某矿通风系统优化改造研究

2023-12-21曹晓泽

山西化工 2023年10期

曹晓泽

（山西汾西正善煤业有限责任公司，山西孝义 032300）

0 引言

当前，随着我国煤矿事业的飞速向前发展，煤矿开采工作等安全性问题受到了人们广泛关注和重视，在煤矿井下工作过程中，需要充分做好内部的通风工作，如果煤矿井下通风工作没有落实很容易造成内部空气当中的瓦斯浓度偏高、粉尘含量加大，容易产生爆炸以及对井下工作人员的身体健康和生命安全造成严重的威胁，因此在煤矿开采工作中都需要配备相应的通风系统。但是由于我国很多小型煤矿当中，对于井下通风系统的使用先进程度有所不足，通风系统的工作性能不符合要求，造成煤矿开采过程中的空气环境质量不符合要求，需要进行必要的优化和改造处理。

1 煤矿通风系统存在的相关问题

结合我国某地区一处矿山开展工作案例展开分析，本次研究矿山开展工作使用的是平行中央多级斜井法来进行开挖工作，所使用的开采方法属于水平倾斜超厚层顶煤开采技术，煤矿总共包含5 个竖井，2 个回风竖井以及3 个进气竖井，本次煤矿开采工作当中通风系统的运行工作质量不符合要求，煤矿开采工作环境存在安全隐患，因此需要对通风系统存在的相关问题进行分析，同时进行必要的改造处理。

1.1 煤矿巷道通风问题

某矿建于20 世纪初，在刚建成时道路表面存在很多弯角以及小断面结构，其中某些断面面积只有2.5 m2，当风量大小为2 600 m3/min 的情况下，风力可以达到16 m/s。主轴和副轴以及主进气道之间，直接通过导轨来进行衔接，同时密封壁和气门作为隔板，可以有效提高进气道的阻力大小。煤矸石的主轴和主干道之间通过轨道直接进行连接，但是由于其中的弯道数量较多，最小的通风段面积仅为3～4 m2，因此在很大程度上加大通风阻力大小，同时该矿区在进行主进气道开挖工作当中，通风井的最大级别面积为3.25 m2，和井道相交的截面面积相对较小，因此局部的通风阻力较大[1]。

1.2 通风设施和设备存在的问题

1）该煤矿所使用的通风设施为两种型号不同的风扇设备，同时还包含一组备用的过时风扇设备，风扇在工作过程中经常会出现明显的喘振问题，同时通风效率相对较低。

2）煤矿井下的通风条件相对较差。现阶段，煤矿井下的两个通风口防爆门位置密封性相对较差，并且存在比较严重的漏气情况，风洞门位置使用单个起飞门闸门，和轨道之间的间隙相对较大，因此造成了比较严重的空气泄漏情况，同时吸风隧道采用的是混合石料结构，造成隧道表壁当中的空气产生严重的泄漏情况，同时地下气闸主要是木质材料所构成，还带有大量的气闸，矿井的漏气率相对较高[2-3]。

2 煤矿井下通风系统的优化改造工作策略分析

2.1 对通风系统的主巷道进行扩大

在本次矿区当中处于西面位置，原有的矿区上下两个下游车道并行运作煤矿巷道的主要回风口，同时通过设置出一条主要的回风车道，可以保证与两条下通路之间直接进行衔接。在矿区到东部位置已经建造完成一条特殊的回气道，进一步加快空气的流通速度，通过这种改造方法可以有效解决返回气道当中第一部分回风量，和第二部分主要进气的通风系统阻碍问题，同时通过这种改造方法，可以有效解决内部通风阻力过大等情况。矿区内部经过专业的人员详细分析和设计工作之后，重新设置出回风支架结构，因为煤矿矿洞内部的煤层属于一种相对比较陡峭的结构构成部分，为了有效降低构造的复杂程度，在矿区回风巷道的横向位置设计出一种专用特殊的回风孔，同时采矿前沿位置设置出返回空气孔洞，对通风巷道内部比较狭窄的部分进行进一步扩张，要保证实际通风部分的重建面积大小需要达到6 m2以上。不但如此，通过进一步提高深层水平通风优化设计工作水平，保证煤矿巷道内部独立通风系统的工作效果，通过重新开挖一条长度为1 250 m 的巷道线路，只修建出一条150 m 的专用通道，设立起6 个特殊的垂直孔，总长度达到285 m。

2.2 对矿井通风系统实施改进处理

1）通过使用K45-4-N.14 型轴流式扇风机替换防雷备用风扇，这种风扇的容量和型号与原始替换的风扇型号保持相同。

2）通过进一步改进风力发电机组的辅助工作装置，原有的风动闸阀完全卸下，并且通过使用专用的风扇叠法来进行替代，吸风道经过了充分加固处理，同时在表面混凝土浇筑过程中，可以有效避免产生严重的漏气情况，门框位置和防爆门通过使用胶水和毡垫进行密封处理。通过这种操作方法可以有效防止产生严重的漏气问题。

3）需要对煤矿井下的通风系统，以及相关通风设施进行优化和完善，通过使用具备液压锁定功能的无压减震器设备，有效替代传统主道路减震器设备，并且在矿区的控制风门上方设置出自动关闭控制系统，通过这种改造工作方法，可以有效提高矿井通风系统的使用合理性和稳定性。

2.3 矿井通风需要的风量计算

矿山在开采上部矿体工作过程中，各中段均为明中段，在开采下部矿体中各中段风流，通过斜井直接进入内部采厂，开掘通风天井作为出风口主，回风道断面为三星拱形，根据万吨通风量计算和风速计算本次矿井开拓系统所需要的风量Q[式（1）]：

式中：Q 为矿井所需总风量，m3/s；A 为矿井年产量，24 万t/a；q 为耗风量，m3/（s·万t）（按照矿山规模取2.5 m3/s），将以上数据代入式（1）得Q＝Aq=24×2.5＝60 m3/s。

通过矿业工程软件矫正（校核参数取风阻系数0.015、空气密度取0.7 kg/m3、大气压取65 kPa，进出口高差取平均值120 m），该通风量和各工作面最高风速可满足矿山开采工程的通风要求。

2.4 通风设施及局部通风优化改造

2.4.1 1#主扇风机选型

安装的轴流风机规格为K45-4-N.14 型轴流式扇风机2 台，一台备用一台开启。该型风机的技术参数如下：风机风量为35.7～67.2 m3/s；风机全压为1 094～2 099 Pa；1 号主扇风机安装矿体西翼回风巷硐口附近。

2.4.2 2#主扇风机选型

2#主扇风机仍然选用K45-4-N.14 型轴流式扇风机2 台，一备一用，2#主扇风机安装于矿体东翼回风巷硐口附近。

2.4.3 局部通风

考虑到独头巷道的掘进和改善矿井局部通风状况的需要，在每个掘进工作面、回采工作面可配置局扇进行辅助通风，矿山设计配备6 台局扇，用作局部通风的需要。根据需要，选择局扇的型号为：YBT60-1NO.5，该型号通风机的主要技术参数如下：功率为5.5 kW；风量为145～225 m3/min；全压为1 200～2 500 Pa。

2.5 采用多风机多级基站技术

在矿井通风技术当中，风机多级基站技术的应用效果非常明显，不但可以有效提高矿井下的整体开采工作效率，同时还可以避免大量的电能资源消耗。现阶段，我国各大煤矿开采工作单位针对煤矿井下通风技术的研究程度不断上升，很多矿井以下的作业对多风机多级基站技术的应用程度越来越高，并且实现了对传统煤矿井下通风系统存在的缺陷进行了有效弥补。通过多风机、多级站点的设计，通过至少二级以上的风机站，将外部环境的新鲜空气直接输送到煤矿井下，将内部已经受到污染的空气排放到地面环境当中。通过多风机设备的使用，可以对通风量大小进行有效控制，同时不需要进行多余的风窗调节，对整个通风系统运作的安全性和稳定性形成了重要的保障，可以实现煤矿井下的实时性通风，保证矿井以下的工作安全[4]。