煤礦分區開采通風系統的設計分析

管 箐

（晉能控股煤業集團安全督查大隊， 山西 大同 037003）

煤炭是我國的主要能源形式，對我國的經濟發展具有重要的作用。我國的煤礦開采大多采用井下開采的方式，隨著開采機械化技術的發展，煤礦的開采深度及長度不斷增加。在井下礦井的作業中，礦井的通風系統是保證煤礦安全的重要部分[1]，通風系統為井下的工作面提供新鮮的空氣，并將井下產生的有毒有害氣體排出。礦井的通風系統對保證井下的煤礦開采具有重要的作用。在對分區抽出式開采的煤礦通風系統的設計過程中，存在著不同分區的通風系統相互影響[2]，造成通風系統穩定性不足的問題。針對這一問題，對某煤礦分區開采通風系統的穩定性進行分析[3]，從而對分區通風系統進行優化設計，以保證礦井的通風安全。

1 礦井分區通風系統的穩定性測試路線

以進行分區抽出開采的某煤礦為例進行分析，礦井主要分為南北區進行開采，南區的主煤層平均厚度為37 m，煤層的平均傾角為87°，北區的主煤層平均厚度為23 m，煤層的平均傾角為45°。南區的通風系統通過副立井及副斜井進風，通過回風立井回風[4]，南區風井的總回風量為6 900 m3/min；北區的通風系統通過主斜井及副斜井進風，通過回風立井回風，北區的總回風量為7 200 m3/min。

對南北分區中通風系統的穩定性進行測試，通過采用精密氣壓計進行工作面內逐點測定的方式來對通風的阻力進行測量[5]，根據測量結果對通風系統的穩定性進行分析。在礦井的各工作面上選擇較長的通風路線，且風量足夠反映通風系統特征的路線作為測量的路線。將測量點布置在風流穩定、巷道穩定的位置[6]，并保證測量點的支護安全，且沒有其他設備影響。依據礦井的走向，選擇測量的通風路線布置如圖1 所示。

圖1 不同分區礦井測試路線的布置

2 礦井分區通風系統的穩定性測試分析

依據圖1 中選定的測試路線對礦井的通風阻力分布進行測定，并對相應的結果進行分析。將礦井內整體的測試路線分為進風段、用風段及回風段，在常規的礦井通風系統中，三者之間的阻力保持在3∶3∶4[7]。對南北區的測試路線的阻力進行分析，得到表1 中所示的測試路線的阻力分布。

表1 不同分區的通風阻力分布表

從表1 中的數據可以看出，測試路線1 的回風段阻力值占比較高，達到56.5%，這是由于測試路線1的回風段的長度較長導致的[8]；測試路線2 的回風段阻力值占比達到了74.4%，這是由于測試路線2 的回風段的通風面積較小導致的[9]。

對不同分區的通風阻力及百米風阻進行進一步的測定，得到測試路線1 的阻力坡度分布如圖2 所示。從圖2 中可以看出，測試路線1 在中間段位置的回風阻力坡度的上升較為均勻，通風的阻力值由320 Pa上升至390 Pa，在測試路線的末端，總回風立井前端通風的阻力值的上升較快，通風的阻力值由390 Pa上升至620 Pa。這是由于隨著通風系統風道的逐漸延長，使得有效的通風斷面面積減小[10]，增加了風流的密度，隨著巷道粗糙度的增加，通風系統的摩擦阻力系數增加，引起通風阻力值的快速上升[11]。

圖2 測試路線1 的通風阻力變化曲線

對測試路線2 通風阻力及百米風阻進行測定，得到測試路線2 的阻力坡度分布如圖3 所示。從圖3 中可以看出，測試路線2 的通風阻力在末端位置急劇上升，通風阻力由190 Pa 上升至620 Pa，此處為高阻力的位置，其余位置的阻力值整體較低[12]。

圖3 測試路線2 的通風阻力變化曲線

通過上述的分析可知，在礦井分區式開采的通風系統中，2 個分區的通風機風壓變化相互影響，在400 m 水平大巷道內的風量不穩定，出現少峰或者回流的情況，對煤礦的通風安全不利，同時也造成在礦井內的通風系統中主通風機的效率值較低，南區通風機的效率為40%，北區通風機的效率為38%，通風效果不理想。

3 礦井分區通風系統的優化設計

在礦井的通風系統中，由于分區通風的設置，使得分支系統的通風失穩，自然風壓對北區的主要風機影響嚴重，通風機的運行不穩定，且效率較低。針對礦井的通風系統進行優化設計，在設計過程中考慮將分區的回風改為單側的集中回風，從而利用礦井巷道及風井較大的斷面來保證風速不會過大，變為單一方向的流動，提高穩定性；同時，考慮自然風壓的作用，對北區的風阻進行一定調節，改變通風機的阻力分布曲線，提高通風機的運行效率，從而保證風量的相對穩定。

根據優化設計思路進行通風系統的優化改造，對北區各水平位置的風墻、風門等通風設施進行施工，增大北區的通風阻力，并提高南區的通風量，增加礦井的負壓值，在礦井的大巷中增加風量調節的裝置，加強對風量的實時監測。依據改造后的巷道各支點數據編制數據解算表，采用相似巷道的參數對各支點賦值，對優化后的通風系統進行網絡解算。

根據網絡解算的結果，對分區通風系統進行優化改造后，解決了礦井內的角聯風網，提高了礦井的負壓值，北區的負壓值增加了260 Pa，有利于對自然風壓的變化進行有效應對，通風機的效率也得到了提升。對北區的各水平風阻進行增壓后，礦井的阻力值分布相對平衡，風流的穩定性得到提高。同時，進一步在南北區負壓差的作用下，進行風量調節設施的應用，從而進一步提高大巷道風量的穩定性，保證礦井通風系統的安全性及穩定性。

4 結論

1）在分區開采的礦區中，對南北區的通風系統風阻進行分析發現，分區內的配風量大，總阻值較小，但阻力的分布不均勻，分區之間通風系統的穩定性較差，且巷道內的風量不穩定，礦井的通風機效率較低。

2）對礦井分區通風系統進行優化設計，在北區內的各生產環節增加調節風墻、風門等通風設備，提高了北區的通風阻力，并依據礦井的實際風量提高南區的配風量，提高礦井內的負壓值，并對巷道內的風量進行實時的監測。

3）經過優化后的礦井通風系統，北區內的高負壓值可以應對自然風壓的變化，提高了礦井內通風系統的穩定性，并可以提高通風機的效率，保證系統風量的穩定性，為煤礦的安全開采提供保障。