青東煤礦通風系統模擬分析與預測研究

文/楊 ?。ɑ幢钡V業<集團>有限責任公司技術中心）

近年來，隨著礦井開采深度、強度及機械化程度的增加，礦井通風系統逐漸復雜化，通風問題也會愈加突出，嚴重影響礦山的生產效率和職工的健康與安全。開展改擴建礦井通風系統優化研究，解決改擴建礦井存在的通風難題，對創造安全穩定的工作環境和提高礦山的經濟效益都有積極意義[1-2]。礦井開采深度增加使得礦井通風系統日益復雜[3]，通風網絡結構也日益復雜，給煤礦高效安全生產帶來了不可預測性[4]。本文對青東煤礦通風系統網絡進行模擬分析，根據礦井采掘接替計劃，青東煤礦七采區上首采面投產，判斷中央風機及井下的通風系統是否能夠滿足屆時的通風需求以及應采取的措施。

一、礦井及其通風系統概況

青東井田位于淮北礦區臨渙區的西北角。東以大劉家斷層為界，西至F9 斷層，南以石炭系太原組頂界灰巖露頭線為界，北至F19 斷層和2-2 煤層-1200m 水平投影線，東西長約13km，南北寬約2.5～6.5km，礦區面積51.729km2。礦井井型為1.8Mt/a，采用立井、多水平，主要大巷、石門分區開拓，分區通風、集中出煤的開拓方式。前期開采儲量豐富的東區，采用主井、副井和中央風井三個立井，主要大巷、石門開拓，中央并列式抽出的通風方式。礦井設計三個生產水平：一水平標高為-585m，二水平標高為-900m，三水平標高-1200m。根據礦井采掘接替計劃，先是七采區上首采面投產，后期七采區下首采面也即將投產。

礦井現主要有工業廣場內的副井（人員、進風和安全出口）和主井兩個進風井，一個中央風井為回風井。目前，中央風井系統現有82 采區、84 采區、五采區三個采區在生產，中央風井礦井主要通風機型號為BD- Ⅱ-10-NO36， 安 裝 角 度-5° ， 配 套 電 機 型 號 為YBF-710-10，功率560kW，轉速594r/min。

二、礦井通風系統分析預測

為保證礦井正常生產接替，保持礦井持續穩產，礦井將組織開拓七采區。本次礦井通風系統分析預測的目的是分析七采區首采面投產時期，如果礦井通風系統全部由中央風井來承擔，中央風井系統是否能滿足需要，是否需要改造中央風井主要通風機及配套電機，以及是否要施工新巷道或新風井。

1.中央風井通風系統需風量預測

根據礦井采掘生產接替計劃，七采區首采面投產時期，屆時原有的82 采區需風量55.8m3/s，84 采區需風量51.6 m3/s，五采區需風量25.8m3/s，主井系統需風量13.4m3/s，新開的七采區需風量71.7m3/s。中央風井總風量為218.3m3/s，按1.2 倍計算為262m3/s，外部漏風按8m3/s計算，全礦井排風量為270m3/s。

2.中央風井主要通風機工況預測

風量270m3/s，阻力4166Pa，自然風壓-100Pa，裝置靜壓4266Pa，輸入功率1774kW，綜合效率65%，輸出功率1153kW。

3.中央風井通風系統預測結果及分析

七采區首采面投產后，若不打新風井，全礦井通風流程達到13916m，中央風井總回風量達到262m3/s，排風量達到270m3/s，阻力4166Pa，現有主要通風機及其配套電機不能滿足礦井的安全生產。

從礦井通風系統三區段阻力分布情況看，進風段為1144Pa，占比27.5%；用風段為133Pa，占比2.2%；回風段為2889Pa，占比69.3%?；仫L段阻力是進風段阻力的1.5倍，說明自七采區采面風巷外段至風機入口處所占比例較高，超過69.3%，若僅從采區進風段降阻措施，現有的風機及配套電機仍不能滿足要求。

從以上分析看出，七采區首采面投產后，如果僅用現有的中央風井通風系統不能滿足礦井通風能力需要，必須對礦井現有的通風系統進行升級改造優化。

三、方案制定與模擬分析

1.方案制定

根據七采區首采面投產后的通風模擬結果可以看出，僅通過擴修巷道很難解決礦井高阻的問題，現制定以下方案：

方案1：施工東回風井（直徑6m），東風井布置在青東井田邊界2-1 鉆孔東南約180m 處，井筒深度約350m，東風井回風上山長度為1210m（斷面20m2）。

方案2：施工東回風井（直徑6m），東風井布置在青東井田邊界外約155m 處，井筒深度約580m，東風井回風上山長度為436m（斷面20m2）。

方案3：更換中央風井主要通風機并施工回風巷，自中央風井施工回風巷（長度2970m，斷面18m2）至七采區-650m 水平，構成“兩進兩回”的通風系統。

2.方案模擬

表1 是3 種方案的模擬結果。

表1 七采區首采面投產各方案模擬結果

3.對方案的模擬分析

從七采區首采面投產后的模擬結果來看，施工東風井的位置以及東風井的面積對模擬結果的影響并不顯著，即方案1 和方案2 的模擬結果相差較??；采用方案3則必須更換中央風井主要通風機。

整體來看，方案2 和方案3 效果都較好，不過方案2費用高，而方案3 可能壓煤較多。在七采區首采面投產時，打東回風井或施工兩進兩回的巷道都可以滿足要求，但從經濟方面考慮，七采區形成兩進兩回的通風路線雖然也可行，但會造成嚴重壓煤情況。為減少壓煤，延長礦井開采年限，兼顧到七采區深部通風需要，同時降低礦井通風系統阻力，選擇方案2 較為合理，即施工東回風井，井筒直徑6m，深度約580m，東風井回風上山長度為436m（斷面20 m2）。

四、通風系統預測與結果分析

對中央并列式通風未來工況變化與之前工況的對比見圖1。

從圖1 可以看出，礦井排風量維持在234～284m3/s，而礦井總風阻逐年增加，礦井總阻力顯著增加，其原因在于礦井通風流程增加。

五、結語

根據青東煤礦礦井采掘接替計劃，通過模擬分析，結果表明方案2 更可靠，即施工東回風井，井筒直徑6m，深度580m，東風井回風上山長度為436m（斷面20m2），這樣在七采區首采面投產時，既能減少壓煤，延長礦井開采年限，又可以兼顧到七采區深部通風需要，同時降低礦井通風系統阻力。通過模擬發現中央風井主要通風機及其配套電機效率偏低，建議重新對其真實能力和最大能力進行核準。

圖1 中央并列式通風工況變化情況