龐龐塔煤礦生產接續通風可行性分析

李恒江

（霍州煤電集團呂臨能化公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

0 引言

煤礦生產過程中常見災害的有五大災害，包括水災、火災、瓦斯、煤塵以及頂板災害，這些災害直接影響到煤礦工人的身體健康和生命安全[1-2]。在各大煤礦系統中，通風系統是最重要子系統之一[3]。據相關資料顯示，目前仍然存在著大量因為礦井通風系統的不合理而導致井下瓦斯爆炸事故的發生，直接影響礦井的安全高效生產[4-5]，可見煤礦通風系統的重要性。煤礦通風系統的不合理主要包括設計不合理、監控檢測不及時以及通風設備的老化不健全等[6-9]。

目前，國家大力扶持生產礦井大型化、集約化，便于煤礦安全高效開采，為響應國家政策號召，原龐龐塔煤礦與呂臨能化千萬噸礦井重組合并成為龐龐塔煤礦千萬噸特大型礦井，以實現年產量1 000萬t。原龐龐塔煤礦與呂臨能化千萬噸礦井屬于2個獨立的生產礦井，相距約7.5 km，2個系統通過750大巷實現系統整合。本文以龐龐塔煤礦千萬噸礦井為工程背景，通過分析煤礦通風系統的作用及意義，介紹龐龐塔煤礦通風系統現狀，進行了千萬噸礦井生產接續通風可行性分析，計算了龐龐塔煤礦雙H型通風系統等效風阻，為解決通風系統優化設計提供參考，具有重要的指導意義。

1 煤礦通風系統的作用及意義

煤礦生產系統中通風系統的正常運行對礦井的安全生產具有重要的作用，煤礦通風系統的主要作用及意義總結如下：

1）提供新鮮風流于各種采掘工作面以及巷硐用風地點（提供O2等）。

2）提供新鮮風流稀釋礦井內存在的有毒有害氣體，保證井下各氣體濃度（CO、CH4等）滿足煤礦安全規程。

3）調整井下巷道溫度，確保井下溫度適宜工人的正常工作以及機械設備的正常運轉。

4）系統化控制煤礦通風系統，提高礦井抗災能力，減少礦井災害事故的發生。

近年來，政府和企業越來越重視安全工作，針對煤礦瓦斯事故，政府企業制定完善了更加系統規范的煤礦安全生產系統，同時對礦井空氣、溫度等提出了更高的標準。

2 龐龐塔煤礦通風系統現狀

龐龐塔煤礦位于呂梁臨縣，主采5號和9號煤層，其中，5號煤層位于山西組，賦存條件較好，煤層平均厚度約6.2 m，屬厚煤層，9號煤層距5號煤層40.90～56.15 m，位于太原組中下部，煤層厚度不一，平均厚度為9.56 m，屬特厚煤層。

2018年，750大巷將原龐龐塔煤礦（簡稱南區）與呂臨能化千萬噸礦井（簡稱北區）屬于2個生產礦井貫通，礦井采用抽出式通風，為中央分列式。

1）原龐龐塔煤礦通風系統：3個進風井、1個回風井，3個進風井包括主斜井、副斜井、行人斜井，回風井為吉家莊回風井，主要通風機“1用1備”，型號FBCDZ-10-N034B，電機功率、電壓等級、電流、轉速分別為2×710 kW、6 000 V、88.6 A、580 r/min，風壓和排風量分別為1 470～3 680 Pa、8 600～18 010 m3/min。

2）呂臨能化千萬噸礦井通風系統：3個進風井、1個回風井，3個進風井包括主斜井、1號副斜井、2號副斜井，回風井為程家塔回風井，主要通風機“1用1備”，型號FBCDZ10-No36，電機功率、電壓等級、電流、轉速分別為2×710 kW、6 000 V、56.6 A、580 r/min，風壓和排風量分別為1 294～4 123 Pa、11 820～20 700 m3/min。

3 龐龐塔煤礦生產接續通風可行性分析

3.1 生產計劃

龐龐塔煤礦工作面采掘規劃：①5-108工作面（北區一采區）北區開采；②5-401工作面（主區四采區）5-202工作面（主區二采區）九采區5號煤層（南區）；③9-301工作面（南區三采區）9-101工作面（南區一采區）五采區9號煤層（南區）九采區9號煤層（南區）。預計2024年，南區五采區和九采區同時生產準備，此外，各采區生產，均保證1個采煤面、2個備采面、2個掘進面。

3.2 生產接續通風可行性分析

由3.1節生產計劃可知，南區五采區和九采區將面臨同時生產準備，此時通風系統面臨一定的挑戰，按照通風系統能力，預計形成采區聯合年生產5 Mt規模或九采區年生產3 Mt規模，因此需要對通風能力進行可行性分析。

1）采區聯合年生產5 Mt規模需2個生產面、2個備采面、6個掘進面，加上其它用風地點，生產面配風標準1 500 m3/min，備采面配風標準750 m3/min，掘進面配風標準540 m3/min，加上其它用風地點約5 950 m3/min，共計最小需風量13 690 m3/min。設計3種采區聯合年生產5 Mt規模時通風系統方案，具體如下：①采用吉家莊回風井現有通風機時，九采區通風系統與主系統形成2進1回（即750輔運巷和皮帶巷進風、750回風巷回風），核算礦井總風量和阻力等因素，得到礦井總風量為13 385 m3/min，屬欠風狀態，因此僅采用吉家莊回風井現有通風機不能滿足年生產5 Mt規模通風要求；②采用吉家莊回風井回風，并更換現有通風機時，同樣，九采區通風系統與主系統形成2進1回，核算礦井總風量和阻力等因素，礦井需風量16 800 m3/min，但其形成工作阻力高達4 528 Pa，風機可靠性降低；③增設回風大巷，九采區通風系統與主系統形成2進2回（回風井包括吉家莊和程家塔回風井）通風系統，核算礦井總風量和阻力等因素，礦井需風量16 200 m3/min，形成最大工作阻力3 511 Pa，相比方案b，工作阻力較小，但增設回風大巷成本較高。

2）九采區年生產3 Mt規模需1個生產面、1個備采面、4個掘進面，加上其它用風地點，生產面配風標準1 500 m3/min，備采面配風標準750 m3/min，掘進面配風標準540 m3/min，加上其它用風地點約5 950 m3/min，共計最小需風量10 360 m3/min。采用吉家莊回風井現有通風機時，核算礦井總風量和阻力等因素，礦井需風量12 300 m3/min，形成最大工作阻力3 571 Pa。

3）增設棗林回風井，建立九采區獨立通風系統，核算礦井總風量和阻力等因素，礦井需風量7 200 m3/min，形成最大工作阻力1 353Pa，同時該回風井可為主通風系統提供2 000 m3/min進風。

4）增設棗林進風井，建立九采區9號煤層和十采區5號煤層聯合通風系統，2個生產面、6個掘進面，加上其它用風地點，其中九采區9號煤層需風量3 000 m3/min，核算礦井總風量和阻力等因素，礦井需風量16 200 m3/min，形成最大工作阻力2 885 Pa，通風相對困難，但可滿足需求。

表1 龐龐塔煤礦生產接續通風可行性方案

4 通風系統等效風阻計算

龐龐塔煤礦南區投產后，形成雙H型通風系統網絡，圖1給出了雙H型通風系統網絡等效風路圖，該通風系統極易造成通風系統不穩定，如圖所示，e1、e2、e3、e4、e5、e6分別等價于北區等效進風風路、北區等效回風風路、主區等效進風風路、主區回風回風風路、南區等效進風風路、南區等效回風風路，e7和e8分別為750大巷和750大巷南延巷。

圖1 雙H型通風網絡等效風路圖

計算得到e1風路等效阻力169.167 Pa、等效風量183.48 m3/s、等效風阻0.005 02 N·s2/m8；e2風路等效阻力356.832 Pa、等效風量130.18 m3/s、等效風阻0.021 05 N·s2/m8；e3風路等效阻力968.494 Pa、等效風量104.19 m3/s、等效風阻0.089 21 N·s2/m8；e4風路等效阻力1 589.72 Pa、等效風量190.51 m3/s、等效風阻0.043 80 N·s2/m8；e5風路等效阻力907.316 Pa、等效風量153.02 m3/s、等效風阻0.038 74 N·s2/m8；e6風路等效阻力449.28 Pa、等效風量120.00 m3/s、等效風阻0.031 20 N·s2/m8；e7風路等效阻力796.807 Pa、等效風量53.30 m3/s、等效風阻0.280 47 N·s2/m8；e8風路等效阻力58.657 1 Pa、等效風量33.02 m3/s、等效風阻0.053 79 N·s2/m8。

礦井最大風阻路線包括e1e2、e5e4、e5e6，其中，e1、e2路線風阻約525 Pa，e5、e4路線風阻約2 549 Pa，e5、e6路線風阻約1 355 Pa，其中e5、e4路線等效風阻最大，表明該路線通風性對困難，當九、十采區聯合生產可在南區進風段風路（e5）安裝通風調節設施，減小南區風量向北區供給，優先保障九、十采區的風量供給。

5 結論

本文以原龐龐塔煤礦與呂臨能化千萬噸礦井重組后的通風系統整合為背景，分析了煤礦通風系統的作用及意義，介紹了龐龐塔煤礦通風系統現狀和生產接續計劃，設計分析了礦井生產接續通風可行性，指出當九、十采區聯合生產應優先保障九、十采區的風量供給，為龐龐塔煤礦通風系統設計優化提供基礎。