煤矿通风系统及风量优化研究

2021-07-12赵涛

探索科学(学术版) 2021年3期

赵涛

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陕西涌鑫矿业有限责任公司陕西榆林719000

引言

基于煤矿作业的过程中,煤矿通风系统的重要性,对煤矿通风系统中的通风网络和通风构筑物进行了充分的探究。首先,对通风网络中的作用原理以及风门典型结构的有关内容进行详细的分析;其次,详细计算局部通风的时候其掘进工作面的需风量,并进行相应的分析;最后,借助两种方式,分别是通风网络的优化和摩擦阻力的降低来进一步优化煤矿的通风系统。

1 矿井通风系统分析

煤矿井下通风系统具体包括向巷道以及各生产工作面排送新鲜的空气,并且能够排除一些煤矿井下毒害气体的通风设备和通风网络。本节内容将详细地分析和探究通风系统当中的通风网络和通风构筑物,以期全面剖析矿井的通风系统。

1.1 矿井通风系统中的通风网络在对矿井通风系统的分析过程中,首先,矿井的通风系统由众多的通风管路构成,一般会借助平面图的方法将通风系统简化成一个由线与点构成的网络系统,也称通风网络。

1.2 矿井通风系统中的通风系统构筑物通风系统构筑物具体是指在煤矿井的通风网络中,在某些位置设置的一些通风设施,其重要的作用是控制风流,并且保证风流流向生产地点。同时,根据风流是否通过,通风系统构筑物还被分为隔断风流构筑物以及通过风流构筑物,具体而言,隔断通风构筑物是指风帘、风门以及挡风墙等;通过风流构筑物是指通风桥、反风装置以及风机风筒等。

2 当前煤矿井通风面临的主要难点

从当前煤矿通风工作开展实际来看,整体工作实效还需要提升,特别是当前煤矿井下开采面临的环境已经出现了较大的变化,需要采取针对性的策略进行调整与完善,但是从当前煤矿企业开展的通风系统优化与瓦斯治理情况来看,各种类型的突出问题仍旧存在,过多的传统模式仍旧存在,给煤矿瓦斯治理实效和通风工作质量的提升带来较大的负面影响。

2.1 工程施工期间的通风管理工作,调研了类似矿井的通风管理经验,总结出以下可能面临的问题:

供风难度偏大:大型矿井一般采用3个井筒开拓,3个井筒贯通后,贯通巷道多,通风断面大,供风能力强。一些项目只有2个井筒,供风能力受到限制,随着掘进工作的不断推进,井下局部供风距离越来越远,风筒管理较差(吊挂不平直、漏风点多等)。加之井下环境湿度大、粉尘浓度大对风机的性能都存在一定的影响,致使现井下掘进迎头供风量较低,炮烟、粉尘很难及时排出;二期工程期间井下掘进工作面布置较多,矿井总需风量较大。如果管理不善,可能出现多次串联通风或1台局部扇风机为多个掘进工作面供风现象,存在安全隐患;由于井下部分迎头出水原因,导致停头、换面较为频繁,通风系统不稳定;井下监测监控系统装备安设比较滞后,对井下瓦斯的检查存在部分盲区。井下可能存在有害气体超标区域,对矿井安全存在严重威胁;主副井井筒施工期间,风筒悬吊于井壁,出现漏风点不易维修。

3 煤矿通风系统优化的原则

第一,对煤矿通风系统应当在保证煤矿企业正常使用的基础上,做到最大限度的简化,在达到煤矿下最佳通风效果的基础上,对经济的成本实现有效地控制。第二,对煤矿下开采技术方案应当首先做出来,然后,以开采技术方案为基准,制定出对应的瓦斯治理方案与通风系统优化方案。第三,设计得到的通风系统方案,应当最大限度做到切实可行,同时,也需要为后期煤矿企业产能的提升留有充足的空间。此外,设计的煤矿通风系统的通风能力,应当与煤矿实际的产能相匹配,同时更需要满足相关法律法规的要求。在通风系统优化的过程中,应当为井下提供出充足的新鲜空气,不仅需要对井下生产的安全性给予充足的保证,同时还必须保证工人井下正常作业需要。

3.1 井下通风系统优化矿井井下通过不断对通风系统的改造和优化,可以保证井下各个用风地点的风量需求,保证生产作业安全,同时可以节省通风设施的耗能。优化矿井通风系统主要有两个目的:一是对通风网络进行优化,减小井下通风复杂程度,增大巷道的有效风量;二是降低矿井井下通风系统在允许过程中所受到的各种阻力,降低通风能耗,延长通风设备使用寿命,减少矿井成本投入。下面主要从优化通风网络和减小矿井通风阻力等方面来探讨分析。

3.2 井下通风网络优化当巷道掘进施工距离较长时,原构建的通风网络结构已无法满足掘进工作面迎头所需风量,为了保障掘进作业安全,需要对原有的通风网络进行合理优化。本文采用在掘进巷道与回风巷道之间施工巷道穿透钻孔的方式,将掘进巷道内的回风通过钻孔流入到回风巷道,从而有效降低通风阻力,对掘进工作面瓦斯和粉尘治理起到较好作用。

3.3 减小井下通风阻力减小通风阻力,是提高矿井通风效率,满足井下通风安全需求的有效方法。从采取减小巷道通风摩擦阻力系数的方法来降低矿井通风阻力进行分析研究。减小巷道通风阻力摩擦系数主要措施有缩短巷道距离、加大巷道通风断面等。煤矿井下在进行巷道断面及支护方式设计时,要充分考虑巷道摩擦阻力对巷道通风的影响,巷道施工时,要最大可能地保证巷道表面平滑,从而减少巷道通风阻力摩擦系数。

3.4 通风阻力的降低降低矿井通风过程中受到的阻力能够有效保障生产的安全,并提高经济效益。本文利用减小摩擦阻力系数原理来降低通风阻力,比如增大巷道断面或者减小巷道长度等。在矿井设计的初期阶段,应尽量保证施工时巷道壁面的光滑,同时结合考虑摩擦阻力的影响来选用支护方式。当巷道其他参数固定不变时,断面面积每增大33%,通风阻力则降低50%,风量流过巷道时需要的能耗也将降低一半。尽管断面面积的增大也会增加在基础建设中的投资,但考虑长远的经济效益还是更加有效的。基于巷道产生的通风阻力与其长度成正比关系,因此,在符合工作面通风需求的基础上,应尽量缩短各风路长度。