王莊煤礦通風系統優化研究

李敏軍，韓文強

(山西省長治市潞州區能源局 能源服務中心，山西 長治 046000)

一個良好的通風系統是保證礦井安全高效生產的前提與基礎，其合理性主要取決于通風機裝置的性能及與之匹配的網路系統[1]。由于煤礦開采處于動態變化之中，礦井通風阻力的大小和分布也隨之變化[2]，因此，經常進行礦井通風阻力測定，并根據其結果進行通風系統優化，是保證各個時期通風系統穩定、高效運行的關鍵[3-4]。

王莊煤礦建礦已50余a，生產規模不斷擴大，通風系統日趨復雜，現有4個回風井、6個進風井，特別是隨著王莊煤礦新井+540水平的開拓掘進，急需要對礦井通風阻力進行一次全面測定，以便掌握通風阻力分布情況。新井風機投入運行后，將負擔部分后備區的通風任務，全礦井的通風系統將發生較大的變化，到時風機能力是否滿足生產需要，礦井通風系統是否需要優化，都是影響礦井安全生產的因素。

1 礦井概況

王莊煤礦礦井瓦斯相對涌出量為4.91 m3/t，絕對涌出量為74.21 m3/min，屬高瓦斯礦井。開采的3號煤層屬不易自燃煤層，煤塵具有爆炸性。從副立井、副斜井、主斜井、西進風井、52進風井、+540進風井進風，從西風井、南風井、62風井和+540風井回風，構成4個獨立的回風系統，采用混合式通風，通風方法為抽出式。

2 通風阻力測定及網絡數據庫建立

2.1 通風阻力測定

王莊煤礦建礦時間長、生產規模大、開采范圍廣，進行通風阻力測定時應特別關注長期使用的進風井筒、大巷、回風大巷等井巷以及采區上山、采區下山和區段巷道等巷道的阻力分布。

本次通風阻力測定采用氣壓計法中的雙基點同時測定法，主測路線主要包括以下3類：①在所有并聯風路中風量較大且通過回采工作面的主風流風路；②路線較長且包含有較多井巷類型和支護形式的線路；③沿主風流方向的線路[5-6]。

根據王莊煤礦的實際情況，選擇了4條主測路線，測得的主要參數見表1。

表1 礦井通風阻力主要參數

從表1可以看出，通風阻力測定相對誤差均小于5%，精度符合要求，西風井、南風井通風難易程度屬中等，62風井、+540風井系統通風難易程度屬容易，漏風率均滿足《煤礦安全規程》要求。

2.2 網絡數據庫建立

通過井下實測各路線阻力、風阻值、主要通風機個體特性曲線及礦井通風網路，利用專門軟件對通風網路進行解算，得出網絡數據庫，獲取通風機運行工況及各分支的風量，并與實測結果進行對比，結果見表2和表3。

表2 王莊煤礦主要通風機運行工況

表3 王莊煤礦主要地點通過風量

由上表可以看出，主要巷道風量解算結果與實測數據相對誤差均在5%以下，表明解算結果是可靠的，滿足網絡分析的要求，為下一步通風系統分析及優化提供了依據。

3 通風系統分析及優化

3.1 礦井通風系統分析

通過對王莊煤礦通風系統網絡解算可知，該系統目前主要存在以下問題：①南風井服務的43采區風量緊張，43M5采面僅供風864 m3/min；②系統角聯巷道較多，風流不穩定。因此，必須對通風系統進行優化，以保證礦井通風的安全。

3.2 礦井通風系統優化

3.2.1 礦井通風系統優化方案

針對王莊煤礦43采區風量緊張，提出以下方案：

方案Ⅰ：南風井風機為新更換的風機，風機葉片安裝角度還可以上調，因此可以上調南風井風機角度。

方案Ⅱ：4307集中軌道目前配風737 m3/s，43三下山采區目前配風1 134 m3/s，這兩處僅僅是巷道用風，因此可以控制其區域用風。

3.2.2 礦井通風系統優化方案的解網分析

針對上述兩個方案，分別進行網絡解算分析，以確定最終方案。

方案Ⅰ解算結果：提高南風井風機角度至45°，并控制43三南膠用風，可以提高43M5采面配風量，但南風井風機負壓達到了2 811.8 Pa，超過《煤礦井工開采通風技術條件》(AQ1028-2006)規定的2 500 Pa，因此，此方案不可行。

方案Ⅱ解算結果：控制4307集中軌道及43三南膠用風，可以提高43M5采面配供風，且南風井風機負壓不超標，因此，此方案可行。

3.3 礦井通風系統角聯巷道的穩定性分析及優化

王莊煤礦通風系統存在較多角聯巷道，其中主要角聯巷道有43采區44膠帶、52采區52膠帶巷、62采區630膠帶巷和軌道巷。

1) 43采區44膠帶巷(189～185段)，斷面10.08 m2，風量僅為189 m3/min，此處目前沒有任何控制設施，受膠帶等因素的影響很容易造成風流反向，甚至因局部微風造成瓦斯積聚，給安全生產帶來嚴重影響。可以在44膠帶巷與740水平南大巷交叉口附近設置調節風門，通過控制44膠帶巷往43采區進風量來調節44膠帶巷風量。

2) 52采區52膠帶巷(131～113段)，斷面7.72 m2，風量僅為395 m3/min，且此處為兩處進風交匯點，風流極不穩定。為控制風流方向，目前在52膠帶巷北側設有調節風門，但是52/3號采面主要進風口在調節風門南側，不便于對52/3號采面風量控制，因此，可以將此風門南移至與51下膠交叉口處，用52膠帶巷調節風門和52膠帶巷與52軌道巷(回風)之間聯巷的調節風門共同調節52膠帶巷風量。

3) 62采區630膠帶巷和軌道巷，此兩處為540膠帶巷、輔助運輸巷與62膠帶、軌道的交匯，僅在62軌道巷設有調節風門，此平衡點將隨著62采區和540采區采掘部署的變化而不斷移動。目前62采區沒有回采面，計劃在6207和6202附近布置采面，屆時62采區需風量及需風地點將發生變化。540采區目前處于開拓期間，絕大多數用風地點均靠局部通風機供風，不久7105采面將開始回采，屆時540采區需風量及需風地點將發生較大變化，這將使得630膠帶巷和軌道巷局部風流不穩定，可以在540膠帶巷和輔助運輸巷設立調節風門，前期可控制540采區向62采區的供風，后期在540采區正常生產時改為永久風門，完全實現分區通風。

4 結 語

1) 通過對王莊煤礦井下4條主測路線通風阻力進行實測，得到了礦井的阻力分布狀況。

2) 通過對當前通風網路主要通風機工況點及主要巷道風量進行解算，分析發現了礦井通風系統存在的主要問題，提出了系統優化方案，對礦井安全、高效生產具有重要意義。