礦井收作期間通風系統優化方案研究與應用

胡繼龍

（安徽省亳州煤業有限公司信湖煤礦，安徽 淮北 235000）

隨著煤礦井下的不斷開采作業，礦井將會逐漸進入衰老收作期。礦井收縮期間，存在老巷和采空區漏風多、通風網絡結構復雜、通風距離長、礦井巷道失修率高、通風阻力大等問題，給礦井通風系統造成極大的安全隱患，因此，收縮期間，對通風系統進行合理優化顯得極為重要。針對楊莊煤礦收作期間通風管理和井下實際生產情況，對礦井通風系統進行優化設計，提出可行性方案，為礦井的通風安全提供了保障。

1 礦井通風系統現狀及存在問題

1.1 通風系統現狀

楊莊煤礦已有50 多年的開采歷史，礦井屬于高瓦斯礦井。2018 年度礦井瓦斯等級鑒定最大絕對瓦斯涌出量14.75 m3/min，最大相對瓦斯涌出量為5.73 m3/t；平均絕對瓦斯涌出量14.15 m3/min，平均相對瓦斯涌出量為5.49 m3/t。煤層瓦斯壓力為0.22～0.42 MPa，瓦斯含量2.85～5.37 m3/t，煤層透氣性系數λ 為0.39～0.73 m2/MPa2.d，屬勉強-難以抽采煤層，自然發火等級為II 類自燃，最短自然發火期53 d。

礦井生產布局為“一井兩面”布置，現有采掘作業的采區共有3 個，分別為Ⅲ1、Ⅳ1 和Ⅳ2 采區；無采掘作業采區有2 個，分別為W Ⅲ51、Ⅲ64 采區。已開采結束即未封閉采區有6 個，分別為Ⅲ1 采區（W Ⅲ51 塊段）、Ⅲ64 采區、Ⅳ2 采區、Ⅲ1 采區（E Ⅲ51 塊段）、Ⅲ53 及Ⅳ53 采區。

礦井通風方式為兩翼對角式，通風方法為抽出式。現有2個主進風井：新副井和老副井；2個回風井：東風井和西風井。礦井通風系統圖如圖1。

東風井井底標高-320.7 m，安裝兩臺kAMF-2350/1330-IE 型對旋軸流式風機，配套電機額定功率為1000 kW。電壓為6 kV。目前風井總回風量6622 m3/min，風機排風量為6748 m3/min，負壓為2400 Pa。該風井服務Ⅲ1、Ⅳ1 采區。

圖1 調整前礦井通風系統圖

西風井井底標高-195 m，安裝兩臺BD-Ⅱ-6-NO.20 對旋軸流式風機，配套電機額定功率為2×250 kW，電壓為6 kV。目前風井總回風量為3834 m3/min，風機排風量為3931 m3/min，負壓為2500 Pa。該風井服務Ⅳ2 采區。

1.2 通風系統阻力測定

根據阻力測定結果，測定路線的百米通風阻力較高巷道見表1。

表1 百米通風阻力較高巷道表

根據測定情況，得出如下結論：

（1）東風井系統和西風井系統三條路線上回風段阻力均偏高。

（2）三條測定路線的阻力較大的巷道有Ⅱ水平回風巷、東風井井筒、副暗串車斜巷、E Ⅲ51 回風上山、Ⅲ62 回風上山上段、N Ⅱ52 回風改造、Ⅲ62 回風上山等，均超過200P a。無風速超限巷道。

（3）東風井系統最困難阻力路線經過E Ⅲ5111 工作面的通路，流程為10 095 m；西風井系統最困難阻力路線經過Ⅳ623 切眼的通路，流程為10 812 m。

（4）模擬的最大阻力路線、阻力分布與實測最大阻力路線與阻力分布基本一致。

（5）東風井和西風井主要通風機工況點與實際基本一致；東風井水柱計讀數為2400 Pa，模擬結果為2316 Pa；西風井水柱計讀數為2250 Pa，模擬結果為2250 Pa；礦井所有巷道的風量誤差控制在5%以內。

1.3 通風系統存在問題

（1）隨著楊莊煤礦開采范圍的擴大，礦井已形成多采區、多作業地點同時作業，造成通風線路長度不斷增加，礦井逐步出現通風能力不足現象。

（2）已開采結束的Ⅲ1 采區、Ⅲ64 采區、Ⅳ2采區、Ⅲ53 及Ⅳ53 未及時封閉，采區巷道全長超過35 000 m。這些巷道中有的已遠遠超過服務年限，巷道變形失修嚴重，通風斷面小，造成礦井通風阻力增大，且局部地段漏風嚴重。當前需要進行維修來維持礦井正常通風，巷道修復工程量比較大。

（3）井下部分通風設施老化，也造成了井下出現漏風現象。

（4）由于人員力量不足，為了保證礦井通風正常，日常構筑的臨時通風設施比較多，造成通風系統不穩定，需要構筑永久通風設施。

綜上，隨著礦井的開采和采區不斷收縮，通風系統已直接影響到礦井生產采區的正常供風，出現采掘作業地點風量不足的問題。因此，無論是從礦井采區收縮、老巷道封閉需要考慮，還是從礦井通風系統存在的不安全因素（生產采區供風量不足）考慮，都有必要對礦井通風系統進行優化。

2 通風系統優化方案設計

2.1 優化設計的原則

通風系統優化方案設計的總體原則是設計的方案系統簡單、安全可靠、技術可行、可操作性強，同時要考慮經濟合理，在進行設計時重點遵循以下原則：

（1）及時關閉已結束的采區，減少不必要的風量投入。

（2）增強通風系統的穩定性，各作業地點用風量能夠滿足要求且保持風流方向不發生改變。

（3）充分合理利用現有的巷道和通風設備，將其潛力充分地發揮出來并能進行適當調整。（4）盡量減少或避免開拓掘進工程項目投入。（5）盡量減少外部漏風和內部漏風，提高礦井有效風量率。

（6）在改善礦井通風效果的基礎上，盡量減少能耗，以提高礦井經濟效益。

2.2 通風系統優化的主要評判指標

評判通風系統優化是否符合要求，總結起來主要有三個方面的評定指標（如圖2），在三個大的評定指標中可以將其細分成若干個子指標，而這些子指標的數量又可以根據對礦井通風系統分析情況的要求不同進行適當增減。

圖2 礦井通風系統評價各項指標

2.3 優化設計改造方案

根據礦井生產作業安排及人員力量、裝備等實際情況，經認真研究，制定了礦井通風系統優化改造方案為：

（1）對已開采結束的Ⅲ1 采區、Ⅲ64 采區、Ⅳ2 采區、Ⅲ53 采區和Ⅳ53 采區進行永久封閉，縮短通風線路，降低礦井通風阻力，減少采區漏風；

（2）根據各采區封閉的時間，逐步調整東風井風機葉片角度，減小礦井通風負壓；

（3）在保證礦井風流滿足要求的前提下，將西翼風井風機調整為單級運行，減小風機電力消耗。

礦井通風系統優化改造后通風系統圖如圖3所示。

圖3 優化改造后礦井通風系統圖

2.4 方案的可行性分析

（1）采區收縮封閉前后礦井總回風量減少3956 m3/min，收縮后的東風井通風系統由兩翼通風變為單翼通風，系統更加簡單，運行更加可靠，為礦井通風安全打下了基礎。

（2）采區收縮封閉后甩掉35 000 多米的老巷道，大大減少了礦井巷道修護的工作量和人員力量投入，提高了安全系數。

（3）通風系統優化后，減少通風距離2200 m，大大降低通風阻力。

（4）采區封閉期間考慮好封閉墻的施工順序，在施工期間執行好高負壓區墻體施工的安全技術措施落實和施工工藝流程的監督。

（5）采區封閉期間應考慮對風機的影響，不能一次性地把所有的墻建好，要留設調節孔，并做好放風降阻的準備工作。

綜上分析可知，此方案的系統簡單、穩定、可靠，投資較少，施工工期短，具有可操作性。

3 通風系統優化的安全和經濟效益分析

3.1 安全效益

（1）隨著礦井開采結束采區的逐步封閉，通風線路長度縮短了2200 多米，簡化了通風系統，減少了采空區漏風，降低了通風阻力，礦井的防災抗災能力大大增強。

（2）降低了老舊巷道的維修和巡查工作，減少了巷道維修工作量和人員力量投入，提高了礦井安全系數。

3.2 經濟效益

（1）降低了礦井風機電力消耗

當前兩風井風機總電耗為78 萬kW·h/月（東風井：52 萬kW·h/月；西風井：26 萬kW·h/月）。系統優化后由計算分析得出，每月可節約用電30萬kW·h。

（2）減少了巷道維護費用

系統優化后，減少了對報廢的Ⅲ1、Ⅲ64、Ⅳ2、Ⅲ53 及Ⅳ53 等老采區失修巷道維護的人員和材料的投入，報廢老采區封閉墻等通風設施共計35 處，封閉巷道35 000 多米，每年凈節約維修成本150 萬元，間接地提高了礦井經濟效益。

（3）減少了人員投入

通風系統優化后，礦井由原來的3 個活動采區降為1 個活動采區，減少采區的巡查維護人員，提高活動采區工作人員的配比，緩解了老礦井人員力量緊張的壓力。

4 結論

楊莊煤礦通過對通風系統優化改造，縮短了通風線路，減少了無作業活動地點的用風量，降低了礦井通風阻力，減少了風機電耗，減少了巷道維護費用和人員力量投入，使通風系統更加簡單，安全性和穩定性大大提高，解決了礦井各作業地點供風量不足的問題，提高了礦井抗災防災能力，同時大大節約了礦井能耗，提高了經濟效益。