煤礦礦井通風系統優化改造方案探討

李惠強

（河源市礦山救護隊，廣東 河源517000）

隨著社會經濟建設的快速發展，煤礦資源建設規模不斷擴大，礦產開采企業數量也日益增加，這對煤礦礦井的生產效率及安全性也提出了新的要求。通風系統作為煤礦礦井生產系統中的重要部分，在礦井內部提供氧氣、稀釋有害氣體和改善環境質量等方面發揮著不可替代的作用，同時也能夠防止煤礦安全事故的發生。但現在許多煤礦的礦井通風線路較長，通風阻力較大，現有的通風系統無法滿足礦井生產的需要，若煤礦技術人員不對通風系統進行合理的優化改造，不僅會降低煤礦礦井正常的生產效率，而且也可能影響到礦井內部工作人員的健康，甚至造成不可換回的損害。因此，本文重點探討了煤礦礦井通過系統的優化改造工作，希望對往后煤礦的安全生產有所幫助。

1 工程概況

某煤礦井下有兩個生產采區，分別為一采區、二采區。共布置兩個采煤工作面(二采區5206綜采工作面、一采區5103綜采工作面)，7個掘進工作面；獨立通風的硐室有中央變電所、火藥庫、一采區變電所、二采變電所、消防庫等。

2 通風系統改造前存在問題及優化設計

2.1 優化改造前礦井通風系統存在的問題

隨著礦井產能提升，礦井需要風量逐漸增加，2010年前煤礦斜井使用的BDK(Ⅲ)-6-No18型主扇(主扇額定風量1800～4080m3/min)扇葉角度調節至最大(風量3850m3/min)，達到該風機的最大供風量，礦井主扇已成為礦井生產力提升的瓶頸。通過通風阻力測定礦井存在以下問題：①回風井筒局部通風阻力過大，風量大而通風斷面小 (斷面6.8m2，長度90m)且有人車運行，影響通風阻力；②一、二采區回風巷斷面過小，礦井有效通風斷面過小、風速過大、拐彎過急過多，導致局部通風阻力非常大；③外部漏風量大，礦井的有效風量率低。

2.2 礦井通風系統優化設計改造方案

通過礦相關部門的多次討論研究，確定了煤礦的通風系統改造方案，方案分為兩個階段:①經過周密論證后，更換礦井主要通風機；②更換主扇后對風速超限巷道進行擴巷。

3 主扇選型改造及系統優化效果

3.1 主扇選型改造及通風困難時期驗算

主扇選型改造：2011年計劃原煤產量120萬t，根據生產接續安排和實際生產能力，2011年在一、二采區布置2個綜采工作面，1個備用工作面，5個綜掘工作面和3個開拓工作面(三、四采區)即可滿足產量和接續的要求，屆時所需風量經計算合計為6000m3/min。計算過程①采煤工作面。按瓦斯涌出量、工作面氣候條件、工作面工作人數計算，按風速進行驗算，綜采工作面風量取480m3/min是合理的。所以，2個綜采工作面所需風量960m3/min。1個備用工作面240m3/min。采煤工作面所需總風量1200m3/min；②掘進工作面。單個掘進工作面風量按瓦斯涌出量、局扇實際吸風量、工作面工作人數計算，按風速進行驗算，單個掘進工作面風量取360m3/min在合理的范圍內，掘進工作面所需總風量2880m3/min；③硐室。中央變電所120m3/min；二采區變電所90m3/min，一采區變電所 90m3/min，火藥庫 100m3/min；消防庫 60m3/min，315移變60m3/min，硐室合計需520m3/min；④其它用風地點經計算需配風量400m3/min。以上用風地點合計需要風量為5000m3/min，若配風比按1.2計算，則礦井風量為6000m3/min。6000m3/min＞3850m3/min。

從以上的計算可以看出，礦井生產所需總風量為6000m3/min，大于BDK(Ⅲ)-6-No18主扇的最大排風量3850m3/min，原主扇已不能滿足年120萬t原煤產量的需要，必須更換主扇；同時根據生產接續安排，未來5～6年內，采掘工作面主要集中在一、二采區。通風困難時期為：二采區布置一個綜采工作面，一個備用工作面，一采區布置一個綜采工作面，+403軌道巷掘至1600m處時，二采區的5218工作面通風距離最長，為通風阻力最大時，因此礦井通風阻力以二采區5218工作面為通風最困難時期計算進行主扇選型（按現井巷實際情況計算），阻力最大的風路為:副斜井→二采區軌道巷→5218進風巷→5218工作面→5218回風巷→二采區回風巷→輔助回風巷→回風斜井。應分別計算出各段井巷的通風阻力，然后累加得出這個時期的井巷通風阻力，經計算合計為2321Pa。

根據計算，生產期間主扇工況點應按(100、2600)點選擇，主扇功率應＞410kW。此時，礦井等積孔2.33m2。按此參數，考慮一定富余量，選擇FBCDZNo24/54型風機(額定風量:4320～9600m3/min)及YBFe450S-8配套電機(2×250kW)。

主扇選型后通風困難時期驗算:①開采三、四采區時采取兩條大巷進風，一條回風巷回風的通風方式(不建回風立井)，進風大巷凈斷面13.1m2，回風巷凈斷面10.06m2，回風斜井凈斷面擴至10.6m2。通風容易時期為兩種情況:即三采區布置一個綜采工作面，一個備用工作面，一采區布置一個綜采工作面；三采區布置一個綜采工作面，一個備用工作面，四采區布置一個綜采工作面。以上兩種布置方式，通風距離相對較短，為此時的通風容易時期；②通風困難時期為，三采區布置一個綜采工作面，一個備用工作面，四采區布置一個綜采工作面(或一采區布置一個綜采工作面)，其中回采三采區最遠的5318工作面(暫定名)時，為通風阻力最大時，因此礦井通風阻力以三采區5318工作面為此時的通風最困難時期；阻力最大的線路為副斜井→二采區軌道巷→+403大巷→三采區軌道巷→5318進風巷→5318工作面→5318回風巷→三采區回風巷→三、四采區回風巷→回風斜井。分別計算出各段井巷的通風阻力，然后累加得出這個時期的井巷通風阻力為2319.08Pa，小于2940Pa規定，所以，開采三、四采區時，不建回風立井，開采一、二采區時所選的主扇可以滿足開采三、四采區的要求。

2010年風機更換完成后，2010～2012年對主要回風巷道一采區回風巷(250m)、二采區回風巷(150m)回風井筒(90m)進行了擴巷。

3.2 系統優化改造后的通風效果

礦井更換主扇后扇葉角度:Ⅰ級49°Ⅱ級41°，主扇排風量:4950m3/min（額定風量:4320～9600m3/min），電機運行頻率:42Hz(額定頻率 50Hz)，礦井負壓：2.01kPa，可以滿足年產120萬t要求。主扇采用變頻控制，在使用中通過調節供電頻率即可實現改變主扇風量的目的，不再使用調節扇葉角度的方法，節省了大量人力。主扇附帶剎車功能，在礦井需要反風時，節約反風時間的同時保障了礦井安全。礦井一采區回風巷擴巷前斷面7.4m2，巷道風速5.2m/s，擴巷后斷面 11.4m2，風速 3.3m/s，在滿足礦井需風量的基礎上，巷道風速下降1.7m/s；礦井二采區回風巷擴巷前斷面6.4m2，巷道風速5.7m/s，擴巷后斷面11.4m2，風速3.2m/s，在滿足礦井需風量的基礎上，巷道風速下降1.4m/s；回風井筒擴巷前斷面6.8m2，巷道風速 6.4m/s，擴巷后斷面 11.4m2，風速 4.2m/s，在滿足礦井需風量的基礎上，巷道風速下降1.5m/s，同時減小了礦井通風阻力，提高了通風機工作效率。

4 結論

綜上所述，通風系統的運行質量對礦井的生產有著重要的影響。因此，煤礦企業應重視通風系統的優化改造工作，確保煤礦的生產效率。本工程通過礦井通風系統優化改造后，減小了通風阻力，提高了主扇的運行效率，并且投運變頻器后轉速降低，軸承的機械損耗少，設備的維護工作量大大減少，經濟效益較為明顯。

［1］佘鈺.礦井通風系統優化方案分析[J].科技與企業,2012(22).

［2］段倉熊,介小文,李伯平.徐家溝煤礦通風系統優化改造方案分析[J].價值工程,2013(25).