北嶺煤業礦井通風系統調整方案的優選與實踐

劉義孟

（平朔集團有限公司，山西 朔州 036002）

1 礦井基本情況

北嶺煤業位于山西省朔州市，在寧武煤田西北部。井田地形、地貌基本上北高南低，坡度較緩，最高點位于井田的中北部，標高為1380.0m，最低點位于井田的南界邊緣，標高為1250.0m，相對高差為130m左右。一般地形高差在50～80m之間，屬緩坡黃土丘陵地貌。氣溫年平均4.8～8.6C°，最高氣溫曾達37 C°，最低氣溫為-32.4 C°，冬季寒冷而漫長，夏季炎熱而短暫，溫差大為其特點。2009年平朔集團公司對其進行了兼并重組，兼并后對礦井進行技術改造，核定生產能力由0.15Mt/a提升至0.9Mt/a，可采煤層有4#、9#和11#，批準開采煤層為4#煤層，采用綜采放頂煤生產工藝。原礦方有三條井筒，輔助運輸采用絞車，主要運輸采用1.0m皮帶；兼并重組后輔助運輸方式改為無軌膠輪車，新開拓輔運運輸斜井一條：副平硐，斷面20.13m2。四條井筒中，舊副斜井、主斜井和新副平硐進風，回風斜井回風。各井筒參數見表1。

表1 井筒參數表

2 礦井通風概況

礦井通風方式為中央并列式，通風方法為抽出式，回風斜井安裝2臺FBCDZ-NO.24型軸流式通風機，電機功率2×132kW。 北嶺煤業有工作面（停產）1個、備用面1個、硐室5個、獨立用風巷道2個，礦井總進風量為59.2m3/s，其中主斜井進風量為7.35m3/s、副斜井進風量為17.1m3/min、副平硐進風量為34.75m3/s，風機排風量為60.2m3/s，主通風機靜壓580Pa，各地點額定需風及實際風量見表2。

表2 北嶺煤業供風及實測風量表

2015年礦井瓦斯等級鑒定結果為：CH4絕對涌出量0.77m3/min，CO2絕對涌出量為1.64m3/min，為低瓦斯礦井；煤層有自燃傾向性，自然發火等級為Ⅱ級，自然發火期為3～6個月；4#煤層具有煤塵爆炸危險性。

3 礦井技改投產后需風量

礦井技改結束轉為生產礦井后，按照核定生產能力和采掘接續計劃，將布置2個采煤工作面，一采一備，布置3個掘進工作面，二掘一備，其他用風地點不變，屆時礦井需風量預測結果如表3所示。

4 通風系統優化改造的必要性

（1）根據實測，回風斜井風速達7.73m/s，已接近《煤礦安全規程》允許的最高風速8.0m/s。礦井改擴建后，回風斜井風速預計為14.5m/s，將嚴重超速。作為安全通道的回風斜井，不符合《煤礦安全規程》的有關規定，不利于井下工作人員在發生災害時通過回風斜井撤離升井。

（2）回風斜井通風阻力計算：

式中：

hf-通風阻力，Pa；

Rf-摩擦風阻，Ns2/m8；

Q-風量，m3/s；

α- 摩擦阻力系數，(kg·s2/m4)；

L-井筒或巷道長度，m；

U-井筒或巷道周長，m；

S-井筒或巷道斷面積，m2。

回風斜井通風阻力為79.8Pa，占礦井通風系統總阻力的13.8%。可見回風斜井受其斷面小、摩擦阻力系數大等因素影響，通風阻力集中問題突出，回風斜井已成為礦井通風系統的瓶頸[3]，嚴重消耗礦井通風動力，制約礦井安全生產。

（3）技改結束后，礦井向深水平9#煤層延伸時，通風路線延長，通風阻力增大，主通風機為各工作面等用風地點供風壓力增大，亟需進行礦井通風系統優化調整[4]，以保證礦井風量充足，供風穩定。

表3 北嶺煤業技改完成礦井需風量表[2]

5 通風系統優化方案

5.1 優化方案選擇

根據礦井實際情況并經多方研究，初步擬定了2套通風系統優化方案。

方案Ⅰ：根據表3，為保證回風斜井風速不超過8.0m/s，其斷面應在13.6m2以上，因此在不改變各井筒功能的前提下，將現用回風斜井斷面刷擴至14.5m2。

方案Ⅱ：合理安排現有4條井筒的用途，將舊副斜井改為回風斜井，現回風斜井調整為進風井。對兩種方案的經濟性、安全性及操作性等方面進行優缺點分析，結果如表4所示。

表4 礦井通風系統優化方案優選分析

通過對上述兩種方案進行綜合分析，雖然方案Ⅱ成本比方案Ⅰ高出20.1萬元，但方案Ⅰ施工過程中嚴重威脅主通風機的安全運行，因此該礦決定采取方案Ⅱ。

調整前通風系統見圖1。

圖1 調整前礦井通風系統圖

5.2 方案實施

5.2.1 前期準備工作

（1）在地面施工主通風機房、風硐及風道，井下掘進總回風聯巷，并與舊副斜井貫通；

（2）總回風聯巷內安裝2道臨時調節設施，防止舊副斜井與回風大巷風流短路；

（3）回風斜井安全通道內拆除正反風門，新建1道370mm調節墻，調節窗規格為600×800mm，作為后期控制回風斜井風量的設施；

（4）舊副斜井井底新建1道370mm調節墻，調節窗規格為1200×2000mm，控制輔運進風大巷與舊副斜井的風量；

（5）回風斜井及舊副斜井井口各設置1道臨時板墻，拆除防爆門時臨時控制井筒風流。

5.2.2 主通風機挪移

（1）將一臺主通風機挪移至舊副斜井，停止回風斜井主通風機運行；

（2）拆除總回風聯巷內2道臨時調節，開啟舊副斜井主通風機；

（3）原回風斜井與舊副斜井聯巷內新建2道正反調節風門，風門規格為800×1800mm；

（4）拆除回風井口防爆門，封閉其風道。

5.2.3 后續調整工作

（1）舊副斜井井口安裝防爆門，拆除其井口臨時板墻；

（2）封閉回風斜井安全通道；

（3）封閉301回風巷，簡化通風系統，調整后礦井通風系統圖,見圖2。

圖2 調整后礦井通風系統圖

6 優化改造結果分析

調整后實測新回風斜井風速3.97m/s，負壓460Pa，根據表1相關參數計算新回風斜井通風阻力為9.2Pa。在達到設計采掘部署后，礦井總風量預計為108.7m3/s，屆時回風斜井風速為7.30m/s，通風阻力31Pa，風量滿足正常生產需求，消除了通風系統瓶頸，優化效果明顯。