高莊煤礦通風系統優化與實踐

張 超，邱 晗，范 韜

(1.山東科技大學 礦山災害預防控制省部共建國家重點實驗室培育基地，山東 青島 266590;2.山東科技大學 礦業與安全工程學院，山東 青島 266590;3.青島保稅港區安全生產監督管理局，山東 青島 266555)

通風系統是由向井下各作業地點供給新鮮空氣、排除污濁空氣的通風網絡和通風動力及通風控制設施等構成的工程體系。礦井通風系統與井下各作業點相聯系，對礦井通風安全狀況具有全局影響，是礦井防塵、防火、防瓦斯的基礎工程。

高莊煤礦礦井于2000 年開始進行改擴建，生產能力由90 萬t/a 的全水力采煤擴大為180 萬t/a 的混合式采煤。近年來，隨著礦井生產能力的提高，礦井產量不斷提升的同時，需風量也隨之增加。但目前礦井通風系統存在著風路折返性強、通風阻力大等問題，導致礦井實際風量無法滿足生產需求，嚴重影響了礦井的安全生產及職工的健康。因此，高莊煤礦通風系統亟需進一步的改造和優化。

1 通風狀況的技術參數校核

首先針對礦井通風阻力、風機性能等基本參數進行測算校核，進而對礦井的有效風量及漏風通道進行測定分析，以此為基礎進行礦井通風系統優化方案的設計。為確保技術參數的準確性，測試地點選擇風流路線長、用風場所多、風流量大的3上510 采煤工作面。

1.1 礦井通風阻力測定

將礦井通風系統按進風段、用風段、回風段劃分后，分別進行累計計算，便可得到礦井通風系統的阻力分布情況，見表1.

表1 礦井通風阻力分布表

由表1 可知，回風段通風阻力為889 Pa，占礦井總通風阻力的49%，是礦井高阻區段，其余各井巷分配的風量大小較合理，風流較穩定，通風網絡中的通風阻力分配合理且與風量相匹配，用風地點的風量可以滿足生產要求。

1.2 礦井通風機性能測定

根據礦井通風系統優化的實際需要，測定礦井通風機在一定轉速或葉片安裝角度下實際運行的個體特性數據。由于采集的數據過多，因此，將數據整理為圖形，見圖1，圖2.

由圖1，2 分析可得出以下結論:

圖1 北臺風機試驗數據和計算結果綜合圖

圖2 南臺風機試驗數據和計算結果綜合圖

1)礦井正常通風情況下，北臺風機風量均值為142.6 m3/s，風壓均值為1 725 Pa;南臺風機風量均值為142.1 m3/s，風壓均值為1 618 Pa. 結合圖1，2 分析運行工況點位于通風機特性曲線駝峰點的右下側、單調下降的直線段上，且實際工作風壓小于通風機最大額定風壓的90%，這說明風機處于安全運行狀態。

2)礦井正常通風情況下，北臺風機的效率為66.3%，南臺風機的效率為72.66%，均大于60%.這說明通風機運行效果較好，處于經濟的運行狀態。

1.3 礦井有效風量與漏風通道的測定與分析

在掌握了礦井總進風量和實際回風量的基礎上，進行礦井有效風量的測算及漏風通道的測定分析，從而計算礦井的外部漏風率和有效風量率。礦井通風系統主要技術參數見表2.

表2 礦井通風系統主要技術參數匯總表

通過測定和計算可以看出，內部漏風量為940 m3/min，占總漏風量的76.3%. 分析其原因是礦井為中央并列式通風，系統比較復雜，通風設施多，風門、密閉不很嚴密。外部漏風量大的原因是主井提升兼回風，井塔及井塔風門漏風較大。礦井外部漏風率較大，有效風量率低，分析原因在于:礦井風硐斷面小，僅為6.9 m2，巷道阻力大，造成風硐風速超限為21 m/s.因此，必須擴大風硐斷面，降低風硐風速。

2 通風系統改造方案擬定

由參數校核可知，高莊煤礦通風系統存在的問題主要是由風硐設計不合理造成的，因此對高莊煤礦的風硐進行合理改造。

2.1 風硐改造設計

為解決風硐風速超限，須采取增大風硐斷面的方案，初步確定了3 個方案:

1)將風井主鎖口加高，新建鋼風道通過鋼架跨越原風道上部的棧橋，在風機房外側下拐與原風道相連。在加高的鎖口一側設置防爆蓋。

2)在原風道的上方新建一風道與原風道并聯，新風道底與老風道頂相鄰，新舊風道在風機房以外相連。風井鎖口相應加高，在其上部增設防爆蓋。

3)在原風硐上直接刷大斷面，達到所需斷面，重新支護完整。

2.2 方案比較

對以上3 種方案的優、缺點進行對比:

1)方案1 優點:該方案實施后，不影響該處的道路暢通。缺點:工作量大，由于采用鋼風道，投資較大、技術難度大、施工難度大、周期長，對礦井生產影響較大。

2)方案2 優點:該方案工程量小、投資少、施工方便、施工周期短，對礦井生產影響最小，將所有工程完成后再開鑿新舊風硐的連接口，可在較短的時間內完成。該方案不足之處是將道路截斷。

3)方案3 優點:能夠達到預期的效果。缺點:施工期間礦井必須全面停產，影響生產時間很長。

清除舊風硐上的浮土，用舊風硐的鋼筋混凝土的頂作底，重新用鋼筋混凝土筑建并聯風硐，新風硐寬3.4 m，高2.1 m，凈斷面為7.1 m2，新風硐一端與風井的井口房相連，另一端在舊風硐頂入口處切開2 m×2 m 的切口連接。

為保證風硐順利合茬，在風硐切口兩側留2個可進出設備和材料的小門。使用2 臺液壓混凝土切割鋸同時對兩口切割，每個岔口切割為3 塊，每塊重量約為1. 5 t，切下的水泥塊通過小門轉出，施工完畢清理結束后，兩處小門用混凝土澆筑嚴實。

3 風硐改造后效果分析

風井和風硐改造后，對井下及主扇風機有關參數進行了測定，結果見表3，表4 和表5.

表3 改造前后礦井風量漏風率測算結果表

表3 中數據說明:

1)礦井總進風量由改造前7 400 m3/min 增加為7 797 m3/min，增加風量397 m3/min.

2)風井提升設備及管道拆除，增設防爆蓋后，礦井外部漏風由原來1 066 m3/min，降減為292 m3/min，減少外部漏風774 m3/min，漏風率3.43%，符合《煤礦安全規程》要求。

表4 主扇電器有關參數變化情況表

表5 改造前后風硐有關參數變化情況表

3) 主扇排風量由原8 886 m3/min 降為8 515 m3/min，降低371 m3/min.

由表4 可以看出，風井風硐改造后，礦井負壓降低了60 Pa，主扇風機電機功率降低了18 kW，電耗每年可降低15.8 萬kWh，效果良好。

表5 中數據說明:

1)改造后風硐風速由原來的21.5 m/s 降為10.2 m/s，滿足《煤礦安全規程》不超過15 m/s 的要求，解決了風硐風速超限問題。

2)改造后風硐斷面由原6.9 m2增加為14 m2，擴大斷面1 倍以上。

3)風硐風阻值降為0.001 Ns2/m8，風硐阻力由原102 Pa 降為70 Pa，降低32 Pa.

4 結 論

通過對高莊煤礦礦井風硐的優化改造，成功解決了礦井總進風量不足，外部漏風嚴重以及風硐風速超限、風硐風阻過大等問題，提高了礦井通風系統的穩定性，保障了煤礦的安全生產。

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