基于灰色关联法对煤矿通风系统的优化

吴现东

（山西焦煤西山煤电股份有限公司西曲矿，山西 太原 030200）

0 引言

通风系统为煤矿的“肺部”，其主要功能是对工作面的空气进行净化，降低现场粉尘浓度等，为作业人员提供一个安全、干净的工作环境。但是，在实际生产中，随着矿井工作面的推进和生产，尤其是矿井向衰老阶段过渡时，煤矿通风网络存在通风线路过长、风阻过大、以及用风地点分散等问题，对于整个煤矿的生产效率和安全性带来挑战[1]。而且，在对煤矿通风系统进行优化的同时，需要对优化后通风系统的安全稳定性进行综合分析。

1 现状分析

矿井在经过几十年的开采后，逐步进入开采后期。通风系统作为矿井生产的基础保障之一，为衰老矿井提供稳定、有效的通风系统是保证工作面高效、安全生产的基础。本文所研究煤矿目前已经进入衰老期，经探测该煤矿的最大涌水量为242.73 m3/h，正常情况下的平均涌水量为174.24 m3/h。总的来讲，随着该矿井逐步进入衰老期，其所面临的防治水的工作难度较小。

目前，该矿井采用中央分列式和单翼对角相混合的通风方式，在矿井的南风井和西风井分配配套两台通风机，每个风井的通风机采用“一用一备”的原则使用。其中，在南风井所配套通风机的具体型号为G4-73-11-25D 离心式通风机，在西风井所配套的通风机的具体型号为BDK-8-No.26 轴流式通风机。为切实掌握该矿井当前的通风状态，重点对各个现场的通风参数进行测定，测定结果如表1 所示。

表1 矿井通风阻力现状测定结果

经核算，整个煤矿的通风风量约为170.06 m3/s，通风阻力为2 190.51 Pa，通风机的效率为61.28%；矿井风量的有效率为85.58%。从整体上讲，当前矿井所配套的通风设备和线路基本可以满足煤矿的生产需求，但是结合现场的调研结果进行综合分析，还存在如下问题：

1）矿井工作面现场的通风不稳定；而且随着工作面的不断推进，现场的需风量将不断增加，需要对风量的分配方案进行不断改变。

2）整个矿井的通风线路较长，工作面现场用风地点分配相对分散，导致回风巷道的风阻较大并造成风量的浪费；同时，由于现场巷道出现局部的片帮和冒落等情况，导致局部区域的通风阻力增大严重[2]。

3）目前，工作面的两型通风机以并联的形式连接，结合通风阻力测定结果，二者的风压相差较大，可能在后续的开采过程中存在干扰。

2 煤矿通风系统的优化

针对该煤矿通风阻力加大、所需风量大、通风线路过大以及用风地点分散等造成的一系列问题，结合现场情况，初步提出优化方案，并对所提出的优化方案进行优选。

2.1 优化方案的拟定

结合当前煤矿通风系统所面临的实际问题和现场情况，拟提出如下三种优化改造方案。

2.1.1 方案一

方案一核心思路：在当前西翼通风线路不变的基础，将南风井关闭的同时对东翼通风线路进行改造，具体措施如下：

1）首先，将工作面现场的南风井封闭，并重点对主要回风巷道进行关闭的同时，将现场可以封闭的硐室全部关闭[3]。

2）将工作面现场巷道的杂物清理，并将部分巷道的断面面积扩大，在巷道拐角处安装导风板。

基于方案一改造后的通风系统网络，如图1 所示。

图1 基于优化方案一的通风网络图

2.1.2 方案二

方案二核心思路：在保证工作面现场通风稳定的基础上，而且在现场各用风地点不变的基础上，不关闭南风井，具体实施方案如下：

1）在不关闭南风井的基础上，将现场可以关闭的硐室和东翼皮带巷进行封闭处理；

2）保证现场进风线路和回风线路不变；

3）在轨道上山和西副巷西段的交界位置安装一个单向风窗，重点解决角联风路对整个通风系统的影响；

4）将工作面现场巷道的杂物清理，并将部分巷道的断面面积扩大，在巷道拐角处安装导风板[4]。

基于方案二改造后的通风系统网络，如图2 所示。

图2 基于优化方案二的通风网络图

2.1.3 方案三

方案三核心思路：在工作面现场东翼和西翼抢采结束后，对现场巷道进行优化，同时保证南风井和西风井正常工作，具体实施如下：

1）对东翼和西翼的采掘工作面、联络巷抢采后，将涉及到抢采的巷道封闭；

2）在现场工作面的轨道绞车房增加风门的同时，将轨道下山封闭，并将联络巷打通；在辅助皮带巷和中巷联络巷的位置处构建通风设施，保证风流能够通过主暗斜井汇入南风井中[5]。

3）将工作面现场巷道的杂物清理，并将部分巷道的断面面积扩大，在巷道拐角处安装导风板。

基于方案三改造后的通风系统网络，如图3所示。

图3 基于优化方案三的通风网络图

2.2 优化方案的优选

针对上述三种优化方案，本小节采用灰色关联法对不同方案涉及到的六项指标进行综合分析，最终得出适用于该煤矿的优化方案。三种优化方案中各项指标的取值，如表2 所示。

表2 不同优化方案中指标取值

根据上述不同通风方案中各项指标的取值，并依据灰色关联法原理得出各方案对应的灰色接近关联度如下：方案一为0.806 5，方案二为0.842 2，方案三为0.892 7。因此，最终确定采用方案三对该煤矿通风系统进行优化。

3 结语

通风系统为煤矿生产的关键系统，其主要任务是为现场人员和设备提供一个安全、舒适且干净的工作环境，尤其是保证现场瓦斯和粉尘浓度满足《煤炭安全规程》的相关要求。本文针对衰老矿井在后期生产中所面临的通风阻力增大、通风线路复杂以及通风效率低的问题，基于灰色关联法对通风系统进行优化并总结如下：

1）在现场调研的基础上，该煤矿通风系统主要面临的问题可归结为通风管理困难、通风阻力较大、用风地点分散等。

2）结合现场工作面的实际情况和通风现状，提出了三套优化改造方案，并基于灰色关联法根据井下反风系统路线、采掘工作面布置、通风网络情况、用风地点通风质量、矿井抗灾能力和通风管理复杂程度六项指标得出方案三对应的灰色接近关联度最大；最终确定采用方案三对通风系统进行优化。