淺析煤礦基建期間通風系統優化

趙秋峰

1 工程概況

河南某煤礦風井井筒凈直徑6.0 m，井深538 m，擔負目前礦井基建期間風井區施工的人員、物料、設備等全部提升及通風任務，井筒內安裝了玻璃鋼梯子間作為應急安全通道，同時安裝了兩趟Φ800 mm玻璃鋼風筒，擔負風井區抽出式負壓通風任務。風井區未與主井區域貫通，目前共施工4個掘進工作面（均為巖巷），分別為西二采區軌回聯巷、西四采區回風平巷、西二采區膠帶運輸平巷、西二采區軌道運輸平巷。

2 通風系統現狀

風井區以前采用地面局扇壓入式通風，為解決長距離供風問題，改造為目前的抽出式負壓通風系統，通過井筒內兩趟Φ800 mm玻璃鋼風筒、1號回風巷內兩趟Φ1200 mm玻璃鋼風筒、1號回風巷一組風門實現抽出式負壓通風。

圖1 風井區目前通風系統

通風系統改造為抽出式負壓通風前期，僅能滿足3個掘進工作面的通風需要，為實現多頭掘進，必須對通風系統進行優化。

3 存在的主要問題

3.1 通風能力問題

風井區4個掘進工作面同時施工，通風能力可以滿足要求，如果需增加同時施工的掘進工作面數量，則通風系統存在以下主要問題：

（1）主扇效率低且通風能力較小。根據實測數據，現通風系統最大通風能力為4個巖巷掘進工作面的掘進通風。

（2）井筒內目前只能鋪設兩趟Φ800 mm玻璃鋼硬質風筒，風筒通風斷面僅1 m2（推算風筒內風速高達28 m/s左右），通風負壓8350 Pa左右，通風阻力較大，嚴重制約主通風機效率，是制約風井區通風能力的主要“瓶頸”。

3.2 掘進工作面長距離通風問題

隨著掘進工作面的推進，局部通風機供風長度均達1000 m左右，基本達到局部通風機的最大有效供風距離，工作面迎頭風量明顯不足。

3.3 高地溫問題

風井區地溫較高，井下全年平均氣溫28.95℃，工作面年均空氣溫度30℃左右，受水溫 （巷壁淋水）全年恒定在31.5℃左右的影響，井下空氣濕度較大，由于掘進工作面供風距離均已達極限，風量減少，風速大幅度下降，依靠風量作用的降溫效果明顯下降，造成工作面溫度較高，作業環境惡劣。嚴重影響施工人員身體健康和工程施工進度。

4 通風系統方案優化

4.1 方案一：施工通風鉆孔通風

圖2 風井區方案一通風系統

在地面施工通風鉆孔，使孔底坐落于西二回風軌回聯巷附近適當位置，通風孔凈直徑大于1.5 m（經計算，面積不小于1.77 m2），在地面安裝抽出式主通風機，使該通風孔作為回風井，現風井井筒做為進風井，形成全負壓通風系統，井下局扇均安裝于通風孔孔底新風中。

該系統主扇采用今后風井的永久主通風機，同時在通風孔內安裝輸料管，為目前井下施工下放噴漿料等，縮短運料距離，并可安裝瓦斯抽排管，同時在礦井投產后該通風孔還可作為安全通道使用。

優點：

（1）可以形成穩定可靠的全負壓通風系統，系統完善合理；

（2）不占用風井井筒及井下巷道，節省大量硬質風筒等，通風系統維護量小；

（3）井下新風區域面積大，且主通風機等通風機械設備等集中于地面，安全性高，且便于統一管理。

缺點：

（1）投資大，保守估算需2100萬元。

（2）施工工期長，服務期限短，只有2個月的服務期。

4.2 方案二：井下抽出式輔助通風機輔助通風

在利用現有的抽出式通風系統的情況下，在目前井下1號回風巷風門外新風側增設一組抽出式輔助通風機（一用一備），其入風側采用硬質風筒接入風門內總回風巷，其排風側采用軟質風筒經1號回風巷、井筒，接至地面。

圖3 風井區方案二通風系統

該通風方案在風井井筒中采用軟質風筒，克服了井筒只能鋪設兩趟Φ800 mm玻璃鋼硬質風筒所形成的通風“瓶頸”的問題，同時抽出式輔助通風機對地面Y7-33№15.6型離心式抽出主通風機通風能力不足問題進行彌補。該方案施工工期短、投資小，簡要投資概算等如下：

（1）設備到位后，15天內即可安裝、投運。

（2）需投入抽出式輔助通風機兩臺、配套電控系統一套、Φ700 mm軟質風筒1700 mm。

優點：

（1）投資小，僅需投入一套抽出式輔助通風機及配套電控系統、風筒等。

（2）施工工期短，設備到位后約15天可安裝、投用，見效快。

（3）服務期限長，投用后可服務至礦井形成全負壓通風系統。

（4）在原有系統上進行改造，基本不影響風井正常通風、生產。

缺點：

（1）抽出式輔助通風機及配套電控系統安裝于井下，且需嚴格控制所抽排氣體中的瓦斯等濃度，不便于管理且安全性差。

（2）需與目前的Y7-33№15.6型離心式抽出主通風機系統共同承擔礦井通風任務，兩套系統不獨立，相互制約影響，總風量增加量及風機效率均較小，通風負壓大，通風困難。

（3）需維護兩套通風系統、設備，維護量大，管理困難。

4.3 方案三：井下抽、壓輔助通風機增壓通風

在利用方案二通風系統的情況下，在目前井下西二回風平巷增加一組壓入式輔助通風機，對礦井進風進行增壓。

圖4 風井區方案三通風系統

該方案實際是對方案二通風阻力較大問題的一種補償解決方案。通過壓入式輔助通風機對新風的增壓，減小抽排風機的通風負壓。

優點：

（1）投資中等，需投入一套抽出式輔助通風機及配套電控系統、1700 m的Φ700 mm軟質風筒和壓入式輔助通風機一套、配套電控系統一套、通風設施（風門）一組等，估算約需投資300萬元。

（2）可以減小礦井總通風阻力，對礦井總風量增加較小、通風負壓較高、主通風機效率較低的問題進行部分緩解。

（3）施工工期較短，設備到位后約一個月可安裝、投用，見效快。

（4）服務期限長，投用后可服務至礦井形成全負壓通風系統。

缺點：

（1）抽出式輔助通風機、壓入式輔助通風機及其配套電控系統均安裝于井下，且需嚴格控制其所抽排氣體中的瓦斯等濃度，不便于管理且安全性差。

（2）壓入式輔助通風機系統需與Y7-33№15.6型離心式抽出主通風機系統、井下抽出式輔助通風機共同承擔礦井通風任務，壓入式輔助通風機選型較困難，其能力應稍大于總抽排能力（當其能力小于總抽排能力時，將增大礦井通風阻力，造成礦井通風進一步困難），管理及技術難度大，不易掌握、使用。

（3）需維護三套通風系統設備，維護量大，維護費用及電費較大，管理困難。

（4）需將目前的風井區主膠帶運輸系統由西二回風平巷改造至其它巷道 （如西二膠帶巷），工程量大，且影響礦井正常生產。

4.4 方案比較

由方案一、方案二、方案三的優缺點不難看出，方案二較方案一、方案三存在以下主要優點：

優點：

（1）方案二投資最小，占方案一估算的7%，方案三估算的50%。

（2）方案二施工工期短，設備到位后約15天即可安裝完成、投入使用，方案三設備到位后約一個月可安裝完成。投用后可一直服務至礦井形成全負壓通風系統，服務期限長。。

（3）方案二較方案一、方案三工藝簡單，在原有通風系統上進行改造，基本不影響礦井正常通風、生產，易施工。

（4）方案三需對礦井運輸系統進行調整，影響礦井生產進度。

4.5 方案選擇

本著“經濟、快速、安全”的原則，經以上方案比較，優先選用方案二，即在井下安裝抽出式輔助通風機，對礦井通風能力進行提升，并解決風井井筒的通風“瓶頸”問題。

由于方案二兩套通風系統在并聯運行時存在相互影響和高負壓運行特性，在選擇抽出式主通風機時，需充分分析礦井通風系統，合理計算、選擇主通風機參數等，確保投用后效果，否則將事倍功半。

5 結語

通過上述方案對比分析，選擇方案二后，通風系統穩定，保證了礦井施工安全，工作面溫度大幅降低，大大改善了作業環境，提高了勞動功效，為礦井盡早形成永久通風系統提供了有利條件，同時取得了很好的經濟效益，又為類似工程建設項目積累了工程經驗。