礦井通風系統的優化及關鍵設備的選型

張劍波

（陽煤寺家莊有限責任公司防突隊， 山西 昔陽 045300）

引言

煤炭安全生產一直都是備受關注的問題，煤礦安全生產是保證其產量的基礎。影響煤礦安全生產的主要因素包括有煤層中蘊藏的瓦斯、地下水以及綜采設備是否可靠等，為確保煤礦安全生產需針對性地采取防范措施。其中，針對綜采工作面煤層中蘊藏的瓦斯，主要通過礦井通風系統降低工作面的瓦斯濃度[1]。礦井通風系統作為礦井生產系統的重要組成部分，其性能的優劣性直接決定其瓦斯、粉塵濃度是否符合《煤炭安全規程》的相關標準要求。因此，需建立合理、完善的礦井通風系統為煤礦的安全生產提供保障。鑒于某煤礦年代久遠，需對其礦井通風系統進行優化并完成其關鍵設備的選型。

1 通風現狀

目前，該礦井所采用的通風方式為中央并列式，其通風路徑為：主井、副井進風，西風井回風的路徑。當前某礦通風系統所存在的問題總結如下：

1）隨著工作面的深入，通風路線不斷加長，導致其風阻增大；

2）該礦的年代相對久遠，其設計初期的設備相對老化，效率低，其通風量無法滿足實際生產的需求；

3）鑒于該礦井煤層特點，其同時參與工作的掘進工作面的數量較多，導致各個掘進工作面的通風量較小[2]；

通過驗算可得，以該礦井現有的通風系統僅可維持年產值120 萬t 的生產需求。但是，該礦的年規劃產值為210 萬t。因此，急需對綜采工作面現有的通風系統進行優化設計。

2 礦井通風系統的優化

2.1 礦井通風系統優化方案的設計

基于對當前礦井通風系統現狀研究的基礎，設計如下四種通風系統的改造方案。具體闡述如下：

改造方案一：維持當前通風系統設計不變的基礎上，僅更換通風系統的關鍵設備通風機。具體操作為：將當前通風系統的G4-7328D/400 的兩臺通風機更換為通風量更大的FCBD29/630 對旋式軸流通風機。為實現通風系統的節能生產，改造后的通風機采用變頻調速系統，使其能夠根據通風需求控制通風機電機的轉速得到所需的通風量[3]。

改造方案二：在當前通風方式的基礎上，新增一個回風井。其中，新增回風井主要服務于4 號、6 號煤層的開采；原西回風井服務于3 號、5 號煤層的開采。將原先的中央并列式通風方式該為混合式通風方式。

改造方案三：在礦井東西兩側各新增一個回風井，實現兩側對角式通風。具體實施為：在礦井西側6號煤層附近新增一個回風井，主要服務于4 號、6 號煤層的開采；在礦井東側5 號煤層附近新增一個回風立井，服務于3 號、5 號煤層的開采。將原有的中央并列式通風方式優化為對角式通風方式。

改造方案四：新增輔助通風系統。根據《煤炭安全規程》的相關規定，當工作面的通風量不足時可適當增加輔助通風機。針對該礦情況，在礦井西側6 號煤層、東側5 號煤層新增輔助通風系統，并為其配置4 臺輔助通風機，從而解決通風線路長、風阻大的問題。但是，礦井的通風方式保持不變[4]。

2.2 通風系統優化方案的確定

根據礦井實際情況，提出四種通風系統優化方案。現將四種優化方案的優劣勢對比如下：

1）方案一與其他改造方案對比具有工程量小、工期短的特點。但是，基于改造方案一隨著工作面的深入，其通風阻力不斷增大，雖然更換了功率較大的通風機。但是，經換算可知通風困難時期其效率僅為94%，且耗電量很大。

2）方案二新增回風井可有效增加回風巷道的距離，從而減小風阻。經計算，方案二的礦井在困難時期的風阻比方案一小320 MPa。缺點在于：改造方案二的工程量大、工期長，且通風方式由并列式通風更改為混合式通風，在后期的管理相對復雜。

3）方案三在礦井東西側各新增一個回風立井，其在縮短回風巷道距離的同時，大大降低了礦井在困難時期的風阻，具體值約為980 MPa。此外，基于方案三改造完成后新增了礦井的安全出口，確保礦井風壓相對穩定[5]。但是，方案三的工程量更大、工期更長。

4）基于方案四中的輔助通風機可實現對巷道中風壓的平衡，在不增加礦井巷道風壓的基礎上實現工作面風量的增加。但是，方案四需要較為嚴格的管理模式，容易導致與輔助風機并聯風路中風量不足。

綜上所述，方案一具有相同工程量下工期短的明顯優勢；方案四盡管能夠增加巷道的風量，但是其仍無法滿足將來210 萬t/d 的工作需求。為進一步甄選出較為合適的優化方案，本文對前三種方案的改造成本進行對比分析。對比結果如表1 所示。

表1 三種方案改造成本分析 萬元

綜上所述，從技術、經濟、安全以及管理等方面對比分析，方案一為最優方案。

3 礦井通風系統關鍵設備的選型

方案一的關鍵是為礦井通風系統匹配最佳的通風機。因此，根據相關計算得出通風機的型號和規格。

3.1 選型依據

方案一僅對通風機進行選型，其基礎通風方式未改變。因此，通風機的選型依據為：通風方式為中央并列式通風方式，其中主、副斜井進風，回風斜井回風。

經前期測算，該礦井在實際生產中所需的風量為135m3/s；在通風困難時期礦井巷道的負壓為4163.2Pa、通風容易時期礦井巷道的負壓為3 597.2 Pa。

3.2 通風設備的選型確定

考慮通風系統在實際通風過程中的漏風損失和阻力損失后，要求通風機風量滿足如下要求：

通風機風量為135 m3/s×1.05=141.75 m3/s；

基于對通風機風量的計算，并對通風機相關產品的選型對比，擬采用方案一中通風機的型號為FCBD29/630 對旋式軸流通風機。安裝兩臺，其中一臺工作，另一臺為備用。

4 結語

通風系統作為保證綜采工作面巷道瓦斯、粉塵濃度滿足《煤炭安全規程》相關標準的措施之一，其性能優劣直接決定工作面生產的安全性。對于年代久遠的礦井而言，隨著巷道的推進，出現通風量不足、設備老化等問題。因此，需根據礦井實際情況對其通風系統進行優化，以確保其滿足實際生產需求。