通风方案优化及矿井风流有效流动调节技术的应用

王好鹏

（西山煤电马兰矿，山西 古交 030205）

引言

通风系统为煤矿生产的呼吸系统，其主要功能是降低采掘工作面的瓦斯、粉尘浓度，为工作面的安全生产以及为工作面人员提供一个健康舒适的工作环境具有重要意义。但是，随着工作面的推进，最初设计的通风系统不能完全满足实际生产的需求，主要表现为由于通风网络复杂所导致的分风困难、通风阻力增大、通风构筑物破坏严重以及风流调节难度大等问题[1]。因此，为了保证煤矿安全生产，需根据实际通风情况对通风系统进行优化，而且还需对工作面风流进行合理调节。

1 工程实例

本矿井生产能力为220 万t/年。目前，该矿井采用竖井和斜井联合开拓方式进行开采，采用侧翼对角抽出式通风方式实现通风功能。为掌握该矿井的通风情况，具体对其中3 个回风井中所布置通风机的效率进行测定，测定结果如表1 所示。

表1 矿井通风机效率测定

2 号风井由两台相同的通风机并联，除了3 号回风井所布置通风机的效率偏高外，其他回风井所布置的通风机的工作效率非常低，此种情况对于整个矿井的回风能力非常不利[2]。

通过现场测量可知，矿井的总进风量为355.71m3/s，总的回风量为378.94 m3/s。对整个矿井不同位置的风量进行监测可知，该矿井整个通风系统的风流比较紊乱，存在非常多的通风问题，具体可归纳如下：

1）矿井通风机的效率偏低，导致该现象的主要原因与工作面风流短路和紊乱的情况相关；

2）矿井工作面出现了较为严重的漏风现象和风流短路的现象。

3）由于工作面大型设备和粉尘的影响，导致工作面合格风流率仅为26.8%。

4）由于当前工作面通风构筑物不完善且通风系统复杂导致现场风量分配不合理。

5）由于工作面的通风网络复杂且通风线路过长导致通风阻力较大[3]。

2 通风系统优化方案

为解决矿井通风系统所存在的问题，需要对当前通风系统进行优化。具体需通过对通风网络基础数据进行优化研究，并结合通风机工况的综合评估和实践经验得出几种优化方案。最后，通过对各方案的经济性、技术性等进行综合对比得出最佳优化方案[4]。

2.1 通风系统需风量的计算

实际掌握现场需风量是通风系统优化的基础。结合实际生产需求，对该矿井各类工作面的实际需风量进行计算，并得出如表2 所示的结果。

表2 矿井各工作面实际需风量

但是，考虑到实际生产中存在漏风情况，需在理论需风量的基础上乘以一定的备用系数。备用系数一般取1.4 倍。综上所述，整个矿井所有工作面的需风总量为283.36 m3/s。

2.2 通风优化方案的确定

根据当前矿井的通风情况，矿井的地质条件、巷道布置等实际特点，重点需对矿井的细脉带、采区以及溜破回风系统特拟定如下优化方案。

2.2.1 优化方案一

细脉带的优化：将细脉带的主斜道与其他水平通道封闭；为避免有毒气体进入细脉带中，将其中的辅扇停止运转；在3 号风井处的通风通道上设置风窗，将回风量控制在50 m3/s.

采区的优化：对3 号风井中的运转频率进行调节，达到增加进风量的目的；对采区的通风构筑物进一步完善，加强对采区各个水平风流的调节；封闭采区已经开采完毕的巷道与其他联络道之间的通风；进一步完善通风网络。

溜破回风系统的优化：及时排出回风井口处的积水，避免积水潮湿影响设备的性能；对回风井联络巷处的积石进行处理，减少通风系统的阻力。

2.2.2 优化方案二

细脉带的优化：与方案一相同。

采区的优化：在方案一的基础上在斜坡道上安装多级并联空气幕引射风流；

溜破回风系统的优化：与方案一相同。

2.2.3 优化方案三

细脉带的优化：与方案一相同。

采区的优化：在方案一的基础上在住进风井石门的位置增加空气幕阻隔风流。

溜破回风系统的优化：与方案一相同。

将上述三种优化方案采用总突变隶属函数值算法进行对比，三种优化方案对应的总突变隶属函数值如表3 所示。

表3 不同通风方案对应总突变隶属函数值

如表3 所示，选择方案二对矿井通风系统进行优化。

3 矿井风流有效流动调节技术的应用

方案二中针对采区通风系统的优化，需要在斜坡道上安装多级并联空气幕引射风流。随着工作面的推进，采用工作面的需风量处于动态变化状态[5]。为保证优化效果需要采用合适的矿井风流有效流动调节技术保证风量满足要求。针对方案二，具体需要为其增加增阻型空气幕，增阻型空气幕的选型和安装为优化的重点。

经分析可知，在采区505 中段需设置增阻型空气幕。505 中段的最小断面面积为9.66 m2；通过实测可知：该区域在不增加空气幕时对应的通风量为45.7 m3/s，增加空气幕后对应的通风量为35.7 m3/s。因此，要求所选型的增阻型空气幕具备10 m3/s 的控制效果，结合505 中段断面面积为3.18，所配套的空气幕的技术参数如表4 所示。

表4 505 中段空气幕技术参数

增阻型空气幕的具体安装效果如图1 所示。

图1 增阻型空气幕在505 中段安装效果

4 结语

通风系统为煤矿采掘工作面生产的呼吸系统，随着工作面的不断推进，生产能力的不断提升，煤矿通风系统面临着通风阻力增大、漏风现象严重且通风量不足的问题。因此，需根据矿井实际生产情况对通风系统进行优化，保证采掘工作面生产的安全性和生产效率。本文针对矿井实际通风现状对其细脉带、采区以及溜破回风系统进行优化，并最终在优化方案中采取505 中段增加增阻型空气幕，以保证工作面的风量满足实际生产需求。