礦井通風系統優化改造研究

[摘 要]結合井下實際情況，分析了制約通風能力的主要問題，并針對性地提出通風系統的改造優化措施，經優化改造后取得較好的效果，滿足了礦井安全高效生產的需要，為其他礦井通風改造工作提供了合理、經濟、科學的借鑒技術經驗。

[關鍵詞]礦井；通風系統；優化；改造

中圖分類號：TD725 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）05-0162-01

1 礦井概況

某煤礦原設計生產能力為90萬t，經改擴建后年生產能力達到了120萬t。礦井井田共共含煤23層，目前主采煤層為1號和2號煤層。受井田開拓條件及巷道布置因素影響，礦井通風方式采用中央并列式與中央邊界式混合通風系統、抽出式通風。礦井原總進風量3000m3/min，總回風量3100m3/min，等級孔I.8m2。井田中央的工業廣場內布置3個井筒，即主井、副井、中央風井；在井田西部邊界布置一個井筒為西風井。礦井的主、副井進風，中央風井及西風井回風。

隨著礦井向深部延伸，煤層瓦斯含量和地溫也隨之變大，導致礦井瓦斯涌出量增加與工作環境溫度升高，加之生產能力提升使設備機械化程度加大，礦井需用風量大幅增加，礦井原有通風系統捉襟見肘，供風能力嚴重不足，極大地制約了礦井的安全及正常生產，因此對礦井通風系統進行優化改造工作迫在眉睫。

2 通風系統存在問題及優化改造的必要性

隨著礦井向深部開拓延伸，煤層瓦斯含量及地溫隨之增高，使得礦井瓦斯涌出量進一步變大，采掘工作面內溫度逐漸增高，井下工作環境日趨惡化，需增加更多風量來排放瓦斯和給各采掘工作面降溫；另外，礦井改擴建后生產能力提升與采掘設備機械化程度越來越高，各采掘工作面需用風量大幅增加，礦井對通風能力需求增強，但本礦井通風路線比較長，回風系統原有主要巷道斷面小且巷道變形嚴重，通風阻力太大，受原有主風機機械能力所限制等因素，原有通風系統能力有限，與礦井安全生產的通風需求能力形成對立矛盾。為解決這一對立矛盾，對礦井原有通風系統的通風參數進行了全面測定，根據測定結果結合礦井巷道情況進行綜合分析，認為礦井原有通風系統主要存在以下幾個主要問題和制約因素。

（1）礦井主要風巷距離較長，巷道斷面小、變形嚴重，導致通風阻力變大。本礦井主要回風巷道較長，四采區的主要回風道通風距離1600m，六采區的北總回風巷通風距離2000m。礦井原有主要回風道巷道斷面較小，多在6-10m2之間，加之因礦井地壓比較大，采用工字鋼支護的巷道多數遭受破壞、嚴重變形，參差不齊的巷道斷面導致礦井通風阻力變大。在以往進行的礦井通風系統參數的測定工作中，四采區回風道通風阻力測定結果為l980Pa，占中央風井通風系統總阻力的70.7%；六采區的北總回風巷阻力達2300Pa，占西風井通風系統總阻力的74.19%。兩條巷道的通風阻力所占礦井通風總阻力的比重都非常大，據此數據分析得出，由于受主要回風道供風距離長、摩擦阻力大、局部阻力高，加上巷道變形等因素所影響，造成回風系統總通風阻力比較大，嚴重制約了礦井的通風效率。必須對巷道迸行斷面擴大或維修來增加風流通過面積，減小通風阻力。

（2）隨著礦井生產能力變化及機械化程度提高，礦井生產用風量大幅增加。礦井改擴建前，掘進巷道設計斷面為8m2，改擴建后巷道斷面增加到12m2左右，礦井開拓深度增加使煤層瓦斯含量增大，掘進時瓦斯涌出量大幅升高；另外改擴建后采掘機械化程度加深，掘進速度有所提高，也導致需風量增大。為保證掘進面的正常用風，每個掘進工作面掘進時所需配用風量由原來的200-280m3/min增加到500m3/min；同理回采工作面也因設計產量變大瓦斯涌出量有所升高，需要更多進風量來稀釋瓦斯，每個回采工作面需配用風量由600-800m3/min增大到l500m3/min左右。此外，隨著礦井開拓深度增加地溫的升高，井下工作環境的溫度也逐漸變高，為降低采掘工作面溫度，改善工作環境，也需要更多的新鮮風流來降溫。經計算，目前整個礦井總需配風量要達到8000m3/min以上才能保證礦井安全生產用風。

（3）主要通風設備陳舊、能力和效率比較低。隨著時間的推移，風機機械性能不斷下降，在之前進行的風機性能測試中，中央風井主要通風機有效率為68%、西風井主要通風機有效率僅為45.6%。隨著礦井總需風量的大幅增加，原有主風機已經不能滿足礦井安全生產用風要求，必須進行升級或更換。

（4）受小煤窯非法采動破壞影響，礦井漏風嚴重。該礦周邊存在多個小煤窯，受小煤窯非法采動影響，現在西風井井筒多處變形，井壁漿皮跨落、支護遭到嚴重破壞，且該影響甚至延伸至地表導致西風井主要通風機房地基變形，已經影響到主要通風機的正常安全運行；另外，北大巷因受此影響不僅僅是巷道變形嚴重，且有裂隙與外部小窯導通，漏風狀況使得礦井通風系統安全受到嚴重威脅。

基于以上幾個方面因素影響，為保證礦井安全高效的生產，對原有通風系統進行優化改造的工作顯得尤為重要且刻不容緩。只有通過對通風系統的優化、改造工作來提升通風系統的能力，提升其可靠性和穩定性，才能滿足礦井所需的風量，確保礦井安全生產。

3 通風系統優化改造措施

（1）擴修回風巷道，改變支護方式。對原有巷道進行擴幫維修，包括四采區l500m左右總回風巷與其他變形嚴重的回風巷道，增大巷道斷面使其達13.4m2以上；改變巷道原來的工字鋼支護方式，全部采用錨網梁加錨噴支護方式，降低巷道的摩擦阻力；在巷道的所有拐彎處采用流線型設計，減小巷道拐彎處的局部阻力。

（2）增設l條中央風井風道，增大風流通過面積。原通風系統中的中央風井地面約有l條180m長的風硐，原通風斷面為3.4m×3.4m，回風流通過面積偏小，增加l條相同規格的風硐與已有風硐并聯使用，增加回風流通過面積，減小風機排風端的通風阻力。

（3）縮短四、六采區共用段距離，對四采區增設進風巷道。對四采區和六采區回風系統路線進行調整，將四采區與六采區共用進風段減少800m距離；同時，為了滿足四采區的用風需求，對其再單獨增設一條進風巷道，降低采區進風時的通風阻力。

（4）報廢北總回風巷和西風井，新建1個替代回風井。受小煤窯采動后影響，礦井原有的北總回風巷漏風現象嚴重，加上西風井機房地基變形，已經影響了風機的安全運行。擬報廢北總回風巷與西風井，在井田北翼的八采區中央新建1個北風井與井下回風系統連通，以縮短六采區和八采區之間的通風距離。報廢北總回風巷待新風井建成并連通后，較以前六采和八采通風距離減少2000m，進一步減小了礦井的總通風阻力。

（5）更換中央風井風機，提高風機排風量及通風能力，選用具有高效率、低噪聲、無駝峰等特點的風機，從根本上提高礦井的通風能力，以滿足整個礦井的用風需求。

4 通風系統優化改造后效果

根據礦井生產規劃，礦井經過三年的時間，按優化改造方案逐步實施，最終通風系統各項優化改造工作全部完成。經優化改造后，目前礦井總進風量11000m3/min，總回風量11200m3/min，礦井等級孔為3.2m2，完全滿足了礦井安全高效生產的總需風量。其中，中央風井風機回風量7500m3/min，風機負壓3000Pa，風機效率91%；北風井風機回風量3700m3/min，風機負壓2600Pa，風機效率87%。且礦井各作業場所溫度平均降低2-3℃，大大改善了井下作業環境，取得比較理想的預期結果。

5 結語

該礦經過一系列通風系統改造后，降低了礦井通風阻力，提高了通風能效，大大提高礦井通風能力和排放瓦斯能力，增強了通風系統的安全可靠性和抗災能力，改善了井下作業場所的環境，滿足了礦井通風安全需要，并為今后礦井擴大區的投產和實現高產高效提供了通風條件。同時，也可為其他礦井的通風系統優化改造工作提供合理、經濟、科學的借鑒。

作者簡介

劉振（1985），河南周口人，現供職于中煤新集能源股份有限公司新集一礦通風區。