煤矿通风压能调控治理角联技术应用

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摘要:均压通风是改善角联网络风流状态，抑制漏风、瓦斯和一氧化碳等有害气体积聚等问题的有效手段。为确保煤层各需风区域有效供风量，对角联通风网络结构特点与流动特性进行分析，对增压、降阻、增阻等不同均压调节方式效果和设置位置选择进行了讨论，并在马脊梁煤矿进行了实例验证。结果表明，通过通风压能手段对该局部角联结构进行通风优化调节，改善了原有的胶带斜井漏风状况，并提高了8号煤层各需风区域有效供风量，达到了良好治理效果。

关键词:矿井通风系统;均压通风;角联网络;等效风阻;通风压能

引言

矿井通风系统通过风井的主通风机带动矿井中空气流动，为井下各工作地点输送新鲜空气，并消除和稀释井下作业空间内煤尘与瓦斯、一氧化碳等有害气体，以及改善湿热环境［1－3］。同时矿井通风网络通过合理设置局部通风机、通风构筑物等手段调节局部井巷内风流状态，使井巷内部风流状态、风速等能够满足《煤矿安全规程》相关安全、卫生条件，确保通风系统呈现出稳定状态。在矿井通风系统中，角联网络是较为复杂的结构之一，通风调节位置与调节量对整个局部网络状况有着较为明显的影响［4－6］。为此，需要研究角联通风网络的风流特性，在此基础上通过不同的调节手段有效改善角联通风结构的风流稳定性。

1角联网络风流特性

矿井通风系统中各类巷道的相互贯通与连接构成通风网络，根据网络中各支路间拓扑网络关系分为串联、并联和角联3类结构形式［7－8］。串联网络与并联网络结构和调节较为简单，并呈现出等效对称性，且符合风量平衡定律和风压平衡定律;串联网络中改变任意支路内风阻后，该风阻会等效影响整个串联网络，因此串联网络中通风调节设置无特定位置要求。并联网络中调节小风阻支路相对其他支路对整个通风网络等效风阻影响较大，效果也更为明显;并联网络中存在某风路与两并联支路相关贯通，并且该风路的端点分别位于其他风路的区间，不与并联风路的任意公共端点连接，该网络形式被称为角联网络。角联网络多出现在同煤层开采、厚煤层分层开采、邻近煤层开采的相邻工作面各辅助巷道所形成的局部通风网络。角联支路中风流流动状态与漏风形式较为复杂，如图1所示，a1、a2、b1、b2在角联网络中被称为主导线，能够影响角联分支c1的风流方向的支路被定义为正导线，相反则为负导线，即a1、a2所在支路为正导线，而b1、b2所在支路为负导线。角联分支c1的风流状态由两主导线间压差决定，为增加角联分支c1的风量可以对a1、a2支路进行降阻或对b1、b2支路增阻，相反的操作会降低角联分支c1的风量。

2通风系统优化调节措施

2．1不同风流调节方式

矿井通风系统改变主风机工况、增加局部风机以及增加各类通风构筑物等手段，从而达到增压、增阻、降阻等通风网络中风流状态的不同调节效果［9－10］，不同风流调节方式的调节点位置以及特点对比见表1。通常矿井通风系统主要进行局部通风系统的增压调节，该方式一般多针对巷道掘进时的供风不足。巷道内设置通风构筑物或减小巷道截面从而增加通风系统总风阻，迫使主风机的工况点出现向上偏移，以增加风流能耗来提高风压的方式被称为增阻调节。降阻调节与增阻调节相反，需要增加并联巷道或扩大巷道断面尺寸从而为降低风流流动阻力起到调节作用，局部通风系统调节中该方式相对工程量与成本投入较高。通风系统优化调节过程一方面需要注意调节方式的选择，另一方面需要考虑调节量与调节措施施工位置，这些都会影响系统优化后的效果与稳定性。

2．2角联结构风压调节

角联结构中由于正导线与负导线支路间存在风压差，正导线支路风流会经由角联支路泄露至负导线支路，角联支路构成漏风带，而如果负导线支路为邻近工作面采空区时，会增加该采空区遗煤自燃风险。通过在角联结构中设置通风调节设施和局部通风机调整角联结构中正、负导线支路间的风压压差，改变角联支路风流流动状态，该方式被称为均压调节，该方式能够有效地抑制邻近工作面漏风、环境中粉尘以及有害气体超限。均压调节针对被调节区域状态被分为开区均压与闭区均压，通常闭区均压调节主要针对封闭采空区内遗煤自燃的防灭火措施，而开区均压设置在正常回采的工作面区域，根据调节措施不同，又分为风窗均压调节、局部通风机均压调节和联合调节。均压调节抑制漏风状况的原理在于调节正、负导线支路的风阻，使角联结构中的各支路风压和风阻达到一定平衡状态，能够有效抑制角联支路所形成的漏风带风流泄露现象。角联结构均压调节中增加正导线支路风阻会减少通过角联支路流向负导线支路的风量，相反在负导线支路设置增阻措施会使流入负导线的风量分支，为抑制角联分支漏风，应优先考虑对风流风量较大的分支设置增阻调节，即优先利用正导线分支上已有通风调节设施进行降阻调节，当不适于在正导线支路设置通风构筑物时，则在负导线方向设置必要增阻措施用来保证角联结构中的风流状态稳定性。

3实例分析

3．1工程概况

同煤集团马脊梁煤矿由西一回风斜井、西三回风立井带动矿井正常井下通风，其中3号煤层集中轨道巷、3号煤层皮带巷通过8号煤层胶带斜井与8号煤层材料斜井、1136大巷构成角联通风网络。8号煤层材料斜井与1136大巷巷道断面大、距离短、风阻小、进风量大、压能较大，而与进风斜井连接的胶带斜井断面小、距离长、风阻大、进风量小、压能小，导致有大量风流由8号煤层材料斜井流向胶带斜井，而集中轨道巷的风流经过3号煤层调车硐室，由于硐室及轨道巷内车辆与设备原因风阻较大，并释放大量热量导致流经该风路的风流呈现湿热状态，并伴随大量雾气，该角联通风网络整体呈现风流不稳定状态需要进行相关调节。

3．2风流调节方案及效果

3．2．1方案一由于西三回风立井带动石炭系一盘区用风量的用风，而西一回风斜井主要通风机供风相对盈余，初期通过提高流经8号煤层各巷供风量，将供风量由780m3/min调整为1225m3/min，并降低材料斜井下部进风量，由原来的325m3/min调整为210m3/min。进行增压调节后，胶带斜井下部风量由455m3/min变为1015m3/min，8号煤层材料斜井进风增加后由3号煤层车场流向8号煤层胶带斜井，胶带斜井出风量增加，未起到调节效果。

3．2．2方案二为控制胶带斜井出风量问题，后期提出通过降阻的方式调节胶带斜井风流状态。1136水平大巷与中央变电所回风绕道设置有密闭墙，通过打开该风路将原有密闭墙调整为调节风窗，使1136水平大巷风流短路，而材料斜井风压、进风量都有一定的下降，风压由原来180mmH2O下降至152mmH2O，而进风量由原来2720m3/min下降至2395m3/min。增大流入3号煤层各巷内的风量，将3号煤层一盘区皮带头进风量增大至410m3/min。对8号煤层的回风量进行调节，将回风量由原有的780m3/min增大至1000m3/min，迫使由材料斜井下部流向8号煤层的风量由原来的325m3/min降至210m3/min。后期的方案二调节后，胶带斜井风流风向发生改变，由原出风状态改为进风状态，而原有出风量平均约为412m3/min，调节后进风量为780m3/min，降低原有的胶带斜井漏风状态，提高8号煤层各需风区域有效供风量，增加了角联系统的稳定性。

4结论

(1)通过对角联通风网络结构特点与流动特性的研究分析，分析如何通过均压调节手段优化网络结构和提高风流稳定性，对增压、降阻、增阻等不同均压调节方式效果和设置位置选择进行了讨论。(2)对马脊梁煤矿风井供风方式调整后，由3号煤层集中轨道巷、3号煤层皮带巷通过8号煤层胶带斜井与8号煤层材料斜井、1136大巷角联通风网络出现的风流不稳定状态，先后通过增压和降阻方式进行调节局部通风结构的风流状态。(3)通过对1136水平大巷进行风流短路，并调整3号煤层的进风量和风压，以及增加8号煤层的回风量，最终达到改变原有网络中胶带斜井风流方向，确保了8号煤层各需风区域有效供风量。

作者：张有权 单位：大同煤矿集团同煤安全监管五人小组管理部