通风系统优化改造在矿井抗灾中的应用探讨

通风系统优化改造在矿井抗灾中的应用探讨摘要：矿井生产中，通风系统扮演着重要角色.能够在降低灾害损失、避免灾害等方面发挥重要作用#本研究以某矿井案例为依据，分析现行通风系统问题，提出改造方案，为开展通风系统优化改造工作提供借鉴近年来，矿井生产安全面临各种灾害威胁。作为矿井安全生产的重要因素，通风系统能直接影响矿井抗灾能力。在矿井开采环境越来越复杂的新时代，通风系统达到更高要求，才能保证矿井拥有足够强的抗灾能力。矿井通风不但是维持矿井正常生产、保证生命安全的基础，而且在减少事故损失、防止灾害扩大等方面具有重要作用。在矿井开采条件越来越复杂和开采深度不断提升的过程中，通风系统同样面临挑战。这要求积极落实通风系统优化改造工作，提高稳定性。某矿井井田走向长度2.6km,倾斜宽度1.0～2.4m,面积4.7km²,在得到政府部门批准后，该矿决定扩大井田范围，主要是向北部和东部扩展，能够扩大5.3km²。扩建后，矿井面积达到10.0km²,可达到383.15Mt的工业储量与230.80Mt的可采储量。井田内稳定全区可采煤层为4号、9号及11号，煤平均5.40m;9号煤层厚15.26～19.05m,平均16.89m,与4号煤层存在约50m距离；11号煤层距离9号煤层3.40m左右，煤层厚2.81～5.07m,平均3.76m。该矿井使用斜井开拓方法，在井田西南部布置工业场地，至今在整个工业场地设置了三个斜井井筒，为回风斜井、主斜井及副斜井。原矿井通风设备主要使用2台FBCDZ-No25型号的风机，此种型号风机为2250kw功率，属于二线规格，每分钟可达到740r转2现行通风系统的问题通过分析该矿井情况可知，该矿井现行通风系统进风量，无法满足“2采7掘”要求，需要在现有基础上每分钟提升1095m³左右的进风量，只有在掘进工作面为6个时才能保证风量要求得到满足；第二，4号煤层总回风巷与斜副井风速均达到8m/s以上，证明矿井存在缺少足够通风的情况；第三，此矿井通风系统总阻力高达1270Pa,在副斜井段出现184Pa阻力，回风斜井段则有596Pa阻力，而在4号煤层的主回风巷道中，阻力为118Pa,这些区域构成通风阻力的高值区段。在整个通风阻力中，主回风巷与回风斜井的阻力之和占据56.2%;第四，鉴于9号煤层易发生自燃，要设立独立的回风巷道，专用于9号煤层的区域通风。然而，目前9号煤层区域仍然在利用指定的回风巷和输送带巷道进行回风,需要从轨道巷进风，无法满足要求。3现行通风系统优化改造方案3.1现行通风系统优化目标①增加风量。矿井改扩建增加了水平延深或产量，会提升采掘工作面数量或单产单进，提高气温和瓦斯涌出量，在此情况下需更多风量供给采掘工作面。若矿井采掘工作面出现漏风过多情况，可能导致部分区域没有足够风量，需结合区域需求调整局部风量。②提高系统稳定性。若矿井有较多采掘面，布局不节用风地点风量的情况，针对此种问题，应从及时调节风网风量、优化采掘布局以及降低风网复杂度等方面入③减阻节电。若矿井原有主要回风巷和进风井巷通风断面较小，在扩大开采区域的情况下，矿井整体需要更多风量，加上延长通风线路等因素的影响，会导致矿井内部出现比设计值更高的通风阻力，针对此种情况，务必使用合理的降阻措施，尽量减少能源消耗，为矿井通风系统经济性和安全性提供保障。3.2现行矿井通风系统优化改造应注意的问题结合目前该矿井总进总回通风断面不足、风速将超限、供风量紧张、主要通风机可以发挥最大能力，必须保证两台主要通风机发挥作用，对使用风量适当调整将矿井通风阻力控制在更低程度控制漏风提升通风管理的精细化水平使矿井通风更符合经济性、安全性目标用在实施改造工作时开应该关注以下问题：①通风方式#鉴于4号煤层各自属于自燃倾向煤层和易燃煤层需对9号煤层区域采取独立回风巷道管理用该区域应采纳“两进一出”的通风模式回风由特定回风巷道承担用进风由输送带巷道和轨道巷道共同完成曲在煤炭开采作业面建议采用u型通风系统理想状态是轨道巷道负责回风开机械巷道负责进风用基于这一安排需明确盘区专用回风巷、轨道巷和输送带巷的挖掘次序2#在为煤炭开采作业面准备巷道时开应优先挖掘与专用回风巷相连的联络巷道确保回风通道构建完毕后再进行作业面巷道的准备开保证所有采掘作业面的回风能最终汇入专用回风巷用这样可避免盘区内的输送带巷或轨道巷各自独立负责回风和进风发挥专用回风巷功能开增强矿井应对灾害的能力#②矿井生产能力用考虑到现今该矿井使用的是2台型号相同的主要通风机但是实际使用性能存在差异与1号风机相比开2号风机的能力明显更强在不更换或者改造1号主要通风机基础上应该以1号风机的能力为基准计算矿井实际配风量也就是说应该保证每年5.0Mt的矿井生产能力#1号风机与2号风机能力对比情况如表1所示表12台主要通风机能力对比情况叶片角1号2号③节省配风量用因为现阶段与矿井回采相比巷道掘进明显滞后用未来4年开最少需要保证有6个矿井巷道掘进工作面想要避免由于送风距离短引发的局部通风机浪费风量开应在严格遵守通风设计规范的基础上实施风量配风局扇需要控制在365m³/min左右吸风量在全风压状态下需要达到600m³/min以上的供风量避免产生循环风³用同时应对部分位置的通风管理进行强化开尽量将通风阻力与风筒漏风控制在更低程度④优化调风、减少漏风用因矿井开采顺序为先4号煤层后9号煤层而且两者存在50m左右距离在此情况下上下采空区有很大概率处于联通范围开必须合理规划4号煤层及9号煤层的开采时间与开采空间禁止长时间对某煤层的总回风巷道增加阻力开以防因煤层采空区间产生较大的漏风压力差导致煤炭自燃因此务必遵循科学原则田合理安排生产活动确保采煤与掘进作业交替以及推进速度处于适宜范围“用在满足通风配风需求的同时力求均衡4号煤层与9号煤层的通风路径阻力避免只对单一子系统实施阻力调整用通过这种方式完成两个区域系统的风量分配任务不仅能将矿井的整体阻力维持在较低水平开还能减少4号煤层与9号煤层上下采空区的漏风压力差对控制遗煤自燃和采空区漏风非常有利用同时开需要规范建设防火封闭结合需求配置调节风窗与风门堵住矿井内风量流出通道51用在确保矿井通风技术规范得到遵循的前提下开根据矿井需求对通风量进行调整开降低矿井通风阻力开采取多样化策略提升风量分配效率为了达到对主副斜井风速管控目的可在主斜井4煤联络巷道及主斜井底部行人通道进行调整用3.3现行矿井通风系统优化改造措施在考虑现行矿井通风系统存在问题基础上开结合“以风定产”原则应使用以下优化改造措施：①扩大井巷断面经过对不同矿井开采布局下的通风需求进行核算发现若以矿井目前能承受的最大通风量9470m³/min为基准开矿井大致能满足“2采6掘”通风需求曲然而开矿井最大回风能力不足开受制于回风巷道和回风斜井限制4仅有6480m³/min用矿井通风系统的进风与回风能力严重不匹配且主要通风设备已趋于极限工作状态限制了矿井通风效能协调开必须着手对矿井现有回风系统进行拓展、降低风速和减少阻力用依照矿井的采掘接续计划开当前主要生产区域为40号和91号盘区92号盘区作为91号盘区的后续区域正在筹备用未来将开发43号和93号盘区分别作为40号和92号盘区的后续区域用矿井中可供开采的煤层有4号、9号和11号按照自上而下顺序开采开4号煤层与9号煤层联合开采用11号煤层最后单独开采根据对不同阶段采掘方案的通风需求计算开若按照矿井的最大通风量9470m³/min考虑开基本可以满足“2采6掘”以及“2采1备4掘”通风需求但总回风巷的风速将超出限定值用针对这一问题提出以下改造方案:将4号煤矿井总回风巷截面面积从18.2m²扩大到22m²开确保风速不超过8m/s用实施这一改造后如果主要通风机的性能仍不满足需求开需考虑升级或更换通风机②开凿新回风立井用在对矿井通风需求进行周密分析后发现矿井采用“2采1备6掘”或更大型生产策略如“2采2备4掘”和“2采2备6掘”开现有通风系统无论是进气还是排气部分其截面面积均不足以满足需求，风速已超过规定的安全标准。因此，建议打造新的排气井，以期彻底解决通风截面不随着4号煤开采作业结束，矿井的作业重心将转向9号和11号煤，尤其是11号煤，计划借助9号煤层的盘区通道进行矿产提取。矿井的核心生产环节预计会在91号、92号以及93号盘区展开。考虑到将排气井底部建立在车场邻近地带，虽然能够绕开保护煤层，却难以解决通风巷道后期风速过高及通风路径偏长导致的通风阻力问题。因此，提议将排气井底部置于91号、93号与92号盘区接壤的回风地带，这样能减少回风巷道长度，降低通风系统阻力，还能避免因风量集中造成的主要通风巷道风速超标问题。用斜井设计方案，改为采用立井。新排气立井位于大尹村保护区界内，紧邻92号与91号盘区回风系统的号煤北翼回风巷东侧。排气立井将通过一条短回风石门与4号和9号煤的回风巷连接，井口广场设在大尹村边缘，井深约310m。按照风速8m/s和风量12600m³/min标准计算，排气立井的截面面积应为26.25m²,该环形截面的半径是5.78m,将安全梯占据的空间计算在内，最后选定一个6.5m的竖井，该竖井的横截面面积是33.18m²,保证风速不超过8m/s,并且设置一个应急通道。这一位置选择的优点在于无需增设保护煤层柱，能够实现4号和9号煤独立回风，同时，每一分区的回风都可以各自进行，使总回风路径最在4号、9号煤的回采过程中，在9号、11号煤的回采过程中，煤矿将在43、92、93盘段进行主体回采。新建抽矸竖井施工,将9号煤总回风线路由原来的回风斜井改造成送风人行井，并在9号煤回风斜井、东翼回风巷全部改为风巷；而91号盘区的回风巷虽然仍保留回风巷功能，但回风能力较弱。为此，新建抽矸竖井投产后，每一盘区的通风方式均改为“两进一回”,既可保证增设专门的回风巷，又可减少91号盘区进风巷及轨道巷内的风流速度。经过一系列优化措施，矿井的生产架构调整为“2采6掘”模式，具体为4号煤配置一个综合开采面和一个连续开采面(等同于一个挖掘面),以及三个挖掘作业面；9号煤设置一个综合放顶煤面和两个挖掘面。矿井的核心通风设备选用1号通风机，通过减少叶片固定角或者减少旋转速度(由740r/min下降到700r/min),确定由主倾斜线到4号煤集中辅助巷的行人联络巷的空气流量为300m³/min,对主倾斜井底部到9号煤人行道的空气流量不设上限，914面的空气流量为1324m³/min,因此，403面的空气流量可以为1418m³/min,其余地区的配风量都满足需求。当前，该矿山的入口空气总量为9238m³/min,在副斜坡入口为6015m³/min,速度为7.97m/s,主倾斜面入量为9247m³/min,9号煤为3903m³/min,4号煤为5346m³/min,井下空气总阻力1108Pa,等积孔5.70m²。该煤矿进入风井的速度没有超出规范要求，在回风巷出口速度下降到8.45m/s,在回风坡出口速度下降到11.0m/s,这表明风速满足安全要求，能够在矿井应急情况