煤礦通風系統改造方案對比及實施效果驗證

尹 皓

（山西陽城陽泰集團西溝煤業有限公司， 山西 陽城 048100）

引言

通風系統是煤礦綜采工作面的“呼吸系統”，其主要功能為工作面作業人員提供新鮮空氣，降低瓦斯濃度，其性能優劣直接決定工作面的安全性和生產效率。在實際生產中往往由于工作面通風系統布置不合理、控制性能不佳，影響礦井的正常生產能力。因此，需結合礦井生產布局的變化和自然環境的影響對工作面的通風系統進行適時調整，使其通風效率達到最大，為綜采工作面的安全生產奠定基礎[1]。本文對某礦的通風系統進行改造，并對改造后的效果進行驗證。

1 某煤礦通風系統現狀分析

1.1 工程概況

某煤礦設計生產能力為每年90萬t，經對煤礦生產系統兩次改造，目前生產能力每年可達210萬t。該煤礦工作面地層傾角平緩，且傾斜角度為5°；礦井的正常涌水量為230.1 m3/h，受周圍煤礦的影響，需加強該煤礦的探水和防水措施；礦井的絕對瓦斯涌出量為2.19 m3/min，相對瓦斯涌出量為1.3 m3/t，屬于低瓦斯礦井。工作面煤層頂板的主要成分為泥巖和砂質泥巖，平均厚度為2 m；底板為細砂巖和石英砂巖，平均厚度為1 m。經探測，該煤礦的儲量為7 815.28萬t，按照當前的生產能力來算該煤礦仍可繼續服務26年。也就是說該煤礦有改造的必要。

1.2 通風系統現狀

目前，煤礦采用中央并列式通風方式，其中主井和副斜井為進風井，西風井為回風井，即煤礦采用“兩進一回”的通風模式。礦井通風系統的參數如表1所示，目前為礦井所配置通風機屬于滿負荷運行狀態。經測量可得，礦井兩個進風井的總風量為88 m3/s，礦井西風井的回風總量為90.73 m3/s，即礦井當前處于負壓狀態，且負壓值大小為1 870 Pa。實際生產中發現，目前該煤礦通風系統急需解決的問題可歸納為如下幾點：

1）隨著礦井的深入開采，通風系統的運行阻力將會增加；且目前通風系統所采用的通風設備相對較舊，其通風效率低，導致工作面的供風量無法滿足實際生產的需求。因此，急需解決礦井總風量不足的問題。

2）隨著通風系統線路的增加，煤層的開采導致巷道斷面形狀變形，造成礦井風網的通風能力減弱。因此，需對通風系統進行改造，以降低回風阻力[2]。

3）在當前節能減排生產的大力號召下，應實現礦井通風系統的節能生產，提升其通風效率。

表1 礦井通風系統運行現狀

2 礦井通風系統改造方案的確定

2.1 礦井通風系統改造方案的提出

結合當前煤礦通風系統的現狀以及未來該煤礦的發展前景，現針對通風系統的改造擬定如下四種方案：

1）基于當前中央并列式通風方式，將以往的G4-28D/400通風機升級為FBCDZ29/630對旋式軸流風機。此外，為實現通風系統的節能生產，采用變頻技術實現對通風機的控制，確保通風機根據礦井的需風量控制通風機的運行狀態。

2）將中央并列式通風方式改造為混合通風方式，并在礦井西側增設一個回風立井。

3）將當前中央并列式通風方式改造為兩翼對角式通風方式，具體措施為將西回風井更改為進風井，并在礦井東西兩側增設回風井。

4）為解決工作面風量不足且通風阻力不斷增大的問題，為通風系統增設輔助通風機。根據煤礦兩側通風系統的布置情況，在礦井東側和西側分別增加兩套四臺輔助通風機，并保持中央并列通風方式不變[3]。

2.2 礦井通風改造方案的比對與選擇

分析該煤礦通風系統的改造指標，對基于不同改造方案的煤礦通風系統在困難時期下的各項指標進行對比，對比結果如表2所示。

表2 不同改造方案下通風系統的運行參數

經分析可知，方案四的總通風量僅為98.5 m3/s，無法滿足生產能力為210萬t/a的風量要求，故首先排除方案四的改造方案。從改造費用方面比較，方案三的改造費用遠多于方案一和方案二，故再排除方案三的改造方案。改造后礦井的總風壓和通風機總功率比較，方案一中通風機的效率最高。因此，在綜合對比的基礎上，最終選擇方案一的改造方案，即在原中央并列式通風方式的基礎上為其配置最佳通風機，且采用變頻調速系統對其進行控制。

3 通風系統改造方案驗證

經上述對通風系統的改造方案進行對比后，最終選擇在原中央并列式通風方式的基礎上為其配置最佳通風機，且采用變頻調速系統對其進行控制。改造后通風機的具體型號為：FBCDZ29/630，屬于對旋式軸流風機，并采用“一用一備”的配置原則為工作面配置兩臺同型號的通風機[4]。

此外，為實現礦井通風系統的節能生產，基于PLC控制與變頻控制相結合的變頻調速控制技術實現對旋式軸流風機的控制。經實踐應用可知，采用變頻調速控制技術對對旋式軸流風機控制后，通風系統的年平均能耗僅為0.327kWh/（mm3·Pa），遠小于國家相關標準所規定的工業單耗指標0.44kWh/（mm3·Pa）[5]。

除此之外，在實際應用中方案一工作面總通風量為140.56 m3/s，滿足年生產能力為210萬t的通風量需求135 m3/s；通風機的風壓可達3 680 Pa，通風機的通風效率可達83%。

4 結論

1）改造后，通風系統的年平均能耗僅為0.327 kWh/（mm3·Pa），遠小于國家相關標準所規定的工業單耗指標0.44 kWh/（mm3·Pa）。

2）改造后，通風系統的總通風量為140.56 m3/s，滿足年生產能力為210萬t的通風量需求135 m3/s；通風機的風壓可達3 680 Pa，通風機的通風效率可達83%。