李雅庄矿通风系统可靠性定量分析研究

郭雪鹏，刘恒泰

(霍州煤电集团有限责任公司 通风部，山西 临汾 031400)

矿井通风系统是一个包括矿井通风方式、通风机运行方法以及通风网络状况的动态系统，是煤矿安全生产的基石[1-2]. 矿井采掘深度和开采规模的增加，给矿井通风系统带来的通风压力也逐渐增大，导致通风可靠性降低，严重的会引起井下风流紊乱，影响煤矿的正常生产，因此进行矿井通风系统可靠性的研究是十分必要的[3].

矿井通风系统的可靠性主要指保证矿井在正常投产时间内，满足井下各用风地点的风量满足生产需要，同时保证通风系统与矿井生产系统协调运行，防止井下突发事件发生的能力[4-5]. 通风网络中通风构筑物的损坏程度、通风动力装置的运行状况等因素，对矿井通风系统的可靠性造成了直接影响[6].

1 矿井概况

李雅庄矿通风方式为混合式，通风方法为抽出式，共5个井筒。其中，4个进风井，1个回风井。进风井分别为：主斜井、副斜井、1号进风立井、2号进风立井。回风井为2号回风立井；2号回风井装有2台同等能力的通风机，一台保证矿井正常生产运行，另一台作为备用风机。六采区通风系统采用两进风两回风的方式，即六采区的皮带巷、轨道巷作为进风巷，右回风巷、左回风巷作为采区回风巷。回采工作面采用U型通风，配风量为2 235 m3/min，掘进工作面采用压入式供风。

2 矿井通风系统可靠性分析

影响矿井通风系统可靠性的主要因素包括通风方式和方法、通风动力、通风网络以及通风设施，通过对李雅庄矿矿井通风系统的分析，及时发现现阶段运行的通风系统中可能存在的安全隐患，并针对这些潜在的隐患提出治理和改正措施。

2.1 通风动力装置可靠性

通风动力装置可靠性因素包括风机通风方法合理性、机房安全设施健全度、风机性能合格度、风机反风性能合格度、局部通风系统可靠度。李雅庄矿矿井通风方式实现了各盘区分区独立通风，符合《煤矿安全规程》要求。2号回风立井井口安装2台FBCDZ-10-No.34型轴流对旋式通风机，配用电机功率2×710 kW，其回风量为12 000 m3/min，运行负压2 200 Pa. 回风井配置的通风动力能满足当前生产要求。

2.2 矿井通风网络结构及阻力分布合理性

矿井通风管理信息系统软件能够实现日常通风管理，进行各种通风系统方案仿真，软件在算法上解决了无初值迭代求解，实现了固定半割集下的通风网络按需分风，对于通路的求解采用基于节点驱动的算法，加速了程序的执行[7].

李雅庄矿矿井通风网络分支总数为383条，网络节点总数为294，地面运转主扇风机1台，调节设施总数为44. 通过矿井通风管理信息系统进行巷道风速分析，得到各巷道风速均满足《煤矿安全规程》要求。对于2号回风立井而言，总阻力为2 243 Pa，进风区阻力为496 Pa，用风区阻力为1 464 Pa，回风区阻力为283 Pa，进风区段所占阻力为22.2%，而用风区段所占阻力为65.4%，回风区段所占阻力为12.4%. 2号回风立井及主通风机参数见表1. 由表1可知，矿井属于通风容易风井。

表1 2号回风井及地面主通风机参数表

根据矿井通风系统三区阻力分布比例可知该矿通风阻力分布较为合理，没有出现明显的高阻力段。进风区阻力占比较大的原因是路线较长，长度大约为6 900 m. 在用风段，对2-605工作面回风侧进行了调节，调节阻力310 Pa，考虑和八采区总回的南总回风巷同时降阻调，可实现矿井总阻力下降，总风量增加。此外，对2号进风井进行了风量限制，通过优化可进一步降低阻力，增加矿井风量。六采区右回风下山部分巷道风量大，有效断面相对小，风速接近上限6 m/s. 从目前来看，通风系统能够满足生产要求，但总阻力偏大，需要进行通风系统改造，提高矿井通风系统的稳定程度：1) 加强巷道支护，减小巷道形变程度以降低总阻力。2) 加强巷道管理，清理巷道内的杂物。3) 对局部巷道断面太小的巷道进行扩巷。4) 八采区回采时，拆除南总回风巷道调节，维护南总回风巷道使回风顺畅。5) 在五采区回采之前，对八联巷附近南总回风巷进行扩巷。

2.3 通风设施可靠性

通风构筑物巷道共有44处，风门压差超过1 000 Pa的有14处，风门压差在500～1 000 Pa有11处，100～500 Pa的有6处，小于100 Pa的有13处。构筑物巷道参数统计可通过李雅庄矿矿井通风管理信息系统进行查询。

随着李雅庄矿生产的不断接续，采深不断增加，其通风系统日益复杂，为了确保井下各用风地点风量供需关系的合理性，加设的通风构筑物尤其是风门的数量较多，所以需要加强管理，特别是压差大的风门更要注意日常维护与检修，保障通风系统可靠运行。矿井有效风量为156.47 m3/s，总排风量为193.99 m3/s，用风量占总风量比例即有效风量率为80.66%，矿井总风量能够满足生产需求，考虑到井下部分风门存在漏风等现象，可以通过加强控风设施密闭性的方式，减少无效风量，提高风量的利用率。

3 通风系统可靠性定量评价

为了对李雅庄矿通风系统整体可靠性进行分析，采用模糊综合评价法进行定量计算研究。

1) 首先设模糊综合评价的评语集为：

2) 根据模糊评价理论体系计算如下：

(1)

式中：

N—一级得分；

M—隶属度得分。

3) 对李雅庄矿通风系统评价指标的赋值结果见表2.

4) 依据以上的计算赋值结果，按照式(2)对李雅庄煤矿通风系统安全综合评价值F进行计算。

(2)

根据上述的评语集区间，由于0.8

4 结 论

1) 采用系统工程理论对李雅庄矿通风系统进行了可靠性影响因素分析，包括通风方式和方法、通风动力、通风网络和通风设施，构建了李雅庄矿通风系统可靠性评价指标体系。

2) 采用模糊综合评价法对李雅庄矿通风系统稳定性进行定量评价分析，研究表明李雅庄矿通风系统为基本安全级别。对通风网络中的风量调配合理性、风路串并联稳定性以及通风构筑物的规范性、漏风情况、两端压差的稳定性等需要加强管理。

表2 李雅庄矿通风系统可靠性评价指标体系赋值表