高阻、網絡復雜礦井通風網絡優化技術研究與實踐

劉尊杰

摘 要：本文針對白莊煤礦較高的礦井通風阻力和復雜的通風網絡這一制約礦井安全生產和企業發展的重大通風安全隱患，通過通風網絡解算，優化礦井通風方案設計，確定了通風系統改造的最佳方案。通過更換風機、擴修風道、施工并聯回風井、調整通風系統等方法，大幅度降低了通風阻力，提高了礦井通風能力，滿足了不同時期礦井通風需要，有效地解決了制約礦井安全生產的重大問題。

關鍵詞：高阻;網絡復雜;網絡優化;研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.060

1 礦井基本情況和通風現狀

白莊煤礦位于肥城煤田中西部，礦井現有三個生產水平：-150m水平、-250m水平和-430m水平。礦井通風系統為中央分列抽出式，有-150南風井和-250北風井兩個風井，兩個通風系統相對獨立。-150南風井設兩臺BD-Ⅱ-8NO24型軸流式主通風機，擔負-150m水平和-250m水平3900采區通風，總排風量為5700m3/min，通風機負壓為2750Pa。-250北風井設兩臺G4-73-12NO25D型離心式通風機，擔負-250m水平3300、3700采區和-430m水平通風，總排風量5600m3/min，通風機負壓為3750Pa。

2 問題提出

通過分析，白莊煤礦通風系統存在以下突出問題：

（1）礦井通風能力緊張。通過對今后2～5年礦井采場接續分析，-150南風井需擔負-150m水平、3900采區和-430m水平的通風，預計需要風量為7500m3/min，現有主通風設備和通風網絡無法滿足要求。-250北風井擔負-250m水平3100、3300、3500和3700采區通風，預計需要風量為4500m3/min。

（2）-150南風井通風壓力為2750Pa，-250北風井通風阻力為3750Pa，不符合國家安全生產行業標準（AQ1028—2006）要求。

（3）礦井主通風設備不能滿足通風的需要。-150南風井主通風機已不能滿足需要，-250北風井主通風機設備老化，風機振動超標，運行不穩定，存在安全隱患。

（4）隨著礦井由上組煤逐步轉向深水平下組煤生產，需及時調整通風負荷。

3 礦井通風改造方案的分析確定、效果預測和實施

3.1 礦井通風改造方案的分析與確定

3.1.1 -150南風井通風改造方案的分析與確定

-150南風井通風系統回風段通風阻力為1796Pa，占-150南風井系統阻力的65%，主要是因為回風段為支護架棚，巷道斷面小，通風阻力大，其中南風井的井筒阻力達到712Pa，占-150南風井系統阻力的25.8%。根據采場接續的通風需要，決定由-150南風井擔負-150m水平、3900采區和-430m水平的通風，預計需要風量為7500m3/min，現有通風機已不能滿足需要。因此，為提高-150南風井的通風能力提出兩個方案。

方案一：更換-150南風井主通風機。選用FBCDZ№28型軸流式通風機;對阻力較大的回風塊段實施降阻：施工-150南風井并聯回風井，井筒直徑4.0m，長度153.6米;施工-250并聯進風巷，斷面13.0m2，長度180米;施工-150m水平東翼回風巷，斷面10m2，長度200米，并擴修-150m水平東翼3100軌道、皮帶回風上山，共同組成-150東翼并聯回風巷，與3200回風山上形成并聯回風;施工-430并聯回風巷，斷面8.6m2，長度600m。

方案二：將-150老副井改造為并聯回風井，重新安設主通風設備。

通過方案分析比較，確定采用方案一。

3.1.2 -250北風井通風改造方案的分析與確定

-250北風井主通風機機殼、機體銹蝕嚴重，振動為4.9mm/s，超過標準值，設備運行存在重大安全隱患。造成-250北風井通風阻力較大的原因：一是與-150南風井通風系統的共用進風段的通風阻力較大;二是通風流程長，達到8500m，尤其是3300、3700采區流程長達2000米，且局部回風巷道受礦壓影響，局部通風斷面僅3.5m2，通風阻力大，需要在上部采掘地點人為加阻控制風量。

通過分析，確定改造方案：（1）擴修3300、3700采區的回風巷，將小于5m2的巷道全部擴修到不低于5m2;（2）調整-250北風井網絡負荷，將-430m水平通風改由-150南風井負擔后，-250北風井系統的需風量降至4500m3/min，通過減少主通風機排風量達到降低通風阻力的目的;（3）更換主通風機，將南風井替換下來的BD-Ⅱ-8NO24型軸流式通風機安裝至北風井。

3.2 礦井通風改造方案和效果預測

3.2.1 礦井通風改造方案

通過對礦井通風阻力的分析，確定了礦井通風系統7種提改造方案：（1）現有通風系統;（2）-150南風井并聯直徑4m的回風井后;（3）-150m水平風量控制在600m3/min后（其他通風系統網絡不變）;（4）-150m水平風量控制在600m3/min后，-430m水平通風改由-150南風井擔負;（5）-150m水平風量控制在600m3/min后，-430m水平和3900采區取消人為增阻;（6）-150南風井通風系統在-150東翼并聯回風巷投入使用，并更換主通風設備后;（7）-430m水平西翼通風由-250北風井擔負。

3.2.2 礦井通風改造方案

為預測通風系統改造方案實施后的效果，對以上7種調整方案進行了網絡模擬解算，通過解算結果得出：

（1）150南風井并聯直徑4米的回風井筒后，井筒段阻力由原來的712Pa降為195Pa，阻力下降520Pa，主要風機排風量可達6720m3/min，負壓2793Pa左右，而-250北風井通風機風量5760m3/min，負壓3798Pa，變化不大。此種情況下，-150南風井可為原-250北風井服務的用風地點提供780m3/min風量，通過調整通風網絡，調節-250北風井主通風機前導葉，排風量控制在4980m3/min。

（2）-150并聯東翼回風巷投入使用、南風井更換大功率主通風設備后，-150南風井主通風機排風量達7800m3/min，礦井總排風量達11280m3/min，能夠滿足礦井通風需要。

3.3 礦井通風改造方案的實施

礦井通風系統改造方案于2010年2月到2011年11月進行了實施，歷時1年9個月，主要工程的完成進度如下：

3.3.1 -150南風井系統

（1）施工了-150并聯回風井，直徑4.0m，井筒深度153.6米。

（2）將-150南風井的BD-Ⅱ-8-NO24型對旋軸流式風機更換為FBCDZ№28型對旋軸流通風機，于2011年3月7日更換完畢。

（3）調整礦井通風網絡，優化通風系統。

①在提高南風井設備能力、網絡能力的前提下，將-430m水平通風負荷調至南風井，-150南風井的服務范圍為-150m水平、-250m水平的3900采區和-430m水平;-250北風井只為-250m水平服務。②加快-150m水平收縮進程，封閉了7600采區，減少-150m水平需風量。③施工-250m水平并聯進風巷，降低了局部阻力。④施工-150m水平東翼回風巷，溝通-150m水平3100回風上山，形成并聯回風系統。⑤新掘-430m水平并聯回風巷，增大了-430m水平的網絡通風能力。⑥為減小7400采區的通風阻力，擴修改造8401出口，并施工鉆孔兩個，溝通-150m水平西翼總回風巷，改造擴修后做為-150水平西翼總回巷并聯風道。⑦擴修改造-150m水平3100回風上山1300m，與-150m水平3200回風上山形成雙巷回風系統，降低系統阻力。

通過以上措施，使-150南風井系統的主通風設備能力、通風網絡能力大幅增強。

3.3.2 -250北風井系統

（1）擴修了3300、3700采區皮帶回風巷600m，降低了通風阻力。

（2）將-250北風井的G4-73-12NO25D型離心式通風機更換為BD-Ⅱ-8-NO24型對旋軸流通風機，于2011年11月14日更換完畢。

4 礦井通風改造方案的效果檢驗和效益分析

（1）-150南風井主通風機的排風量由5638m3/min增至7739m3/min，風量增加了2101m3/min，通風機負壓由2800Pa降至2400Pa，取得了良好的降阻增風效果，為礦井通風網絡調整創造了條件。

（2）通過將-250北風井主通風機的葉片角度調整為-5°，通風機排風量由5667m3/min控制到4208m3/min，排風量減小了1459m3/min，通風機負壓由3750Pa降為1918Pa，降低了1832Pa，風量、負壓均滿足國家行業標準。

（3）系統改造完成后，南、北風井的通風壓力大大降低，礦井的總排風量增加明顯，降低了通風管理難度，提高了礦井的有效風量率，減少了采空區漏風，對消除礦井通風、瓦斯和防滅火的安全隱患意義巨大。

（4）通風系統改造完成后，僅通風機電費一項每年節約52萬元。并且礦井風量的大幅度增加，保證了-430m水平的采場接續的用風需要，具備了布置2個回采工作面、7個掘進工作面的能力，每年可增加原煤產量20萬噸，增加產值1.2億元，經濟效益非常顯著。

5 幾點體會

（1）由于自然條件、生產布局的變化（如水平延伸、地質構造、邊遠地點、礦井不同水平的不同生產時期），勢必會造成礦井局部區域供風量不足。通過調整通風網絡，合理分配風井設備服務范圍是短期內解決局部區域風量不足的較為有效的解決辦法。

（2）要充分利用現有通風網絡和設備的優勢及特點，根據礦井生產的發展需要，及時提出礦井通風系統調整優化改造方案，超前分析論證相當重要。

（3）礦井通風系統優化調整改造要結合具體的實際制定相應的改造方案，利用計算機對方案進行模擬優化是實現通風方案由定性到定量分析的必要前提條件，對改造方案的技術、經濟和可行性起決定性作用。

（4）通過調整改造通風網絡，施工-150并聯回風井，實現了風網特性與主通風機特性相匹配，降低了礦井通風阻力，確保了通風安全，提高了礦井防抗災能力，間接經濟效益更為顯著。

（5）礦井通風系統改造是一項長期復雜的系統工程，它隨礦井生產布局、開拓延伸等變化不斷變化，要經常分析、研究，對影響通風網絡的“咽喉”地段要針對性采取措施，要超前考慮，提前采取措施，配足主通風設備能力優化方案，盡最大努力避免礦井新投產不久就更換改造主通風設備的現象。

（6）礦井主通風設備、通風網絡要隨生產布局變化不斷研究調整和優化，最大限度實現設備和網絡的最優化，是礦井通風工作中需長期堅持和研究的課題。