深部開采礦井通風系統的優化改造

王 超

（華陽集團山西新元煤炭有限責任公司，山西 晉中 045400）

1 工程概況

1.1 地質概況

山西某礦升級生產能力為220 萬t/年，井田開采面積為3.69 m3，批準開采2 號、3 號、7 號、9 號及11 號煤層。礦井已回采超過50 年，淺部的煤炭資源已回采完畢，現采掘工作面逐步向深部的9 號以及11 號煤層轉移。9 號煤層厚度平均3.9 m，瓦斯含量9.5 m3/t，頂底板巖性以泥巖、粉砂巖為主；11 號煤層厚度平均5.9 m，瓦斯含量10.8 m3/t，頂底板巖性均為砂質泥巖。礦井9 號煤層以及11 號煤層回采工作面均采用綜采回采工藝，由于9 號煤與11 號煤層間距在60 m 以內，11 號煤處于9 號煤保護開采范圍。

1.2 礦井通風概況

礦井通風方式采用中央并列式，在回風風井布置2 臺主要通風機（型號FBCDZ54-6-No18），配套使用的電機功率為2×75kW，回風井凈斷面為11.5m2，采用料石砌碹支護。礦井主要回采巷道均采用砌碹、錨網索或者U型鋼支護。

隨著礦井采掘深部的增加，回采的煤層瓦斯涌出量增大、通風線路邊長、風阻增加，同時井下分布有多個用風點，給礦井通風系統可靠性帶來較大的挑戰。

2 礦井通風現狀分析

2.1 通風阻力測定

為了準確掌握礦井通風系統現狀，并為后續的通風系統優化提供切實可行的參考。提出采用氣壓計法對礦井通風系統各段風壓進行測定，并通過風表、卷尺以及溫度計等測定各斷面風速、斷面以及溫度[1-3]。采用的2 臺氣壓計使用前先對時間進行校對，其中一臺布置在進風口、一臺對測定線路內各段風壓進行測定，每間隔1 min 測定一次氣壓數據，同時測定巷道內風速、斷面以及溫度等參數。

在井下通風阻力測定線路中選擇時應遵循下述原則[4-6]：選擇通風風量較大且經過采煤工作面的通風路線作為測定路線；測定路線內應具有較長的通風路線且包含多種形式的巷道類型、支護形式；選用便于測定且沿主風流方向的路線作為測定路線。根據上述原則并結合礦井實際情況，井下選擇有3 條測風路線。

2.2 通風阻力測定結果分析

具體確定的3 條測定路線中風阻測定值以及占比情況見表1，通風阻力分布見圖1。通過對通風阻力測定以及分析，發現礦井通風系統存在一定問題。

表1 風阻測定值以及占比情況

圖1 通風阻力分布圖

1）I 線路中進風段、用風段以及回風段通風阻力分別為303.78 Pa、197.56 Pa 以及635.57 Pa。用風段通風阻力占比較小，為17.38%，主要是用風段長度較小導致；回風段通風阻力測定值為635.57 Pa，占比達到55.90%，回風段通風阻力占比較高的主要原因為：回風段內雜亂布置有各類雜物，同時部分位置巷道變形嚴重、斷面積較小，從而使得局部通風阻力顯著增加。II 線路中進風段、用風段以及回風段通風阻力分別為275.61 Pa、345.67 Pa、583.64 Pa，回風段通風阻力占比較高，主要是由于回風段中3 采區運輸巷局部通風阻力較大，從而使得回風巷段通風阻力占比增加。線路III 中由于5 采區回采接近結束，在通風線路中增加布置有通風調節措施，使得通風線路中局部風阻有所增加，雖然用風段長度較短，但是通風阻力占比可達到50.81%。

2）井下通風網絡及通風系統均較為復雜，通風巷道多、用風點分散，如井下3 采區部分巷道僅有少量微風，部分巷道存在通風風流不穩定問題。

3）通風系統中局部位置通風阻力高，選用的3條測定線路中回風段風阻普遍較高，主要是回風段巷道內擺放有雜物且碼放不整齊，通風斷面小以及部分位置巷道變形嚴重等導致。在II 測定路線中由于用風段布置有多個風量調節設施，從而導致風阻顯著增加。

4）井下通風線路中布置有多處通風設施，但是存在通風設施安裝質量不到位、漏風量較大等問題，從而使得通風系統中存在較高的內部漏風量，現場實測為26.6%。

3 通風系統優化

3.1 通風系統優化方案設計

通風系統優化后不僅可滿足當前階段通風需要，而且可兼顧后續生產時間內礦井通風要求。根據礦井后續開采計劃，優化后的通風方案應可以滿足后續9 號煤層3906、3908 綜采工作面以及11 號煤層51102、51106 等綜采工作面通風需要。為此，提出以下三種通風優化方案：方案1，提升回風井主要通風機能效，并采取合適措施降低通風系統內部、外部漏風率；方案2，更換回風井主要通風機；方案3，刷擴礦井回風段通風阻力較大巷道段斷面、及時密閉不需要用風位置、拆除部分通風機，并將主要通風機風片角度增加至9°。

3.2 通風優化方案優選及實施

采用計算機對各通風方案進行通風網絡解算，從而得到最合適礦井實際的優化方案。采用方案1時，礦井總風量在3 000 m3/min 以內時，礦井通風總風阻應在1 500 Pa 以內，但是礦井現階段總風阻已經達到1 388.7 Pa，采取封堵漏風點、降阻措施后可滿足通風需要；方案2 雖然也滿足井下通風需要，但是存在改造成本高、對礦井正常回來影響大、優化效率低等問題；方案3 對礦井回風段高阻區進行針對性降阻，且密閉不需要用風點、拆除無用的通風設施等措施，此種改造方案在礦井正常生產時即可完成，增加風葉角度增加至9°后可滿足井下各用風點風量需要，同時該方案通風優化成本較低、效率高。為此，礦井通風采用此方案。

具體通風系統高阻段主要分布在3 采區運輸巷、5采區回風段以及主回風大巷等，需針對性進行修整。

4 結語

采用降低井下通風阻力、密閉采空區、修整或者拆除通風設施，增加主要通風機風壓角等通風系統優化措施后，可滿足礦井深部回采時通風需要。研究成果可為其他礦井通風系統優化提供經驗借鑒。