莒山礦通風阻力測定及優化研究

崔李偉

（山西蘭花集團莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048002）

0 引言

煤礦的開采過程中礦井通風系統安全高效運行十分重要。在礦井建井初期，通風系統總體上在安全、經濟的狀態下運行[1-2]。隨著礦井開采的不斷進行，煤礦井下通風線路由于巷道變動及斷面變化、通風面積發生變化，礦井整體通風系統的運行狀況會逐漸變差。礦井通風系統不能夠高效穩定運行后，會對礦井的供風能力造成一定影響，同時主要通風機的運行效率也會大幅度降低，整體上提高了煤礦的運行成本[3-5]。我國煤礦中《規程》明確規定：新建立的礦井投產前必須進行1次礦井通風阻力測定，以后每間隔3年至少進行1次。同時礦井系統做出重大改變時，如轉入新水平生產或改變一翼通風系統后，也需要重新進行礦井通風阻力測定[6-8]。

通過全礦井通風阻力的測定，能夠達到以下目的[9-11]：

1）可以提供緊密結合礦井實際情況的井巷通風阻力系數及通風阻力值，使全礦井通風設計與計算更加切合實際。

2）精確了解通風系統中各個分段阻力分布情況，及時發現通風阻力較大的區段和地點。

3）能夠為礦井通風自動化及礦井的通風系統優化和改造提供基礎的數據等。

1 礦井概況

山西蘭花集團莒山煤礦有限公司井田位于晉城市東北部約18 km處，澤州縣巴公鎮三家店村附近，井田大部劃屬巴公鎮管轄，井田東北部跨入高平市河西鎮轄區。

本區屬系黃河流域-沁河水系丹河支流，其水量受季節性影響較大，總的流向自西北至東南，河床平緩，雨季沿沖溝多有泉水溢出流入丹河支流一般流量250 m3/s。

3號煤層采用中央分列式通風方式，機械抽出式通風方法。回風井口安裝有2臺FBCDZ-6-NO22型軸流式通風機總回風量5 441 m3/min，礦井負壓為3 210 Pa。

礦井下組煤采用中央分列式通風方式。回風立井井口安裝有2臺FBCDZ-8-NO.23型軸流式通風機，總回風量3 833 m3/min礦井負壓為300 Pa。

2 通風阻力測定

2.1 測定路線的確定

根據莒山煤礦通風系統的具體情況及項目研究需要，針對礦井2個回風井擔負的系統選擇了2條主測路線、4條輔測路線及其他主要巷道線路，主要測定路線為：

1）主測路線1（3號煤風井擔負系統）：3號煤主斜井→運輸大巷→F109聯絡巷→一采區運輸巷→F1101開拓探巷→一采區運輸巷→北翼運輸巷→1161巷→116備用面→1162聯絡巷→北翼回風巷→一采區回風巷→復一回風→復采聯絡巷→1號總回風巷→1、2號總回風巷→總回風巷→3號回風立井。

2）主測路線2（下組煤風井擔負系統）：9號煤副斜井→9號煤甩車場→9號煤軌道大巷→2號聯絡巷→9201切眼→9201回風順槽→9號煤回風大巷）→回風立井。

2.2 測定方法與儀器儀表

本次通風阻力測定采用基點法，利用一臺精密氣壓計放在井口地面處，另外一臺同型號的精密氣壓計在井下確定的測定路線上風路中的測點進行測定靜壓的方法，需要測定各個溫度和濕度、測點風速，依次序測完系統內選定的線路，記錄數據，出井后進行數據處理。

該方法測定所用的儀器儀表有：DHM-2型通風干濕表3臺，BJ-1型精密氣壓計3臺，風表4塊，秒表2塊，皮尺2個。

2.3 結果分析

礦井通風阻力結果沿程分布狀況如圖1、2所示。礦井三段（進風段、用風段、回風段）通風阻力的百分比情況見表1。

圖1 莒山煤礦通風阻力沿程分布狀況圖（3號煤風井擔負系統）

圖2 莒山煤礦通風阻力沿程分布狀況圖（下組煤風井擔負系統）

表1 礦井通風三段阻力分布情況

從圖1、2和表1可看出莒山煤礦3號煤風機擔負系統通風總阻力為3 197.1 Pa，進風段、用風段、回風段的阻力占比分別為：20.5 %、13.5 %、66.0 %。整體上回風段通風阻力所占比例偏高，主要是由于回風路線長且斷面較小所致；下組煤風機擔負系統通風總阻力為301 Pa，進風段、用風段、回風段的阻力占比分別為：12.8 %、58.4 %、28.8 %。總體上三段通風阻力分布合理。

3號煤風機擔負系統通風阻力偏高，其主要原因是系統通風路線較長，巷道為老巷道斷面普遍較小，其中一采區運輸巷、一采區回風巷、復一回風巷1號總回風巷、1、2號總回風巷、行人巷、二采區輔助回風巷為高阻力段。

3 莒山煤礦通風系統優化改造研究

3.1 莒山煤礦通風系統優化改造的必要性

莒山煤礦目前主采煤層為3、9號煤層，3號煤風機擔負系統負壓較高、風量緊張、漏風嚴重，根據礦方采掘部署，后期3號煤通風路線更長，預計風量更緊張，急需進行系統優化改造。

3.2 莒山煤礦測定數據驗證

依據礦井通風系統繪制出通風網路圖，根據2021年9月礦井通風阻力測定結果，構建現有系統網絡解算數據庫。

根據通風網絡、各分支風阻值和目前運行主要通風機的特性曲線，實際測定風量與通過網絡解算得到的通風機運行工況的風量與對比見表2。

表2 莒山煤礦主要通風機運行工況表

由表2可以看出，兩者整體吻合度較高，解算結果的相對誤差均小于7 %，從而表明：通風網路中各分支的風阻值的測算結果是可靠的，能夠滿足網路分析的要求，可作為礦井通風系統優化、改造和管理的依據。

3.3 莒山煤礦3號煤通風系統優化改造

3.3.1 通風系統分析及優化改造方案提出

3號煤層采用中央分列式通風方式，布置有副斜井、主斜井及回風立井3個井筒，其中主斜井、副斜井進風，回風立井回風。回風立井安裝FBCDZ-6-NO22型軸流式通風機1臺，總進風量4 188 m3/min，總回風量5 441 m3/min，礦井負壓為3 210 Pa。3號煤層布置一、二 共2個采區，其中二采區通風路線相對較短，供風相對容易，而一采區通風路線大折返距離較遠（4 593.9 m），巷道斷面小風阻大，導致通風阻力大、風量緊張，此外漏風較大也是風量緊張的原因之一，后期采區末端還要布置采掘頭面，屆時風量更加緊張。因此，3號煤通風系統需要優化改造。

從3號系統通風阻力分布可知，回風段路線較長（2 461 m），占總路線長的53.6 %，阻力較大（2 110 Pa），占總阻力的66 %，故系統降阻的重點在回風段，綜合考慮到系統漏風的影響，提出以下2個系統優化改造方案：

方案一：在一采區末端做一條專用回風巷至1號總回風巷，斷面13 m2，長約1 160 m，見圖4。

圖4 一采區新專回示意圖

方案二：在3號煤總回風巷高阻力段巷道進行刷巷降阻。

3.3.2 通風系統優化改造方案實施效果

方案一：可以降低一采區回風巷至1號總回風巷的阻力，該段累計通風阻力為770 Pa左右，方案一實施難度較大，新作一采區專用回風巷周圍均為采空區，巷道掘進及維護非常困難，且工程量大。方案二考慮到一采區和二采區為兩大并聯路線，建議在1號總回風巷實施刷巷降阻，該段累計通風阻力為992 Pa，斷面刷大至9.75 m2。

方案二：根據建立的通風數據庫，結合目前采掘部署，3號副斜井和9號主斜井之間管子道聯絡巷貫通（控制風量300 m3/min），一采區117工作面已回采結束封閉，二采區新增F2052巷掘進面，建立的當前系統的數據庫，掘進工作面按需風量固定風量。方案二實施后，刷巷巷道風阻情況見表3所示。結合方案二實施后各巷道風阻值，更新當前系統的數據庫，掘進工作面按需風量進行掛網固定風量，解算方案二實施實施后各個風機工況見表4所示。

表3 刷巷后巷道風阻情況

表4 莒山煤礦主要通風機運行工況表

由解算結果可以看出，方案二實施后可將3號風井風機負壓降低至2 696 Pa，一采區風量也有所增加。

4 結論

1）莒山煤礦3號煤風機擔負系統通風總阻力為3 197.1 Pa，進風段、用風段、回風段的阻力占比分別為：20.5 %、13.5 %、66 %。整體上回風段通風阻力所占比例偏高，主要是由于回風路線長且斷面較小所致；下組煤風機擔負系統通風總阻力為301 Pa，進風段、用風段、回風段的阻力占比分別為：12.8 %、58.4%、28.8%。總體上三段通風阻力分布合理。建議礦方及時對關鍵高阻力段刷巷降阻，對漏風地點進行噴漿封堵。

2）針對3號煤系統阻力大的問題提出了2個系統優化改造方案：①在一采區末端做一條專用回風巷至1號總回風巷，斷面13 m2，長約1 160 m；②在3號煤總回風巷高阻力段巷道進行刷巷降阻。分析后建議采用方案二，方案二實施后可將3號風井風機負壓降低至2 696 Pa，一采區風量也有所增加。