礦井通風系統改造設計優化

譚 慧

（汾西礦業南關煤業， 山西 靈石 031300）

引言

礦井通風系統是礦井正常生產的基本前提，在整合煤礦資源時期，礦井通風系統和生產系統都將產生改變，與資源整合前相比，整合后的通風系統服務范圍和風量都將發生巨大變化[1]。由于通風需求量增加、通風路線延長、通風阻力增大，整合前的通風系統將無法滿足整合后的生產需求[2]。因此，為了保證礦井安全生產，必須對通風系統進行優化改進。

1 礦井通風系統概況

1.1 礦井概況

某煤業集團一礦地處山西省，該礦共有9個獨立通風硐室，兩個采煤工作面，開拓方式為立斜井混合開拓。隸屬于同一礦業公司的二礦與一礦相鄰，為了提高生產效率，決定對兩礦資源進行整合。

1.2 通風系統現狀

一礦采用主井進風，西風井回風的中央邊界式抽出式通風。通風機房布置有兩臺4-72-11No20B離心式通風機，一臺正常使用，另一臺備用。根據礦井通風阻力測定標準及實際生產情況，并結合近期通風系統圖標注的通風路線，共布置30個測點，確定礦井的三條主測路線為東翼、南翼和西翼，測點分布圖如圖1所示。經核定通風能力，礦井等積孔為1.7 m2，總回風量為2 831 m3/min，總進風量為2 755m3/min，風機運轉頻率為50 Hz。

二礦采用主、副井進風，回風平硐回風的兩進一回式通風，通風機房布置有兩臺4-72-11No20B離心式通風機，一臺正常使用，另一臺備用。

整個礦井通風系統可分為進風、用風及回風等三段。通常情況下，整個通風系統風阻比例為進風段和回風段占35%，用風段占30%。根據通風阻力測定結果，該礦井風量供給和風阻分布主要存在以下問題。

1）主要通風機效率低下。由于礦井主要通風機已服務較長時間，出現嚴重老化，造成其效率降低，從而致使巷道、硐室、工作面等需風地點風量不足。

2）礦井漏風量偏大。礦井現采用中央并列式抽出式通風，由于通風線路較長，造成進回風井附近風壓增加，因此導致礦井漏風量偏大。西風井巷道變形損壞嚴重且維修困難，因此漏風尤為嚴重。

3）風阻占比不合理。回風段風阻占礦井總風阻40%以上，所占比例偏高。這種情況在東西兩翼尤為嚴重，其回風段風阻所占比例皆在60%以上，而用風段風阻占比皆在10%以下。在單翼集中生產以后，東翼和西翼風阻分配不合理，出現有些采區風量不足而有些采區風量富余的情況，最終造成礦井在高負壓、高阻力的狀態下運行，從而造成資源浪費。

4）通風線路長度較大。南翼和東翼通風線路總長度分別為13 700 m和12 200 m，易出現長距離單進雙回折返式通風，對礦井通風系統的穩定性和通風能力造成不利影響。

圖1 一礦通風系統測點圖

1.3 通風系統改造應注意的問題

根據對一礦和二礦的通風系統分析，在資源整合時期，通風系統改造應注意以下問題：

1）一礦和二礦通風方式不同，前者采用“一進一回”式通風，后者采用“兩進一回”式通風，在對兩煤礦進行資源整合時，為確保各用風點風量充足及通風系統的安全可靠，應重點考慮通風方式的選取。

2）由于兩礦通風系統較為復雜且存在局部風阻較大的現象，因此在進行資源整合時，應盡量將回風巷道截彎取直，增強通風系統的可靠性并降低局部風阻。

3）由于整合以后各巷道的功能可能發生變化，因此應盡量利用原有巷道進行改造，從而降低巷道掘進的成本。

2 系統改造方案研究

2.1 方案提出

2.1.1 方案1

將一礦現有西翼風井改造為輔助進風，二礦原有主副斜井改造為回風井。改造后礦井整體通風系統為“三進兩回”。具體改造方案如下：原一礦進風井不變，西翼首采區軌道上山改造為輔助進風井，原二礦總回風井改造為進風井。將二礦原主副斜井改造為回風井，自一礦東翼總回風巷開鑿通向二礦主副井的回風巷，作為整合后礦井的回風大巷。

2.1.2 方案2

一礦現有西翼進風井改造為輔助進風井，并在一礦工業廣場東南角開鑿新風井。改造后的礦井整體通風系統為“三進一回”。具體改造方案如下：在一礦工業廣場東南角開鑿新風井作為中央回風井，使其貫通東翼總回風大巷，擔負整個礦井的回風任務。將原西翼總回風井改造為進風井，西翼軌道上山用作進風巷，為西翼各需風點及3108工作面供風。將二礦原總回風井改造為進風井，總回巷作為進風巷，并將原主副斜井巷道封閉。自一礦東翼總回風巷開鑿一條為二礦回風的巷道，負責整個南寧煤礦的回風。

2.1.3 方案3

保持原通風系統，利用現有西翼風井回風，局部改造。改造后的礦井整體通風系統為“兩進一回”。具體改造方案為：更換主要通風機，局部改造現有通風系統，減小各主要巷道通風阻力。具體措施如下：

1）根據通風阻力測定結果，部分巷道通風阻力過大，因此對一礦南翼回風巷道-600 m水平大巷—東翼二采區軌道下山—東翼總回風巷—西翼軌道上山—總回風巷分支，西翼3108回風巷—總回風巷分支，東翼總回風巷—首采區軌道上山分支等線路進行降低通風阻力措施處理，從而減小能量損耗。自一礦東翼總回風巷開鑿一條為二礦回風的巷道，負責整個二礦的回風。封閉二礦原主副斜井，總回風巷進風。

2）兩煤礦整合改造以后的總需風量為在70 m3/s以上，目前使用的風機正常工況點風量僅為49 m3/s，難以達到供風要求，因此需對風機進行重新選型。

2.2 各方案網絡解算結果分析

根據《礦井通風網絡分析及電算方法》，將現場數據及計算結果輸入專業網絡解算軟件對上述方案進行分析得：[3-4]

1）方案1。主要通風機選用兩臺23-47K45-4No14型風機，每個回風井布置一臺。經網絡解算，兩臺風機風量分別為41.56 m3/s和40.93 m3/s，風壓分別為1 605.3 Pa和 1 601.71 Pa。

2）方案2。開鑿新風井后，局部回風巷風阻有所下降，經網絡解算，更換26-76DK40-8No24風機后，礦井總風量為82.03 m3/s，風壓為1 430.933 Pa。

3）方案3。礦井主要通風機無法滿足生產需求，經網絡解算，局部降阻并更換25-68DK40-6No20型風機后，礦井總風量為82.89m3/s，風壓為2180.013Pa。

2.3 各方案比選（見表1）

表1 三種方案優缺點對比

3 結論

通過對兩煤礦通風系統現狀及資源整合通風系統特點進行分析，提出三套通風系統改造方案，經計算比選，方案1更具優勢，因此建議將方案1作為兩礦資源整合通風系統改造方案。即把一礦原西翼風井改為輔助進風井，二礦原有主副斜井改為回風井。