煤礦礦井通風降阻方案論證研究

韓院生

（潞安環能股份公司王莊煤礦，山西 長治 046031）

0 引 言

礦井通風阻力對煤礦通風系統具有重要意義,通風系統用以將新鮮風流輸送到井下需風點，稀釋井下的有毒有害氣體以及粉塵的濃度，最大限度的保障井下安全，通風系統穩定運行時安全生產的重中之重[1]。

對肖家洼煤礦通風系統參數普查和通風阻力測試，通風阻力測定采用了以傾斜壓差計法為主、精密氣壓計的基點法為輔的混合測試方法。建立肖家洼礦井通風智能分析系統，將礦井三維通風網絡模型與礦井通風網絡計算分析有效的結合起來，全面掌握礦井通風壓能參數和通風系統阻力分布，以輔助通風和生產決策更好的協調礦井生產和開拓，確保礦井通風系統的最優化和安全穩定可靠運行，創造更好的經濟和社會效益[2-4]。

1 礦井概況

肖家洼煤礦采用混合式開拓，現有主斜井、副斜井、回風斜井、進風斜井和回風立井5 個已建成的井筒。礦井實現了分區通風，8 號煤層和13 號煤層形成了獨立通風系統，回風斜井風機負擔11、12 采區，回風立井風機負擔21、22 采區的通風任務。礦井通風方式方法為混合式通風，通風方法為機械抽出式，回風立井主要通風機型號：FBCDZ-8-No30/2×800，回風斜井主要通風機的型號：FBCDZ-10-No34/2×450。

2 煤礦測定結果及數據仿真

2.1 礦井風量測量結果

礦井風量是礦井通風系統的主要組成部分，也是肖家洼煤礦建立礦井智能分析系統的必要數據，故在此次對所有主要巷道的風量進行檢測，其風井的結果見表1。當前肖家灣煤礦礦井有效風量為245.61 m3/s，礦井總進風量為276.70 m3/s，用風量占總風量比例計算即有效風量率為245.61/276.70×100%=88.76%，滿足一般煤礦的有效風量率。

表1 風井風量匯總表

2.2 通風系統仿真

根據測試各回風井最大阻力路線，其測量結果及其三區通風阻力百分比見表2 和圖1。整體分析，到目前為止該礦通風阻力分布較合理，除個別地段外，沒有出現明顯的高阻力段。因其用風區風量大、路線較長，致使回風區阻力和進風區阻力占比較大。

圖1 三區分布比例

表2 三區阻力大小

等積孔計算公式：

式中：A為礦井等積孔，m2；Q為風井總回風量，m3/s；h為礦井通風阻力，Pa。

由公式（1）計算回風立井和回風斜井2 條測定路線的等積孔分別為4.47、2.57 m2。依據《礦井通風難易程度的分級標準》可判定肖家洼煤礦礦井通風難易程度為容易。

本次通風仿真采用的礦井通風智能分析系統（簡稱VentAnaly）是由煤炭科學研究總院自主開發的通風安全管理分析系統軟件進行仿真模擬。系統建立礦井三維通風網絡模型，通過實測參數建立數據庫，可實現通風系統的數字化和科學化，然后通過一定的算法對風網數據進行處理、解算，使通風網絡復雜的計算分析變得可視化、簡單化和快捷化[5-6]。以肖家灣煤礦實際通風系統為基礎，此次實際測量的通風參數與巷道的實測值、仿真計算值對比，主要巷道計算與實測誤差：相對誤差均不足5%，而對于測試的個別巷道相對誤差大，但是絕對誤差很小，且多為聯絡巷，其仿真結果可以滿足生產需要。

2.3 通風系統測定分析

根據測定數據與結果分析可以發現目前礦井通風系統存在如下主要問題：

1）21 采區回風上山設有通風調節設施，如圖2所示。21 采區回風上山為主要回風通道，在主要回風通道安裝風門對整個采區并不能便捷、準確的調控各個綜采工作面通風情況，對22 采區的回風系統也有不利因素，增大回風通道的阻力，造成資源的浪費，故應拆除21 采區回風上山的通風設施。

圖2 21 采區回風上山通風設施

2）22 采區輔運下山底部設置有調節風門，調節風門安裝在+500 進風石門掘進風機前，22 采區輔運下山為主要采區巷道，不應設置通風調節設施，對22 采區安全生產以及+500 進風石門的掘進通風存在一定的安全隱患。

3）根據通風阻力測定結果，其回風斜井負壓偏大。風立井回風量為6 707 m3/min，阻力達到了2 686 Pa，根據“煤礦井工開采通風技術條件AQ1028-2006”規定，風量在5 000～10 000 m3/min時負壓應小于2 500 Pa 的標準。回風斜井阻力累加如圖3 所示，需對回風斜井路線進行降阻優化。

圖3 回風斜井通風阻力累加圖

3 礦井通風系統降阻優化改造研究

3.1 22 采區輔運下山通風調節設施改造

22 采區輔運下山底部的+500 處設置有調節風門，并且現設置在+500 井底車場進風石門掘進的局部通風機前。主要采區準備巷道不應設置通風調節設施，局部通風機一般應設置在全風壓巷道，該通風設施不利于22 采區輔運下山和+500 石門掘進新鮮風流的輸送。該通風設施主要功能是調控22 采區輔運下山的通風系統，以及阻礙+500 進風石門掘進時產生的污風發生逆流，由此不拆除調節風門，根據實際通風情況和軟件仿真模擬的結論進行分析，考慮變更調節風門的布置位置。

根據VentAnaly 模擬的壓能結果，其壓能分析現狀如圖4 所示。目前在其+500 井底車場的22 采區回風下山末端和22 采區膠運下山末端壓能比較接近，拆除該處通風調節設施后，風流不穩定，+500 井底車場易出現風流逆轉現象，故只能更換該調節風門的位置不能拆除該風門。

圖4 仿真壓能分析圖

綜上所述，拆除22 采區輔運下山底部+500 處調節風門，在+500 井底車場的22 采區輔運下山與回風下山聯巷處設置新風門。調節風門的位置調整如圖5 所示。既保證+500 進風石門掘進面的安全通風，又能防止+500 井底車場發生逆流的安全事故。

圖5 通風位置改造設計圖

3.2 11 采區降阻方案

結合煤礦通風系統以及該礦實際情況，軟件模擬的回風斜井負壓為2 692 Pa，風量約為6 840 m3/min，并且為進一步增加12 采區的通風能力，考慮減小回風系統的阻力，實施降阻工程，增加風量，實現節能減排。根據實際測試和仿真系統模擬，綜合分析回風斜井三區分布比率，回風斜井路線的阻力主要消耗在回風區間的11 采區回風下山，該區段消耗阻力達到約1 223 Pa，所占比率為45%。在11 采區回風下山段進行采區降阻措施是回風斜井阻力路線降阻優化的主要地點。

1）方案一的主要方案是擴大11 采區回風下山段的斷面面積，減下該段巷道通風阻力系數，由此減少該巷道通風阻力。11 采區回風下山是阻力主要消耗區段，主要措施將11 采區回風斷面面積由目前的16.52 m2（包含瓦斯管路）擴大到21.24 m2，斷面積擴大約4.5 m2，其巷道施工總長度約1 475 m。

實施方案一以后，通過仿真系統結果見圖6。回風斜井最大阻力路線的總阻力由2 686 Pa 降低到約2 200 Pa，其風量基本保持不變。該方法可以滿足風井路線降阻要求，巷道擴大斷面面積較大、巷道距離較長，致使該方案的施工量大，方案完成周期較長。

圖6 方案一仿真結果對比圖方案二

2）方案二主要措施是將11 采區膠運上山由進風巷道改造為回風巷道，11 采區由原來的兩進一回的通風方式變為一進兩回，11 采區膠運上山變為回風巷道將分擔11 采區回風上山回風風量，緩解11采區回風上山通風阻力。

方案二的主要目的是將11 采區回風上山和11采區膠運上山都作為回風巷道，但在11 采區膠運上山和11 采區輔運山上之間有3 處聯巷，實施方案二需要在每處聯巷新建1 個風門，共需要新建3 個風門，防止11 采區輔運上山的新鮮風流與回風巷道直接串聯。同時拆除11 采區膠運上山與11 采區回風上山聯巷的2 處風門。通風設施改造設計見圖7。

圖7 通風位置改造設計圖

方案實施后通過仿真系統結果分析，回風斜井通風阻力由2 692 Pa 降低到2 430 Pa，風量由6 840 m3/min 增加到約7 560 m3/min，增加了約700 m3/min風量。如果風量維持目前約6 840 m3/min 不變，總阻力降低為2 130 Pa，其回風斜井通風阻力模擬結果與回風立井通風阻力基本保持一致。方案二可以滿足增風降阻要求，保持現礦井需風量可以大幅度降低回風斜井通風阻力；也可為以后擴大生產需增加風量時提供可靠的依據。總體分析，該方案對礦井現在以及未來實際的安全生產有合理的可操作性和可控性，可以達到降低通風阻力節能減排的目標，而且回風井的風機不需要進行調節，方案二保持風量不變的的仿真結果見圖8。與方案一相比，方案二工程量小，易于施工，可操作性強，工期短等優勢。

圖8 方案二仿真結果圖

4 結 語

綜上所述，為保障礦井安全與可持續發展，參考本次肖家洼煤礦通風阻力測定的結果，縱觀全礦的通風設施布置和通風系統現狀，發現通風系統中2 處不合理的通風設施，針對其通風設施進行重新布置，進一步提高通風系統的可靠性。該礦回風斜井通風阻力偏大并進行降阻優化，對其降阻優化提出2 個可行性方案，方案的主要目的均是減少11 采區回風上山的通風阻力，對比分析2 個方案中風機工況點、效率及經濟性等因素進行優選，方案二的優勢較為明顯，也更有益于本礦未來的安全生產。

此次通風阻力測定為肖家洼煤礦后續開采優化、通風智能化發展奠定基礎。本文通過礦井風量、通風阻力測算和軟件仿真，對肖家洼煤礦通風系統優化調整，確保了肖家洼煤礦通風系統安全、穩定的運行。并針對該礦現狀提出了相對應的技術措施，降低通風耗費提高經濟效益的同時，又為該礦后續安全生產提供了有力保障。