顧橋煤礦通風系統優化及改造方案

竇怡飛 徐旭昭 高明松

（煤炭工業合肥設計研究院有限責任公司，安徽 合肥 230041）

1 礦井通風系統概況

礦井采取分區式通風，全井田劃分為中央區、南區和東區共3個通風分區，目前中央區和南區在生產，東區正在開拓。

中央區工業場地內設有主井、副井、深部進風井和中央回風井4個井筒；南區場地內設有南區進風井和南區回風井；東區場地設有東進風井和東回風井。

中央回風井主要承擔北一采區、北二采區和南一采區回風任務；東回風井主要承擔東一（1）、東一（2）、東一（3）、東一（5）采區回風任務；南區回風井主要承擔南二、南三和東二采區回風任務。

中央區維持2個工作面回采，目前北一下采區和北二采區均有1個綜采工作面，未來幾年中央區將重點開采北二采區，根據礦井生產接替計劃，未來北二采區將出現2個綜采工作面同采的情況。目前，北二采區風量8400m3/min左右，無法滿足二個回采工作面同時生產的用風需要，且北二采區通風距離較長，因此無法通過在其他采區采取增阻調節的方式實現風量增加。

2 通風系統現狀模擬

2.1 模擬解算參數選取

根據礦方提供的資料，模擬時的井巷阻力系數選取主要參考本礦井的通風阻力測定資料。為準確了解部分巷道的阻力分布情況，采取現場實測方式對井下部分巷道進行了阻力測定，作為解算的基礎參數。

掘進工作面及主要機電硐室用風作為固定風量參與解算，現狀模擬時各采區總風量保證與現狀基本一致，以保證模擬結果盡量與礦井實際通風情況吻合[1]。

2.2 通風系統現狀模擬結果

現狀模擬時以目前通風系統實際風量為標準，由于南區與中央區僅有一條進風巷聯系，且本次通風系統優化改造不設計涉及到南區，為簡化模擬工作，本次模擬南區不參與模擬。

參照通風阻力測定結果進行網絡模擬解算，經過多次網絡解算和調整，使得模擬結果與礦井通風系統的實際情況基本吻合。

模擬結果，礦井中央區總進風量29640m3/min，中央風井總回風量21840m3/min、通風阻力3097Pa，東風井總回風量6600m3/min、通風阻力1529Pa；其中中央區通過-780m南翼主膠帶機巷向南區進風1200m3/min。

2.3 模擬結果分析

根據模擬解算結果，最大阻力路線為北二采區，其進風段、用風段及回風段的阻力分布見表1，各段阻力分布柱狀圖見圖1。

表1 北二采區現狀模擬結果

圖1 各段阻力分布柱狀圖

從模擬結果的通風阻力分布看，北二采區路線的總進風段、采區進風段和采區用風段的占總阻力的比重都比較小，百米阻力也小于全礦井的百米阻力[2]。

而總回風段、采區回風段占總阻力的比重達到了65.8%，要達到降低礦井通風阻力的目的，總回風段和采區回風段是改造的重點。

特別是采區回風段，雖然不是百米阻力最大的區段，但因為其距離較長，其占總阻力的比重達到了42.4%，是通風系統優化的重中之重。

3 通風系統優化改造方案及其模擬分析

3.1 通風系統改造方案

降低總回風段的阻力，較可行的方案是降低總風量；采區回風段阻力大主要是由于巷道變形嚴重，通風斷面不足造成，可采取擴刷巷道及增加并聯回風巷道的方式來增加通風斷面，降低通風阻力。

3.1.1 將北一11-2下山采區調整由東風井回風

北一11-2下山采區與東風井系統現已貫通，將北一11-2下山采區回風改由東風井承擔，可降低中央風井承擔的風量，達到降低總回風段通風阻力的目的。

實施方案：將北一11-2下煤層回風下山（一）和北一11-2下煤層回風下山（二）在-880m輔助水平以上用密閉墻進行隔斷；調整采區下部的通風設施，通過北一下山瓦斯治理排矸通道將北一11-2下山采區的回風引入東翼采區11-2軌道上山，再由東風井排至地面。

3.1.2 增加北二采區回風斷面

3.1 .2.1 在北二采區與北二采區三條煤層回風大巷間，增加一條北二13-1底板回風大巷并聯的回風巷 巖巷，長度600m，斷面18m2）。

3.1.2.2 擴刷北二采區現有回風巷：將北二回風一聯巷段擴刷至20m2，長度415m；北二13-1煤層回風大巷刷大至20m2，擴刷總長度2800m；因北二11-2煤層回風大巷由于有淋水等原因擴刷難度較大，不進行改造。

3.1.2.3 增加一條13-1底板巖石回風大巷與目前北二的三條煤層回風大巷并聯回風，巷道凈斷面18m2，長度2250m。

3.2 通風系統改造的效果

將北一11-2下山采區的回風調整為由東風井回風，對二條北二采區13-1煤層回風大巷的斷面刷大，增加一條北二13-1底板回風大巷的并聯回風巷及一條與三條北二煤層回風大巷并聯的13-1底板巖石回風大巷，改造后經過通風網絡模擬解算，北二采區供風量增加到12000m3/min（此時中央風井總風量20880m3/min），中央風井系統通風阻力3118Pa；綜合分析，通風設備及網絡能夠滿足要求[3]。

根據模擬解算結果，最大阻力路線為北二采區工作面，其進風段、用分段及回風段的阻力分布見表2。各段阻力分布柱狀圖見圖2。

表2 改造后北二采區阻力分布模擬結果

圖2 各段阻力分布柱狀圖

從改造后模擬結果的通風阻力分布看，各區段阻力所占比重較為均衡，分布較為合理。北二采區最大阻力路線的采區回風段占總阻力的比重大大降低（由42.4 %降至22.1 %），由此可知，對采區回風巷進行改造后取得了較好的效果。根據模擬結果綜合分析可知，保證采區回風段的總回風巷道斷面是關鍵所在 模擬解算時北二采區三條煤層回風大巷及新增巖石回風大巷平均總斷面為56m2）。

北一13-1下山采區軌道斜石門在-780m排矸通道上段（斷面15.5 m2，長度120m）存在局部風速超限達到9.1 m/s），因為該巷道承擔了北二采區大部分的風量及部分北一13-1下山采區風量，北二采區風量增加后造成該段風速過大。

3.3 風機葉片調整的潛力分析

中央風井安裝2臺ANN-3800/2000B型軸流式風機，配備4000kW電動機；目前運行風機葉片角度46°（該型號風機最大葉片角度為55°），風量21898m3/min，負壓3060Pa。

因無完整的實測風機性能曲線，本次采用風機出廠特性曲線，對風機目前實際運行工況點及改造后模擬工況點進行比較。從工況點可以看出，目前的葉片安裝角度也已經接近極限，且根據礦方實際運行的經驗，當風機負壓超過3300Pa后，風機運行已出現不穩定的現象。所以，通過調整葉片安裝角度增加風量的潛力不大。

通過風機特性曲線可以看出，風機能夠滿足改造后的用風需求，與目前工況點相比，變化不大，風機角度微調即可。

3.4 提高通風系統可靠性的措施

由于中央風井和東風井風機的運行負壓差距較大（1500Pa左右），實際生產中要加強通風設施管理，保證通風系統穩定可靠。主要措施包括：

（1）對在北一11-2采區的兩條回風下山的上、下端均進行密閉，并確保密閉質量。

（2）設置風門連鎖，加強東風井系統的通風設施管理。

（3）加強對通風設備、設施及通風參數的監控。

4 結論

根據礦井通風系統優化及改造后的模擬結果分析可知，通過本次方案有效解決了北二采區二個回采工作面同采時的供風能力不足問題。礦方應合理安排采掘接替，盡量避免采掘工作面過于集中，造成風井系統的不均衡。