平朔礦區井工一礦通風系統特點分析與優化改造

摘? 要：該文針對平朔井工一礦礦井采掘布置和通風系統實際狀況，對通風系統的特點進行全面分析，通過礦井通風基礎參數測試，分析得到礦井存在進風段通風距離較長、阻力較大，同時井下構筑物較多、漏風較大，廢棄巷道用風點較多、角聯通風巷道多等問題，且4煤太西主運巷兼作回風巷使用，通過對通風系統進行綜合分析確定了礦井通風系統優化方案。礦井通風系統優化后，礦井需風量減少2 430 m3/min，礦井負壓由1 333.5 Pa降低至1 020.0 Pa，礦井防塵量和主扇功耗大幅降低。

關鍵詞：通風系統;參數測試;阻力分布;優化改造

中圖分類號：P641? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

礦井通風系統既服務于生產系統，同時又制約著生產系統，礦井通風系統是否穩定直接影響著礦井的安全生產、災害防治和經濟效益。為確保礦井安全、穩產和高產，提高礦井的抗災能力，最終提高礦井的經濟效益，通風系統必須保持在最佳運行狀態。因此，建立完善、合理的礦井通風系統是礦井安全生產和提高效益的基本保證。

礦井通風系統的優化目的：（1）解決通風系統存在的問題，改善井下作業環境，提高通風系統的穩定性和可靠性;（2）減少通風耗能，提高經濟效益，達到節能降耗的目的;（3）簡化礦井通風網絡，提高礦井抗災能力。

對礦井通風系統優化改造，建立完善可靠的通風系統，是礦井持續安全有序生產的保障。

1 礦井概況

平朔井工一礦井田位于安家嶺露天礦南側，由安家嶺露天礦的西排土場下的上窯采區和七里河西邊的太西采區組成，行政區劃隸屬于山西省朔州區平魯區，礦井交通運輸條件十分便利。井田面積16.16 km2。礦井核定年生產能力為10.0 Mt/a，屬現代化大型礦井。

礦采用斜井、立井混合開拓方式，其中主井、副井、進風立井進風，回風立井回風。井下采用傾斜長壁放頂煤工藝開采方法。礦井通風方式為中央并列式通風，通風方法為抽出式，回風立井安裝2臺FBCDZ No.34型主通風機，1臺工作1臺備用，配套電機額定功率為2×800 kW。礦井煤層具有煤塵爆炸危險性，各煤層均屬Ⅱ類自燃煤層，礦井為低瓦斯礦井。

當前礦井主采煤層為4號煤層，礦井2條主要進風路線分別為：

①主、副斜井→9煤太西輔運大巷→9-4煤輔運暗斜井→4煤太西輔運大巷→4煤太西各作業地點→4煤太西回風巷→4煤太西回風聯巷→回風立井;②進風立井→4煤太西輔助進風巷→4煤太西采區東翼輔運巷→4煤太西輔運巷→4煤太西各作業地點→4煤太西回風巷→4煤太西回風聯巷→回風立井。

2 礦井通風參數測試

為了更加準確地了解平朔井工一礦通風系統實際存在的問題，掌握礦井通風基礎參數，便于為礦井通風系統優化提供數據支持和參考，對平朔井工一礦開展礦井通風基礎參數測試工作。

2.1 測試路線及測點布置

結合平朔一礦井下采掘布置和礦井通風系統實際情況確定了礦井通風基礎參數測試路線和礦井其他主要測試節點。該次平朔一礦通風基礎參數測試測定路線為：副斜井→9煤暗斜井→9煤太西輔運大巷→9-4煤暗斜井→太西4煤輔運巷→14112工作面→太西4煤回風巷→回風立井。

2.2 測定方法及測定儀器

該次平朔井工一礦礦井通風基礎參數測試采用氣壓計基點法測試。氣壓計基點法是預先準備好2臺精密氣壓計，一臺留在地面監測地面大氣壓力波動，每隔5 min記錄一次地面大氣壓力;另外一臺精密氣壓由測試人員攜帶下井，按照預先布置的測試路線逐點測試各節點的氣壓和干濕溫度。

該次平朔井工一礦礦井通風基礎參數測試所用到的儀器見表1，測試所用儀器均經過檢驗校正，且在有效期之內。

2.3 通風基礎參數測試結果

礦井風機房水柱計讀數為1 400 Pa，計算得到水柱計安設處的動壓及礦井自然風壓分別為37.3 Pa和31.3 Pa，理論計算計算礦井通風阻力為：

式中：hr'為礦井理論通風阻力，Pa;hs為風機房水柱計讀數，Pa;hv為水柱計安設處的風流動壓，Pa;hn為礦井自然風壓，Pa。

計算得到礦井理論通風阻力為1 394.0 Pa。實測礦井通風阻力為1 333.5 Pa。礦井通風阻力測試過程中因受到風門開啟、地面大氣波動、井下活塞風的影響，通風阻力測試結果存在誤差，礦井通風阻力測定誤差計算公式為：

式中：為實測礦井通風阻力，Pa。

由式（2）計算得到該次平朔井工一礦礦井通風阻力實測誤差為4.34%，誤差<5%，測試數據準確可靠。

實測平朔井工一礦通風阻力1 333.5 Pa，礦井總回風風量為241.17 m3/s（14 470 m3/min），礦井總風阻為0.0229 N·s2/m8，等積孔為7.86 m2，由此可看出礦井為通風容易礦井。

礦井通風系統三區通風距離比例為

51.9%∶25.4%∶22.7%

礦井通風系統三區阻力比例為

42.2%∶21.0%∶36.8%

礦井通風系統三區阻力分布如圖1所示。

礦井進風段阻力比例相對較大，主要是因為進風段通風距離較長。礦井回風區風量較為集中，所以回風區通風阻力比例要大于其通風距離比例。礦井通風總阻力相對較小。

3 礦井通風系統特點分析

通風系統是一個復雜的、隨機的、非穩定的動態系統。

3.2 礦井通風系統的復雜性

礦井通風系統是由諸多變量組成的一個復雜系統。網絡分支多，角聯分支數占中分支的15%左右，通風路線達14 500 m左右。全礦通風設施數目達70多個，用風點達35個，礦井漏風量大，有效風量率低，煤層開采深度不斷增加，諸多的因素使通風系統為一個復雜的系統。

3.3 礦井通風系統的動態性

礦井通風系統隨著煤礦生產進行而不斷發生變化，采掘工作面推進、接替，采區的準備、投產等;通風設施增多，受壓變形，漏風增大;各種通風設備性能衰退，通風參數發生變化，由此可見通風系統是一個動態隨機的系統。

4 通風系統優化方案

4.1 通風系統存在問題

隨著礦井采掘范圍的擴大，井下通風設施不斷增加，結合礦井通風基礎參數測試分析，確定通風系統存在如下問題：

（1）礦井4煤太西主運巷作為回風巷道，巷道中布置有電氣設備，存在安全隱患。

（2）通風構筑物較多，通風系統管理難度較大。

（3）通風構筑物漏風較多，廢棄巷道多，礦井有效風量率偏低。

（4）角聯通風巷道較多，風流不穩定，礦井發生災變時管理困難。

4.2 通風系統優化改造方案

結合礦井通風系統存在的問題，確定通風系統優化方案：

（1）將上窯4煤、上窯9煤全部封閉。

（2）4煤太西主運巷調整為進風，4煤太西輔運巷為進風，4煤太西回風大巷為回風的“兩進一回”的通風系統。

（3）其他廢棄巷道、庫房封閉。

（4）4、9煤采區變電所、水泵房實現了獨立通風。礦井通風系統改造主要施工地點如圖2所示。

5 優化效果分析

將4煤太西主運巷改為進風巷，并將相關聯絡巷進行密閉或調節施工后，礦井通風系統優化得到如下效果：

（1）上窯4煤采區全部封閉，減少巷道防塵量1 085 m。

（2）上窯9煤采區除水泵房外其余巷道全部封閉，減少巷道用風950 m3/min。

（3）封閉太西4、9煤庫房，減少巷道用風1 480 m3/min。

（4）4煤太西變電所、9煤太西B段水倉、變電所構筑風橋，實現獨立通風。

礦井通風系統優化后，全礦井需風量減少2 430 m3/min，礦井主通風機由原來的45 Hz降頻為42 Hz，礦井總風量降低為211.17 m3/s（1 2670 m3/min），礦井負壓降為1 020 Pa。

礦井主通風機運行功率降低120 kW;上窯9煤采區減少排水點3處，減少巷道2 200 m，每年節約更換排水、防塵管路1 000 m;4、9煤太西采區共計減少礦井巷道防塵量4 944 m，合計每年經濟效益可達321萬元。

6 結論

（1）通過礦井通風系統分析，結合礦井實際，發現礦井通風系統存在進風段阻力較大，將4煤太西主運巷調整為進風，保證了通風系統獨立。

（2）結合通風系統實際存在的問題，將上窯4、9煤、太西采區廢棄巷道、庫房封閉，4、9煤采區變電所、水泵房實現了獨立通風，保證了通風系統的完善、可靠。

（3）礦井通風系統改造后，減少了礦井風量及主扇風壓，減少了礦井防塵量，并大幅降低了主通風機功耗，為礦井、集團公司創造更大的經濟和社會效益。

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