多風井礦井通風系統優化改造

王志玉　高軍軍

(1.晉城煤業集團寺河煤礦；2.遼寧工程技術大學安全科學與工程學院；3.礦山熱動力災害與防治教育部重點實驗室)

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多風井礦井通風系統優化改造

王志玉1高軍軍2,3

(1.晉城煤業集團寺河煤礦；2.遼寧工程技術大學安全科學與工程學院；3.礦山熱動力災害與防治教育部重點實驗室)

摘要針對目前寺河煤礦2#井多風井礦井部分地點存在供風能力不足、阻力分布失衡等問題，基于對通風系統參數的測定分析結果及礦上后續生產工作的部署，對以上問題進行了分析及研究，提出2個切實可行的礦井通風系統改造方案，并從風量、通風阻力、經濟合理性、通風公共段阻力所占百分比及三區阻力分布5個方面進行對比分析，最終確定方案二為最優通風系統改造方案，可有效改善通風阻力分布，增大供風量，保證井下生產安全。

關鍵詞多風井礦井通風系統優化改造阻力分布

煤炭是我國重要的生產能源，隨著井工開采時間的增長和開采深度的增加，礦井生產布局和通風系統面臨越來越多的問題，通風路線加長、阻力增大、風機超負荷運行等嚴重制約著高產高效礦井的發展，因此準確掌握井下通風系統參數，以風定產，對現有通風系統進行合理優化，按采掘銜接合理布置生產格局，對煤礦中后期安全高效生產具有重要意義。

1礦井概況

寺河煤礦2#井位于寺河井田東部，礦井工業廣場位于晉城市澤州縣川底鄉和村西北部，開采面積為11.97 km2，可采煤層為9#、15#。井田基本構造形態為走向北北東、傾向北西西的單斜構造，可采煤層總厚10.6 m。煤層走向為北東向，傾向北西。煤層平緩，傾角為2°～10°，一般為5°。

礦井采用主斜+副立綜合開拓方式，核定生產能力為180萬t/a，為高瓦斯礦井，采用分區式通風方式、機械抽出式通風方法，共有6條井筒，3條進風井(主斜井、副立井、3#進風立井)，3條回風井(1#回風立井、2#回風立井、3#回風立井)。礦井總進風量為15 389 m3/min，總回風量為17 105 m3/min，總等級孔為4.05 m2。盤區主要巷道采用兩進一回三巷布置，分別為盤區軌道巷、盤區膠帶巷和專用回風巷。

2通風系統存在問題及改造必要性

礦井穩步持續正常發展，必須滿足基本風量，但隨著寺河煤礦2#井生產工作的持續，礦井通風系統越來越復雜，導致井下回風距離加長、礦井負壓增大、風量利用率降低且部分地點風量供應不足等現象出現，又由于目前礦井進、回風井較多，各風井相連巷道相互影響較大，各風井通風系統存在擾動現象，導致通風阻力增大、風量降低，同時造成風機功耗額外增加。通過建立寺河煤礦2#井解算網絡，并進行模擬，發現目前通風系統主要存在以下問題：

(1)礦井通風阻力不合理。根據實測各分區通風系統的風量和負壓可知，目前1#回風立井回風總量為2 499 m3/min，回風負壓為2 280 Pa，依據《煤礦井工開采通風技術條件》有關規定[1-2]，1#回風立井負壓超出規定阻力780 Pa；2#回風立井回風總量為5 006 m3/min，回風負壓為3 130 Pa，超出規定阻力630 Pa；3#回風立井回風總量為9 600 m3/min，回風負壓為3 130 Pa，超出規定阻力630 Pa。在目前通風條件下，3條風井總回風為17 105 m3/min，系統總阻力達8 540 Pa，超出《煤礦井工開采通風技術條件》的規定值2 040 Pa，通風系統需要優化改造。

(2)用風地點風量分配不合理。根據現場實測，1#回風立井擔負的西軌大巷主要硐室(理論需風量660 m3/min，實際供風量2 559 m3/min)和3#回風立井擔負的九七盤區(理論需風量4 995 m3/min，實際供風量5 983 m3/min)供風滿足要求外，2#回風立井擔負的十五一盤區(理論需風量4 866 m3/min，實際供風量4 216 m3/min)和3#回風立井擔負的九四東盤區(理論需風量2 110 m3/min，實際供風量1 945 m3/min)、九四西盤區(理論需風量4 888.8 m3/min，實際供風量3 827 m3/min)風量均匱乏，其中1#回風立井的風量較為過剩，可見礦井各盤區用風地點風量分布已經失衡，應采取合理調節措施對通風分區進行優化，合理分配礦井風量資源。

(3)阻力分布失衡。通過阻力測試并分析發現，寺河煤礦2#井1#回風立井用風區阻力分布偏高(53.55%)、2#回風立井進風區(36.37%)和回風區(52.39)阻力分布偏高，3#回風立井進風區(33.17%)和回風區(34.38%)阻力分布略微偏高[3]。針對1#回風系統應著重針對用風區域系統優化，針對2#、3#回風系統應著重優化整改進風區和回風區的通風系統。

3通風系統優化改造

3.1方案的提出

針對原通風系統，通過建立通風系統解算網絡，模擬風機運行狀態，決定將原三進三回通風系統改造為四進兩回通風系統，即主斜井、副立井、1#進風立井(原3#進風立井)和2#進風立井(原3#回風立井)進風，1#回風立井和2#回風立井回風。按照預期采掘生產計劃，改造后整個礦井的通風系統需風量見表1。

m3/min

根據各盤區用風地點及主要硐室需風量計算，礦井總需風量為17 250 m3/min。礦井通風系統的優化改造需盡量利用原有巷道，本著工程量低、投資少、見效快、技術經濟指標合理的原則，不僅要滿足現有通風系統需風要求，而且要兼顧礦井今后一段時期的生產部署[4-10]。因此，提出以下2種方案。

方案一：在目前通風系統下，在南回風大巷頂部增設一道調節風窗，在九三盤區回風聯絡巷與南回風大巷連接處前部增設一道永久風門。

方案二：在南回風大巷回風暗立井與九三盤區回風聯絡巷段增加一處雙向風門。

3.2方案比較

3.2.1礦井風量

從安全角度來講，礦井風機能夠提供的風量要高于礦井實際需風量才能夠滿足生產需求，對方案一、方案二進行解算網絡模擬，礦井風量見表2。

表2　礦井風量比較

從表2可以看出，方案一總回風量為19 110 m3/min，方案二總回風量為19 164 m3/min，均超過原系統總回風量17 105 m3/min和理論需風量17 250 m3/min，并且用風地點風量充足，說明改造后的礦井系統在通風能力上都滿足要求，同時，其回風量分別與礦井需風量的差值相差不大，分別為1 860和1 914 m3/min，但方案二回風量略大于方案一，故方案二優于方案一。

3.2.2礦井通風阻力及經濟合理性

對原通風系統改造后，方案一和方案二的礦井通風阻力和功耗見表3。

表3　礦井通風阻力及功耗

從表3可以看出，方案一通風阻力值超出《煤礦井工開采通風技術條件》規定值4 734 Pa，方案二超出規定值4 362 Pa，同時兩方案通風系統總阻力均超過原系統阻力值，但在風機功耗方面均比原系統低，其中方案一為469 kW，較原系統下降387.9 kW，方案二為443.1 kW，較原系統下降413.8 kW；從通風阻力差異性方面分析，方案二通風阻力差異性為7.36%，較方案一53.08%低45.72個百分點，風機運行更穩定。從礦井通風阻力的合理性、功耗和通風阻力差異系三方面來看，同等條件下方案二較方案一超出規定值較小，在滿足用風地點風量的情況下，方案二較方案一更優，風機運行更經濟有效，系統更加穩定，同時要優于原礦井通風系統。

3.2.3公共段阻力分析

公共段最大阻力占分區通風系統通風阻力百分比見表4。

表4　公共段最大阻力占分區通風系統通風阻力百分比

從表4可以看出，方案一中1#、2#回風立井分區風機主扇在聯合運轉過程中，公共通風段最大阻力為1 572 Pa，約占最小主扇負壓的39.1%，超出合理比例約9.1個百分點；方案二中1#、2#回風立井分區主扇在聯合運轉過程中，公共通風段的最大阻力為1 577 Pa，約占最小主扇的33.4%，超出合理比例約3.4個百分點，較方案一低5.7個百分點；同時2種方案均比原系統公共段阻力超出合理比例要低，優于原通風系統。因此，方案二中公共段阻力對整個礦井通風系統造成的影響較小，風機主扇在聯合運轉過程中相對更穩定，優選方案二。

3.2.4礦井三區阻力分布

按方案一和方案二對礦井通風系統進行三區阻力計算與模擬，得到三區阻力分布及其基于最小二乘法的優化判據s2[11](圖1)，s2為實際三區阻力分布比例值與三區阻力合理值離差的平方和。

圖1　方案一與方案二三區阻力分布及優化判據

圖1可以看出，方案一s2為0.271 695，方案二s2值為0.235 83，較小，其三區阻力分布與合理的三區阻力分布較為接近，較方案一相對合理，同時優于原系統(0.322 485 1)，故優選方案二。

3.3方案優選

綜合考慮礦井通風系統上述5個方面評判指標，對比結果見表5。可以看出，方案二中各項指標均優于方案一，因而確定方案二為四進兩回通風系統投運時期改造方案，即1#回風立井擔負九四西盤區和一五一盤區、15煤準備盤區通風任務，2#回風立井擔負九四東盤區、九七盤區通風任務。方案二中，通風系統部分指標不符合規定(如礦井的系統阻力偏高)，后期將提出優化方案。

4結論

(1)通過對寺河煤礦2#井通風阻力的測定，發現現有通風系統存在礦井通風阻力不合理、用風地點分配不合理和阻力分布失衡等問題，并提出2種切實可行的改造方案。

表5　通風系統改造方案指標對比

(2)根據寺河煤礦2#井的實際情況，通過系統改造，從風量、通風阻力、經濟合理性、通風公共段阻所占百分比及三區阻力分布5個方面對提出的2種方案及原方案進行對比分析，確定方案二優于方案一，也優于原系統，建議采取方案二對現有通風系統進行改造。

(3)采取方案二進行系統優化改造，系統由原來通風不足變為風量富余，但在風機穩定運行期間，方案二中有部分指標不符合規程規定，將在后期通風系統內部優化時整改。

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(收稿日期2015-12-09)

王志玉(1973—)，男，碩士，高級工程師，048019 山西省晉城市澤州縣。