煤礦通風系統通風難易程度評價及應用

付建兵

（汾西礦業(集團）有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033399）

煤礦通風是防止瓦斯集聚、降低粉塵以及有害氣體影響的主要技術措施，通風可為作業人員提供良好環境[1-2]。通風系統難易程度是井下通風系統評價、優化的主要參考，現階段主要的通風評價方法主要為等積孔法[3-5]。眾多的學者對礦井通風系統評價進行分析，其中劉輝提出采用A-Q 法對通風系統進行評價；劉友英提出一種“礦井線性風導”概念，可在一定條件下較好的評價礦井通風系統難易程度；雷兆忠等認為等積孔雖然是通風系統難易程度評價的重要指標，但采用等積孔評定現代化礦井通風系統難以程度面臨不全面問題，并提出等積孔計算修整計算方法。隨著礦井生產條件以及布局改變，井下通風系統處于不斷變化，只有根據生產變化調整通風系統方可更好的滿足生產需要[6-8]。因此，文中依據山西某礦井下實際情況，對礦井通風難以程度進行評價并給出通風系統進行優化對策，以期更好促進礦井生產。

1 工程概況

山西某煤礦采用斜井+立井開拓，現階段主要的3 號煤層埋深平均430 m，礦井采用分布開采，開采范圍內共劃分5 個采區，其中1、2 采區均已回采完畢。現生產主要集中在3 及5 采區，同時礦井在2018 年完成技改，煤炭產量增加約50%。

礦井采用分區式通風，其中有3 個斜井進風（分別為主斜井、行人斜井、下料斜井）、2 個立井回風（分別為新回風立井、牛角嶺立井），新回風立井主要擔負新采區通風工作，牛角嶺立井用以為現生產采區供風。

2 通風系統難易程度評價指標

2.1 通風阻力

通風阻力是巷道、通風構筑物、通風設施等構成的通風網絡產生的阻力，影響通風阻力因素有斷面、通風路線長度、圍巖支護方式、通風網絡布置合理性等。礦井在技改過程中對巷道進行刷擴并采用對錨網索支護方式對圍巖進行控制，局部采用噴漿方式降低風阻；礦井生產由現采區逐漸轉向新采區，生產方法改為大采高綜采，產能顯著提升，采掘作業面瓦斯涌出量也有所增加。礦井在完成技改后，通風路線長度增加、通風阻力出現明顯變化，通風任務加重以及通風難度變大。針對技改完成后礦井開采拓條件、生產方式改變現狀，采用通風阻力對通風系統進行評價更為切合現場實際情況，可為后續礦井通風系統優化提供詳實資料。

2.2 等積孔

等積孔可用以評定通風難以程度，具體計算公式為：

式中：A 為等積孔，m2；Q 為總回風量，m3/s；h 為通風阻力，Pa。

用等積孔評定通風阻力時可分為三級，具體為通風容易、通風中等、通風困難，評定指標分別為等積孔＞2 m2、1～2 m2、＜1 m2。隨著采深及生產規模增加，瓦斯涌出量不斷增大，礦井供風量明顯增大；同時通風路線長度明顯增大，通風阻力增高，為減少通風路線往往需要布置多個回風井。為滿足礦井井下通風需要，可采用的措施包括有降低風阻、增大風量，但是由于主要通風機風壓不能無限提升，因而將礦井作為整體計算得到的等積孔往往不能較好的表征礦井通風系統實際難易程度。

通過上述分析并結合礦井雙回風井通風情況，提出單回風井通風線路計算等積孔，并評價通風難易程度。

3 通風難易程度評價結果

在通風阻力測量路線選擇依據為：選擇的測定線路為風量較大且通過采煤工作面線路；測量線路較長且包含多種井巷類型以及圍巖支護方式；選擇主風流方向且便于測量的線路作為測量路線。依據礦井技改后通風路線以及生產布置，具體確定的通風阻力測定路線為：

1）主測線路一。主進風斜井→皮帶大巷（3501巷）→采煤工作面（3514 大采高綜采面）→回風大巷（3502 巷）→新回風立井。

2）輔測路線一。進風材料井→皮帶聯絡巷→軌道大巷（3503 巷）→皮帶大巷（3501 巷）。

3）主測線路二。進風副井→南行人巷→南進風巷→三上進風山巷→采煤工作面（3305 大采高綜采面）→三上回風上山→南翼回風大巷→二上回風上山→牛角嶺回風井。

4）輔測線路二。進風材料井→南運輸巷→南回風大巷→二上回風上山→牛角嶺回風井。

按照上述測量路線得到礦井通風路線沿程阻力分布，具體測量結果見圖1 所示。礦井老采區及新采區三段（進風、用風及回風段）通風阻力分布見表1。

圖1 通風阻力分布示意圖

表1 通風阻力占比表

結合圖1 及表1 數據得出，礦井新采區進風段、用風段以及回風段風阻占比分別為21.29%、33.98%、44.73%；礦井老采區進風段、用風段以及回風段風阻占比分別為14.52%、38.62%、49.16%；礦井新采區及老采區通風阻力分布均較為合理。從礦井通風路線百米阻力來看，新采區及老采區百米阻力均較高，其中回風大巷段阻力較大，分析主要是由于巷道風速快、局部位置巷道斷面變化明顯導致。

根據等積孔計算原則，得到新回風立井以及牛角嶺回風立井兩條通風路線等積孔、通風阻力，具體測量結果見表2 所示。

表2 兩條通風路線等積孔、通風阻力結果

依據等積孔分級評定標準以及其他相關通風技術規范要求，礦井通風風量在83.33～166.67 m3/s（5 000～10 000 m3/min）時，通風總通風阻力應在2 500 Pa 以內。現場測定結果表明，礦井新回風立井以及牛角嶺回風立井兩條通風路線通風阻力、風量等均滿足相關要求。

4 通風系統優化

綜合采用通風阻力、等積孔分段計算方法對礦井通風系統難以程度進行評價。為進一步提升礦井通風效果，依據通風系統難易程度評價結果對分配通風風量進行優化，具體結果見表3 所示。

表3 通風系統配風量優化結果

5 結論

1）對礦井新采區及老采區通風阻力進行測定，發現新采區及老采區通風阻力分布均較為合理，但是均存在回風井風阻占比高問題，主要是受回風井風速大、局部位置斷面變化影響，因此在后續生產過程中可針對性進行處理。

2）從通風系統風阻值及等級孔來看，新采區通風總風阻0.278 7 N·s2/m8、等積孔為2.25 m2，通風較為容易；老采區通風總風阻0.380 4 N·s2/m8、等積孔2.02 m2，通風較為容易。

3）整體來說礦井通風阻力分布較為合理，通風斷面大及巷道表面較為平整，新采區3502 巷（回風大巷）通風阻力偏大，主要原因是巷道內有瓦斯抽采管路并堆積部分雜物，同時局部位置巷道斷面不規則、局部通風阻力大。因此，在后續生產過程中可對巷道進行修整，并強化材料及設備，以降低通風路線風阻。