大型礦井復雜通風系統優化改造實踐

趙石豪

（山西焦煤集團西山煤電西曲礦，山西 古交 030200）

余吾礦年產原煤600萬t，立井開拓，現主采3號煤層，共劃分為6個采區，南北兩翼同時開采，整個礦井通風系統采用分區對角抽出式，現設有西、南、北三個風井回風，北風井風機服務于北風井東、西翼的北一、北二采區；西風井風機主要服務于南一、南二采區、北翼輔助運輸大巷、北翼膠帶運輸大巷；南風井風機剛投入使用不久，目前只服務南風井井底車場及南五采區掘進工作面。隨著礦井的開拓延伸，供風不足與生產需要之間的矛盾愈加凸顯。

因此，本文基于Ventsim仿真軟件，對該礦復雜通風系統優化改造工程進行研究分析，以期為其他礦井提供參考。

1 礦井通風優化流程

礦井通風系統優化改造是在對原有通風系統進行調查監測、評價分析的基礎上，找出礦井通風系統存在的問題和原因，針對存在的問題提出優化改造技術方案，并對方案的可行性和有效性進行評估，再次優化，進而確定最佳優化措施[1-2]，通風系統優化改造技術路線流程見圖1。

圖1 通風系統優化改造流程

2 通風系統仿真模擬

將礦井開拓布置、通風系統平面圖等CAD圖紙導入Ventsim軟件中轉化為實體巷道3，如圖2所示[3]。將前期調研、測算到的各巷道的斷面尺寸、風量、風阻、摩擦阻力系數等風網參數賦值給三維通風系統模型中相應的巷道（見圖3），并對整個礦井通風系統進行風網解算，得到的礦井主要通風機及各主要巷道模擬解算風量與實測值的相對誤差均小于5%，滿足風網解算誤差允許范圍的要求，說明實測的各項風網參數真實可靠，可用于通風系統優化的模擬分析[4]。

圖2 通風系統模型

圖3 風網參數賦值

通過對礦井通風系統的現場調研和阻力測定結果進行評價，得知該通風系統主要存在以下不足之處：

（1）由于早期開采時巷道支護不當，造成部分巷道垮塌嚴重，巷道風阻值變大；作業地點變化頻繁，采掘工作面和其他主要用風點風量需求大，供風路線長，通風阻力過大，尤其是北風井，進風段的巷道百米通風阻力分別是進風段、用風段的兩倍以上，通風阻力分布不合理。

（2）該礦所在地區晝夜溫差大，進、回風井標高相差也大，自然風壓變化明顯，易導致南風井主、副井反風，造成風流紊亂。

（3）井下采掘作業面分散，供風路線復雜，風量分配不合理，供需不協調，風質合格率低，且通風構筑物設置不夠合理，影響整個通風系統的風量供需調節。

（4）西風井風機和北風井風機的運行風壓均已接近最大運行負載，難以進一步提升風量供應。當前通風系統雖能勉強滿足礦井生產的風量需求，但隨著南二采區二期擴能工程的推進，必然會削減南一采區供風量，一旦南一采區S1310備用工作面投入生產，其需風量至少增加53m3/s，若不進行風網優化改造，將出現風量供應不足的困境，埋下瓦斯超限、環境溫度過高等安全隱患。

3 通風系統優化改造

3.1 優化方案

針對上述不足，提出以下幾方面的優化改造措施：

（1）對垮塌變形的巷道斷面進行擴刷、加固，采用錨網噴支護替代原有的工字鋼棚支護，既提高了巷道的支護強度，也減少了風流摩擦阻力；將巷道突變、拐彎、分風及匯合處修整成圓弧形，降低局部通風阻力。

（2）調整局部通風系統，優化、調節通風構筑物，對北翼已采完區域廢棄的巷道進行永久密封，縮短通風線路，減少無效風量損耗。

（3）在輔運下山115m處、進風下山243m處、膠帶下山275m處的聯絡巷、1#總回大巷與膠帶下山交叉點位置分別設置調節風窗，且面積均不超過1m2，縮小南五采區現有的調節風窗面積；清理瓦排回風聯巷南側1#回風大巷內堆積的材料，并對1#回風大巷進行修整降阻，如圖4所示。

（4）將南風井風機葉片角度調整至-16°，轉速增加至為600 r/min，并將西風井風機葉片角由45°降至34°，緩解西風井的運行負荷，并對進風立井回風巷設置風門或調節風窗，保障S1310工作面的供風需求。

圖4 風窗、風門設置調整

為檢驗通風系統優化方案的有效性，利用Ventsim仿真軟件對優化改造前、后的通風系統進行模擬解算，結果如表1、表2所示。

從表1中看出，通風系統改造對北風井幾乎無影響，西風井風機供風量減小了62.32m3/s，風壓減小了363.1Pa，運行負荷得到有效緩解；而南風井風機改造后的供風量較改造前增加了119.15m3/s，風壓增加了1277Pa，有效解決了S1310工作面供風不足的問題。

由表2可知，改造后的通風系統較改造前，總通風量增加了56.83m3/s，井下巷道局部通風機數量增加了3個，總的供風功率由326.8kW增加至383.5kW，供風效率增加了6%，整個通風系統阻力有所減小，說明優化改造方案是行之有效的。

表1 改造前、后主要通風機模擬運行工況對比

3.2 優化效果檢測

該礦經過幾個月的技術改造，逐項落實了優化方案，形成了新的通風系統，新舊通風系統的主要指標如表3所示。數據對比表明，優化后的通風系統有效解決了原系統存在的主要問題，局部用風點供風不足、風量分配不合理的局面得到明顯改善，通風系統的有效風量率、風量合格率、風質合格率得到顯著提高，確保了整個礦井通風系統的平穩運行。

表2 改造前、后礦井風網解算對比

表3 通風系統改造前、后評價指標對比

4 結語

（1）通過對該礦井原通風系統進行分析，掌握了礦井通風系統運行狀況，找出了存在的問題與不足之處。

（2）優化改造方案的實施，切實有效地解決了風量供應不足、阻力過大等通風難題，確保了S1310工作面按時順利投入生產，保障了后續的開拓部署穩定推進。

（3）大型礦井復雜通風系統的工況是持續變化的，在生產實際中，要定期對礦井通風系統進行通風阻力測定和風網解算，形成問題分析和優化改造并存的長效機制，不斷提升礦井通風系統的穩定性，為安全生產提供可靠保障。