煤礦通風系統優化研究

張玉剛

（陽泉煤業有限責任公司三礦， 山西 陽泉 045000）

1 煤礦通風系統優化原則以及常用方法

一般來說，在進行礦井通風系統優化時應遵照以下原則進行：首先，在保證通風效果的前提下，盡量使通風系統簡單；其次，保證通風系統具有足夠的可靠性，而且優化過后的通風系統應該具有可調性。煤礦井下在進行生產過程中，常用的通風方式有：機械通風和自然通風。煤礦在優化通風系統時主要采取優化礦井通風網絡系統、優化礦井進出風井布置方式或位置兩種方式[1]。

2 一礦7800回采工作面通風系統優化

某煤業集團一礦是一座現代化大型礦井，煤礦7800工作面的東部區域為架空人車巷，北部區域為實體煤，7800工作面標高為400～450 m，平均煤厚為5.06 m，所開采煤層為緩傾斜煤層，沿煤層走向方向布置運輸順槽和回風順槽，巷道沿頂板進行掘進，運輸順槽長度為590 m，回風順槽長度為647 m，運輸順槽和回風順槽的巷道寬度和高度分別為5 m和3 m。巷道回采過后，采空區中集聚大量瓦斯，為抽采采空區中所集聚的瓦斯，在巷道頂板之上布置了1條高抽巷。此外，為提高7800回采工作面的回采率，加大采煤面可采量，煤礦在施工過程中多掘了1條回風順槽，7800工作面通風系統如圖1所示。工作面在生產初期的通風方式設計為里段和中段區域采用“U型通風+高抽巷”的通風布置方式，外段區域采用“一進兩回”的通風布置方式。

2.1 存在的主要問題

在進行生產時，7800工作面推進至外段區域時，開切眼長度為239 m，外段區域采用“一進兩回”的布置方式后，經測算，殘存瓦斯濃度為1.98 m3/t，瓦斯壓力為0.23 MPa，運輸順槽風流量為3 900 m3/min，回風順槽的風流量為2 560 m3/min。在采煤機正常割煤時，順槽上隅角的瓦斯濃度經常處于預警濃度以下0.6%左右，瓦斯濃度過高給煤礦工作面的安全生產帶來巨大隱患（如圖2所示）。因為在礦井設計時并沒有在外段區域布置高抽巷，而且沒有在工作面上布置預抽鉆孔，所以外段區域瓦斯濃度很難降低，嚴重影響礦井的生產進度。礦井的通風系統急需優化[2]。

圖1 7800工作面通風系統

圖2 外段區域優化前通風系統

2.2 改造方案

為解決7800工作面外段區域上隅角瓦斯濃度過高的問題，根據該礦實際情況將外段區域的通風方式由原來的“一進兩回”的通風方式調整為“W”型通風，該通風方式特點為“兩進一回”，優化后的通風方式如下頁圖3所示。改變外段區域通風方式后還要強化工作面瓦斯抽采，在7800工作面里回風順槽向運輸順槽中施工布置預抽鉆孔，預抽鉆孔的設計長度為90～115 m，相鄰預抽鉆孔之間的間距為1.2m，為提高抽采效率，鉆孔孔徑設計為120 mm。此外，在回風巷中布置瓦斯釋放孔，通過瓦斯釋放孔連接軌道巷，釋放孔之間間距設計為1.2 m，長度設計為43 m，孔徑設計為70 mm，在回風巷中布置137個瓦斯釋放孔。通過實踐證明，經過優化后的通風系統，對工作面上隅角瓦斯具有良好的稀釋作用，使工作面瓦斯大大降低，通過布置瓦斯釋放孔，實現了工作面瓦斯抽采全覆蓋，為工作面的安全生產提供了保障。

圖3 外段區域優化后通風系統

3 二礦通風系統優化

隸屬于同一礦業集團的二礦同樣是一座現代化礦井，煤礦現階段主要開采2號煤層，2號煤層具有的典型特點是煤層厚度大，埋藏深度淺，礦井的通風方式設計為多風井分區對角抽出式、主輔扇聯合通風，主要進風井筒有主斜井、副斜井、人行斜井、各采區軌道上山或運輸上山，此外，部分區域輔助運輸平硐也兼做進風井筒，回風井筒為中部回風井，在開采南翼區域時，南翼第四采區運輸上山也作為回風井筒使用。

3.1 存在的主要問題

1）該煤礦為高瓦斯礦井，隨著開采深度的增加以及開采強度的加大，瓦斯涌出量增大，原有的通風系統難以滿足高瓦斯礦井的風量需求，嚴重制約礦井生產。

2）2號煤層埋藏深度淺，距離地表最近距離為90 m，在煤層開采過后形成許多直通地表的裂隙，由于裂隙的存在使通風系統漏風嚴重[3]。

2）通風設備數量巨大，降低了通風的可靠性。此外由于礦井采用聯合通風系統，形成了角聯通的通風網絡系統，這種通風系統復雜，導致煤礦井下通風阻力不平衡，抵抗災害能力較差。

3.2 改造方案

首先，將南翼第四采區4311綜采工作面，以及工作面中的相關平巷硐室進行封閉；然后從南翼第四采區向南翼第二采區回收煤層。對水平大巷回收完成后封閉井底車場，對采取采區上下山回收完成后封閉井口。在進行封閉工作時，應該按照分段回收、分段封閉的原則進行。通風系統經過優化改造后如圖4所示。

該煤礦通風系統經過優化改造后徹底解決了通風系統復雜，通風阻力不平衡的問題，消除了采區范圍內沒有專用回風巷道的重大隱患。此外，優化后的通風系統大大簡化了原有的通風網絡系統，提高了通風系統的穩定性，增加了通風系統的安全性。優化后的通風系統將原來的聯合通風方式改為抽出式通風，在提高通風效率的同時，增加了通風系統的可靠性。優化后的通風系統最大限度地減少了通風設備的數量，降低了通風設施的冗余度。白芨溝煤礦遵循按段回收，分段封閉的原則進行通風系統的優化改造，取得了顯著的成果，對于提高煤礦的生產效益，建設高產高效礦井具有重要意義。

圖4 優化改造后通風系統圖

4 三礦通風系統優化

三礦主要開采二號煤層，煤層平均厚度為8 m，礦井采用立井，斜井混合開拓方式，通風方式選擇為中央并列式，兩翼對角混合抽出式通風，進風井是位于工業廣場的主井、位于西翼的運輸斜井以及中央進風井，回風井是位于工業廣場北側的副井、桐家莊新風井、南窯風井。

4.1 存在的主要問題

1）風井采用的風機型號為70B2-21-18，這種風機回風性能差，效率低，經測算需風量與回風量相差15.93 m3/s，所以該型號風機不能滿足工作面正常生產所需風量要求，嚴重制約生產。

2）南窯風井進風和回風線路長，通風阻力大，造成通風困難。

3）隨著開采深度的增加，煤礦瓦斯涌出量增大，需風量也隨之增大，原有的通風系統難以滿足礦井進行安全生產的要求。在優化礦井通風系統前需要先確定每條巷道風量以及通風阻力[4]。測定表明，礦井北翼回風阻力占總風阻力的16.71%，南翼通風阻力占總通風阻力的13.69%。因為南翼采區進風線路長，通風阻力大，在進風端占總通風阻力的31.14%。經過分析測定數據可知：礦井北翼巷道局部斷面小，形成很高通風阻力；礦井施工范圍廣，導致局部區域施工質量差，造成區域漏風量大；在南翼區域的回風巷道中存在巷道頂板冒落，部分區域存在積水，這些原因都會造成巷道通風阻力加大。

4.2 改造方案

將工業廣場的風井選用型號為BD-Ⅱ-8-No22（n=740 r/min、HP 型）軸流對旋式風機，這種風機可以滿足在深井巷道在正常生產中的風量需求；在工業廣場南翼區域新建一口風井，用來代替南窯風井，為提高通風效率，將新建風井的通風機葉片安裝角度由原來的3°上調到7°。現場實踐表明，經過通風系統優化改造后的礦井工作面瓦斯濃度顯著降低，滿足礦井生產需風要求，保證了礦井的安全生產。