亨元煤業礦井主通風系統改造實踐

馬永元

（山西煤炭運銷集團壽陽亨元煤業有限公司，山西 晉中 045400）

0 引言

山西煤炭運銷集團壽陽亨元煤業有限公司為兼并重組資源整合發單保礦井，位于壽陽縣城北，直距約11 km的解愁鄉陳家河村，行政區劃屬解愁鄉管轄。井田面積為6.236 6 km2，東西長約2.405 km，南北長約3.550 km，呈不規則多邊形；地理坐標范圍：東經113°09′06″～113°11′36″，北緯37°56′44″～37°59′58″，設計生產能力60萬t/a，為高瓦斯礦井，現開拓開采3#、6#、8#煤層，均為不易自燃煤層，均有煤塵爆炸性，開采煤層為3#～15下#煤層。該礦區距壽陽—盂縣的S216省道3 km，經該公路可達壽陽縣城，307國道、石太鐵路線、太舊高速公路均從壽陽經過。井田內有黃丹溝煤礦鐵路（東灣鐵路）專用線通過，距草溝煤站10 km，運輸條件較為便利。

1 礦井通風現狀分析

1.1 礦井通風概況

礦井現由主斜井、副斜井進風，回風立井回風，通風方式為中央并列式。礦井生產采區為東二采區，裝備1個回采工作面、2個順槽掘進工作面、1個大巷綜掘工作面。回采工作面采用“一進一回”U型通風方式，掘進工作面所需風量由局部通風機對其壓入式供給。礦井現總配風量75 m3/s，礦井負壓1 740 Pa，平均等積孔2.1 m2；主扇風機為2臺軸流式對旋風機，一臺使用，一臺備用，配用電機功率均為132 kW×2。井下掘進工作面采用雙風機雙電源裝置，FBDY（7.5 kW×2、11 kW×2、22 kW×2）及DBKJ（18.5 kW×2）型局扇風機配合600 mm和800 mm抗靜電阻燃風筒供風。通風主要設備見表1，井下各用風地點實際供風量見表2。

表1 通風主要設備表

表2 井下各用風地點實際供風量

根據礦井總需風量及通風系統分析，隨著礦井開拓開采的延深，礦井通風阻力將進一步增加［1-3］，同時由于巷道的變形、損壞，巷道的風速超限問題將進一步加大，用風點的風量將無法穩定、充足供給。為保證通風系統與生產系統能力相適應、風量充足、風流穩定，抗災能力強，對礦井進行通風系統的改造勢在必行。

1.2 礦井通風系統存在的主要問題

目前礦井的生產布局基本合理，礦井的通風系統不合理，礦井現有風量不足，通風阻力較高，風機運轉不穩定，但總供風量偏小、部分回風段井巷風速偏高等問題對井下安全生產構成了威脅，制約礦井生產。另外，礦井現回風立井井筒凈直徑為3.2 m，凈斷面積8.04 m2；副斜井凈寬3.2 m，凈斷面7.46 m2；主斜井斜長438 m，凈斷面積10.7 m2，主要進回風巷道斷面偏小。由于礦井開采年久，隨著開采深度和接替采區的延深，隨著工作面接替至東二采區南部位置，通風距離逐漸增長，通風阻力將隨之增大，礦井通風將進入困難時期，現有井筒斷面和通風系統已不能滿足礦井后期接替采區安全生產需要。

當礦井需風量進一步增加至130 m3/s時，回風立井、進風聯絡巷等都將無法滿足安全生產的需要［4-6］。隨著工作面位置變化至困難時期通風的形成風量不足、通風阻力增大、風機運轉不穩定、通風系統不合理等問題將愈加突出［7-10］。改造的必要性具體表現為：①風門、調節設置不合理，如膠帶大巷、膠帶順槽均設置有通風設施，使井下風量不好控制，增加了通風阻力；②配風不合理，有些掘進時使用的臨時聯絡巷道沒有及時密閉，導致用風點風量不足；③已有的部分巷道斷面偏小，風速超限，阻力大；④部分巷道通風系統與有關規定相抵觸；⑤隨著開采深度和接替采區的延深，通風系統不能滿足正常生產的需要。

2 改造方案及主要工程內容

2.1 改造方案簡述

現礦井回風立井井筒凈直徑3.2 m，澆注混凝土支護，壁厚300 mm，凈斷面積8.04 m2，不能滿足通風要求，設計維持礦井原主、副斜井不變，現有回風立井改造為進風立井，改造后新建回風立井245 m（井筒直徑5.5 m），本次通風改造，新配回風立井一次落底下組煤的15#煤層，落底標高+874 m，在6#煤層留設馬頭門服務上組煤+950 m水平，+950 m水平以下回風立井井筒施工完成后封閉處理，待開采下組煤時再啟用。新增總回風聯絡巷162 m，新增進風聯絡巷110 m，與已有系統相貫通。井下其它巷道利用已有系統（同時考慮了建設期間采掘活動井下增加巷道），則本次設計新增井巷工程517 m，掘進體積12 656 m3，增加FBCDZ-8-№28（n=580 r/min）型礦用防爆對旋軸流式通風機2臺。

2.2 礦井通風系統改造過程

經過通風改造后，維持原主斜井、副斜井不變，將原回風立井改為進風立井擔負礦井的主要進風任務，屆時礦井將由新建回風立井獨自擔負回風任務，礦井將形成“三進一回”的通風系統。

井田開拓方案：根據本礦井實際情況，利用井田中部主井場地沿鐵路線向東、南或北3個方向擴建作為礦井的工業場地，并利用井田中部風井場地現有的設施。采用斜井開拓方式，利用井田中部主井場地沿鐵路線向北側擴建作為兼并重組后礦井的主井工業場地，利用井田中部現有的風井場地擴建作為礦井的新風井場地，利用礦井現有副井工業場，利用主井工業場地的主斜井，利用原副井工業場地的副斜井，原回風立井改為進風立井，同時在風井場地布置新回風立井井筒。運輸系統改造后礦井通風系統為中央分列式，通風方式仍為機械抽出式。改造后，通風按照開采6#、8#煤層時礦井通風容易時期和困難時期的通風系統考慮。掘進通風和硐室通風井下掘進工作面采用獨立通風方式，掘進工作面所需風量由局部扇風機壓入式供給。井下永久避難硐室等硐室采用獨立通風。

礦井風量、負壓及等積孔計算：礦井開采8#煤層時，礦井總需風量取為110 m3/s，其中：主斜井進風量為30 m3/s，副斜井進風量為30 m3/s，進風立井進風量為50 m3/s，回風立井回風量為110 m3/s。礦井開采6#煤層時，礦井總需風量取為130 m3/s，其中：主斜井進風量為30 m3/s，副斜井進風量為40 m3/s，進風立井進風量為60 m3/s，回風立井回風量為130 m3/s。

風量分配：將礦井總風量分配到井下各用風地。礦井通風容易時期為礦井開采主副井底西側西采區時的工作面，位于6#、8#煤層中部東側；礦井通風困難時期工作面位于東二采區靠近礦井南部邊界的工作面。經計算，開采6#煤層時，通風容易時期：Hmin=1 792.91 Pa（182.95 mmH2O）；通風困難時期：Hmax=2 485.30 Pa（253.60 mmH2O）。開采8#煤層時，通風容易時期：Hmin=1 124.26 Pa（114.72 mm H2O）；通風困難時期：Hmax=1 740.35 Pa（177.59 mmH2O）。經計算，礦井開采6#煤層時通風容易時期和困難時期等積孔分別為3.65 m2、3.10 m2，礦井通風容易時期、困難時期均屬通風小阻力礦井；礦井開采8#煤層時通風容易時期和困難時期等積孔分別為3.90 m2、3.14 m2，礦井通風容易時期、困難時期均屬通風小阻力礦井。開采6#煤礦井風量分配見表3，開采8#煤礦井風量分配見表4。

表3 開采6#煤礦井風量分配表

表4 開采8#煤礦井風量分配表

2.3 礦井主通風設備的選擇

選型依據：礦井開采6#煤層時，回風立井回風量130 m3/s，通風容易時期負壓1 792.91 Pa，通風困難時期負壓2 485.3 Pa；礦井開采8#煤層時，回風立井回風量110 m3/s，通風容易時期負壓1 124.26 Pa，通風困難時期負壓1 740.35 Pa，回風立井井口標高+1 120.0 m。

通風設備選型計算：對通風機所必需的風量和負壓計算，并換算為標況下的性能參數，通過管網阻力曲線方程，得出通風設備選型計算值見表5。

通風設備選型及工況點確定：根據計算，選擇兩臺FBCDZ-10-№28（n=580 r/min）礦用防爆對旋軸流通風機，一臺工作，一臺備用。通風機配套10 kV隔爆型2×355 kW變頻電動機。為滿足礦井開采不同煤層時通風的需要，設計采用變頻器調速方式取得最佳調節效果，使風機在不同時期都運行在高效區。表6、7分別為礦井開采6#、8#煤層時通風機運行工況點參數。通風機擴散塔裝有消音裝置，以降低噪音對環境的污染。通風機采用反轉反風方式。通風機可在10 min內實現反風，反風量大于正常供風量的40%，反風時均通過了電動機容量校驗。

表5 通風設備選型計算表

表6 通風機運行工況點參數（礦井開采6#煤層）

表7 通風機運行工況點參數（礦井開采8#煤層）

通風機房配電控制：通風機房兩回10 kV電源引自風井場地10 kV變電所。設高、低壓配電室，選用KYN28型高壓開關柜用作高壓配電保護，10 kV高壓接線方式為單母線分段接線。兩回380 V低壓電源由高壓室兩臺所用變壓器柜供給，為通風機入口風門、控制及照明等低壓380/220 V負荷提供電源。通風機采用變頻控制，不僅能調節風機運行工況，以適應開采不同煤層時風量負壓的變化，保證風機運行在高效區，還能實現通風機的軟起動及軟停車。此外，通風機房配備一套通風機在線監測裝置，用于實時監測通風機運行各項參數，包括風量、負壓、軸承溫度、瓦斯濃度等，確保風機安全可靠運行。

3 結語

新配回風立井通風系統改造后，既滿足了產量要求，又為礦井安全生產創造了有利條件；不僅有較好的經濟效益，而且產生良好的社會效益、環保效益；項目建設不僅是必要的，而且是可行的。新布置回風立井對礦井安全生產提供了可靠的保障，建議加強日常檢查維護保證礦井通風系統的可靠穩定運行，同時做好監測發現問題及時跟蹤處理。