礦井通風系統優化及主扇改造技術研究

＊馮 超

（1.山西環保能源開發股份有限公司 山西 046000 2.山西潞安化工集團五陽煤礦 山西 046000）

引言

礦井通風系統為礦井建設生產中的重要組成部分，隨著采掘銜接向深部開采，通風系統路線變長，通風阻力加大，通風系統優化改造是保證礦井通風系統科學化管理的重要手段之一，通風系統優化將對通風系統現況下存在的問題進行改造升級，最終達到降阻優化并提供通風系統通風能力的結果。

1.礦井西風井通風系統概況及原主扇性能概述

礦井西風井通風系統概況：XX礦目前核定生產能力為400萬噸/年，礦井通風系統為多風井系統，采用混合式通風方式。回風井有三個，分別為南風井、北風井和西風井，通風方法均為抽出式；進風井四個，分別為主斜井、副井1、副井2和南進風井。西風井主扇擔負區域為二采區和五采區，未來二采區和五采區將布置七個回采工作面，分別為519工作面、520工作面、521工作面、522工作面、202工作面、206工作面和208工作面。

西風井主扇概述：西風井安裝兩臺2K60-4№28型軸流式風機，承擔著為二采區、五采區的生產供風任務，主扇安裝葉片角度為36°，工況為：風壓為2940Pa，主扇排風量為7200m3/min。

2.西風井通風阻力分布分析

西風井擔負區域二采區路線和五采區路線通風阻力分布情況見圖1。

圖1 通風阻力分布圖

由圖1可知，回風區阻力偏高，阻力分布不合理。主要原因是由于回風區巷道斷面較小。建議對二采區回風區、五采區回風區和西風井總回風區進行降阻優化。

3.西風井通風系統改造方案

(1)方案內容

3#軌道巷改為進風，5#進風巷調整為西風井回風巷，開掘二采區總回風巷，對西風井1#總回風巷和2#軌道巷進行擴斷面改造，二采區回風經由二采區總回風巷、2#軌道巷、西風井總回風巷回至西風井。

(2)工程量匯總

①新開掘的二采區總回風巷斷面按20m2錨網支護考慮；

②2#軌道巷擴斷面至20m2（二采區回風），錨網支護；

③1#總回風巷均擴斷面至20m2，錨網支護；

④五采區施工一條回風大巷，斷面16m2，錨網支護；

⑤建議將原西進風井改造為西風井并聯回風井來解決回風井風速超限問題。

4.西風井通風困難時期通風系統預測研究

西風井通風系統改造升級后，應盡可能考慮礦井可能存在的通風困難程度。根據二采區和五采區的開采范圍及兩者可能存在的時間關系，把西風井服務范圍劃分為以下三個假定的情況：

一是五采區正常回采，期間二采區備用，均配備掘進銜接工作面；

二是五采區和二采區共同回采，均配備掘進銜接工作面；

三是五采區回采結束，采區封閉，二采區回采。

(1)五采區正常回采，二采區備用通風系統預測分析

預測在五采區通風困難時期，521工作面回采，522工作面兩順槽掘進，在五采區正頭考慮1000m3/min的不可預見風量（含備用或回收工作面風量），同時考慮一個采區變電所和一個材料硐室。

五采區通風系統依據五采區設計及五采區通風系統改造方案（施工專用回風巷回風）。

根據五采區通風系統預測，進行礦井通風網絡模擬解算，主要結果見表1。

表1 礦井通風網絡模擬解算

此階段，存在的主要問題是1#回風巷和西風井井筒風速超限，其中1#回風巷風速達8.8m/s，西風井井筒風速達到18.3m/s。

(2)五采區和二采區共同回采通風系統預測分析

如果五采區工作面已經貫通形成系統，同時東周村搬遷在短時間內完成，則二采區工作面可具備回采條件，即與五采區存在同時回采的可能性。

根據上述假設，進行二采區與五采區工作面同時回采的可能性分析（僅從通風系統角度分析）。

目前，在二采區通風系統是由西進風井或南大巷通過3#皮帶巷進風，經過3#軌道巷/皮帶巷，通過二采區總回風巷（新掘）、1#回風巷和2#回風巷回至西風井，二采區回風與六采區回風通過六采區回風巷南端分區設施分開。

根據上述系統預測，進行兩采區同時生產時的通風網絡預測解算，主要結果見表2。

表2 回采通風系統預測分析

此階段，存在的主要問題與前述相同，1#回風巷和西風井井筒風速超限，其中1#回風巷風速達9.8m/s，西風井井筒風速達到20.3m/s。

(3)五采區回采結束，采區封閉，二采區回采預測分析

從礦井底板等高線來看，二采區往西煤層埋深逐漸加深，參考臨近601工作面瓦斯涌出量，煤層埋深，瓦斯含量逐漸加大，故推測二采區等工作面瓦斯涌出量會有增大趨勢，在這種情況下，這幾個工作面回采時配風量應參考601工作面配風，配風量應不低于2000m3/min，而從解算結果來看，在西風井主扇負壓達到3920Pa時，524回采工作面風量只能達到1000m3/min，達不到需風要求，需要進行通風系統改造。

在東周村搬遷完成后，二采區回采工作面可具備生產條件，屆時，二采區通風系統已經完成改造升級。

表3 回采區預測分析表

由上述解算結果可知，二采區系統改造后（各增加一條進、回風巷的情況下），二采區困難時期二采區布置“一采一備兩掘進”情況下，回采工作面風量能達到1865m3/min。此時，1#回風巷風速為8.7m/s，西風井筒風速為17.9m/s。

5.西風井主扇改造方案

上述預測建立在東周村搬遷的假設基礎之上。如果假設成立，根據上述通風系統預測，現主扇滿足不了二采區正常生產時的排風能力需求，需要進行主扇改造和采區通風系統改造。

西風井通風系統改造升級后，應盡可能考慮礦井可能存在的通風困難程度。根據五采區和二采區的開采范按照上述分階段用風點布置時，通過網絡解算分析各時期主扇運行工況預測見圖2。

圖2 各時期主扇運行工況預測圖

西風井主扇型號為2K60-4№28型，由于服務時間較長的原因，設備存在電機發熱、配件難購等問題，如果對現有風機進行改造困難較大。根據以上不同階段困難時期對西風井進行選型參數預測。確定AGF606-2.8-1.8-2型軸流式風機，配套電機功率1250kW×2，并配套變頻調速裝置。詳見圖3新主扇性能曲線圖。

圖3 新主扇性能曲線圖

圖3中黑色曲線為新主扇性能曲線，a曲線為現西風井主扇性能曲線，①②③點為上述各時期滿足生產用風時的預測工況點，④點為現況下西風井主扇工況點。

從西風井新主扇性能曲線來看，性能曲線范圍滿足五采區及二采區正常生產時的工況需求。

6.結束語

（1）通過以上對比分析，西風井主扇改造后，配合井下通風系統改造，可以基本滿足五采區及二采區生產用風需求。

（2）由于二采區通風距離長，通風困難，二采區通風路線必須改造。對于1#回風巷和西風井井筒超速的問題，必須進行改造降阻，同時通過加強二采區內部漏風管理，減少無效風量。

（3）單個主扇擔負多采區通風任務時，主扇匹選型分析應結合礦井實際生產情況，確定未來通風困難時期，如果選擇的困難時期不合理，將導致未來開采接替期間主扇風量不足，最終導致采掘失衡。

（4）本次研究充分考慮XX礦未來西風井擔負區域各采區可能出現的采掘變化情況內，通過與原主扇的匹配性分析，確定原主扇性能無法滿足未來全礦井通風需求；并根據本次研究結果確定了XX礦西風井新主扇型號，為西風井主扇改造提供了理論依據。