及通風(fēng)配套設(shè)備功率可以滿足實(shí)際需要，并符合安全規(guī)程相關(guān)規(guī)定。