資源衰減礦井中的通風系統優化與設計

孫 林

（晉能控股煤業集團晉華宮礦，山西 大同037016）

1 礦井通風系統改造區域的確定

1.1 晉華宮礦生產區分布

晉華宮井田位于大同煤田東北端，受著大同向斜的控制，在東部邊緣地帶地層傾角變大，甚至直立倒轉，但范圍有限，向內約500 m 則變為平緩，傾角100左右。井田內主要可采煤層有：2-1、2-3、3、7-1、7-3、7-4、9、10、11-1、12-2、12-3 號共11層。截止2009 年末保有儲量30 582.3 萬t,可采儲量16 216.5 萬t。礦井設計能力為315 萬t，設計服務年限為112 a。晉華宮礦分為大井河北區域和河南區域，共有4 個回風井。各回風井分別擔負不同生產盤區的通風任務。具體見表1 所示。

表1 各回風井的通風任務

由表1 可見，中央風井、榆澗風井和馬營溝風井各自擔負的區域內均存在有2 個及以上的生產煤層，且用風點的布置和風量使用情況已經飽和，因此，在這3 個風井區域內進行流程再造并不可行。

相對來說，麻村風井通風區域內均為殘采盤區，且用風點較少。在其他3 個風井區域內暫不能進行任何超前規劃部署的情況下，麻村風井通風區域內的風量使用效率并不高，且區域內還有7-1、11、14-2 號等煤層未開拓，因此這一區域內的流程再造相對來說較為可行。

1.2 通風系統的優化改造

麻村回風斜井目前的回風量為3 640 m3/min，負擔2 號層301 盤區和3 號層303、305 盤區的各個回風末端以及變電硐室等地點的供風任務，所負擔的通風區域內無生產作業隊組。

若在麻村風井所擔負的通風區域開拓新的生產煤層，則屆時該區域的現有風量將不能滿足實際需求。由此也造成了麻村風井通風區域內的部分巷道斷面無法滿足通風困難時期的回風風量，會出現巷道風速超過《煤礦安全規程》允許范圍的現象。此外，麻村風井主扇已運行30 多年，設備的不穩定性和故障率大大增加，對全礦的“通風可靠”形成了嚴重的安全隱患。因此，麻村風井通風區域的流程再造重點就在于該區域內通風系統的優化改造。

2 麻村風井通風系統優化改造的具體方案

麻村風井現運行主要通風機型號為2K58II-NO.24，該型主要通風機已運行30 余年。

2.1 通風系統改造的必要性

2.1.1 無法滿足盤區延伸后的風量需求大井河北區域305 盤區賦存5 層煤，分別為2-3、3、7-1、11 和14-2 號層，其中2-3、3 號層已回采結束，7-1、11 和14-2 號層屬于未開拓煤層。

1）2-3 、3 號層雖已回采完畢，但因其與現有生產系統在供電、防治水等方面的系統相關聯，所以仍無法對其進行優化；而礦井生產后期由于產能格局的調整，將逐步開拓305 盤區的剩余3 個煤層。

2）從表2 中可知，麻村風井現有的風量除滿足目前各需風點的風量外，再無富余。而延伸開拓的煤層（以11 號煤層為例）在正常回采期間的需風量至少為4 500 m3/min，即麻村風井從長期來看，其風量缺口將至少在4 500 m3/min。

表2 麻村風井通風容易時期風量分配（現狀）

綜上原因，麻村風井現有的風量遠不能滿足后期礦井通風困難時期的需風量要求。為此，晉華宮礦需要提前對麻村風井進行改造，以保證后期礦井正常的生產計劃銜接。

表3 麻村風井通風困難時期風量分配表

2.1.2 主要通風機及其附屬設備無法保證通風安全

1）麻村風井主扇已運行30 多年，設備老化嚴重，且主扇機房因常年的風雨侵蝕，已有垮塌的危險。

2）礦井后期將開拓新的生產盤區，由此帶來麻村風井總回風量的大幅增加，而目前所運轉的麻村風井主要通風機已經沒有調整動葉安裝角以增大主扇排風量的余地。

2.1.3 多段回風巷道斷面小，增大了礦井通風阻力

麻村風井通風區域內的2-3 號-7-1 號層回風暗斜井以及麻村回風斜井等多段回風巷道嚴重失修，導致現巷道斷面較設計斷面大幅降低，巷道斷面最小處僅為5 m2，極大的增加了礦井通風阻力和礦井等積孔，增加了礦井通風難度，不利于生產部署的順利實施。

綜合上述原因，麻村風井通風系統的改造勢在必行。

2.2 通風系統改造的備選技術方案

根據礦井實際情況，提出如下2 種通風系統改造技術方案

方案1：更換麻村風井的主要通風機，并對2-3號-7-1 號層暗斜井及麻村回風斜井共計980 m 的巷道進行刷大降阻，同時對刷大后的巷道進行網噴支護。另外，延伸麻村回風斜井至11 號煤層，延伸巷道的斷面與原回風斜井刷大后的斷面相同。

方案2：維持麻村風井現有通風系統及回風巷的斷面不變。從305 盤區的11 號煤層開始掘進專用回風巷，與榆澗風井連通，將11 號層的回風引入榆澗風井。

上述2 套技術改造方案的優、缺點對比如表4所示。

從表4 可見，方案1 整體的可行性上是優于方案2 的。因此，選定方案1 為麻村風井通風系統改造的最終方案。

表4 2 套技術改造方案的優、缺點對比

2.3 通風系統改造具體方案

2.3.1 主要通風機技術改造方案主要包括以下組成部分：

1）將麻村回風斜井及2-3 號-7-1 號層回風暗斜井共計980 m 巷道斷面刷大至16 m2，以降低麻村風井通風系統的通風阻力，降低通風難度。

2）延伸麻村風井：累計巷道掘進長度399.5 m。

3）更換麻村風井主要通風機及其電控設備等配套設施，營建主扇機房和室外配套工程等土建工程。

2.3.2 通風容易、困難時期的通風阻力計算，主要通風機及電機的選型

1）礦井通風阻力為考慮自然風壓影響的前提下，通風容易（困難）時期最大阻力路線的各段巷道摩擦阻力的總和。

麻村風井通風容易時期的阻力計算：

通風困難時期的阻力計算：

式中：he為通風容易時期的井巷摩擦阻力，Pα；hn為通風困難時期的井巷摩擦阻力，Pα；k 為巷道局部摩擦阻力系數，取0.1～0.2；HN為礦井的自然風壓，Pα；一般取100～200 Pa。

結合上述計算方法和通風阻力計算，得出：

礦井通風容易時期（現狀）阻力為hf=1 740 Pa，風量為Q=3 600 m3/min。

礦井通風困難時期的阻力為hf= 2 786 Pa，風量為Q=9 260 m3/min。

2）主要通風機的選型。根據上述計算結果，確定麻村風井更換的主要通風機的工況點為：hf=2 786 Pa，風量為Q=9 260 m3/min。

對比多種型號的通風機特性曲線后，選定新的主要通風機型號為：AGF606-2.82-1.58-2 型軸流式通風機。

3)電機的選擇。根據所選風機的實際工況點計算所匹配電機的功率：

因N·mmin＜0.6 N·mmax，所以，需選用2 臺電動機。

3 礦井的流程再造

1）結合礦井的長遠發展規劃，分析并確定了礦井的流程再造的合理區域和麻村風井所面臨的主要問題，確定了項目實施的可行性，論據充分，論證合理。

2）經過方案對比，初步選定了麻村風井通風系統的改造方案，并通過通風阻力計算和主要通風機及電機的選型，確定了最終的改造方案及所需的相關設備。

3）根據所確定的通風系統改造方案，對該方案實施所需要的資金進行概算，對礦井的生產經營計劃具有一定的指導意義（見表5）。

表5 麻村風井通風系統技術改造項目投資估算明細表

4 結 論

該研究成果除能保證礦井長遠的生產銜接，同時更能提高礦井整體的通風可靠性。成果實施后，能保證礦井每年至少增加一個綜采工作面、2 個掘進工作面同時生產。根據地測資料及相關技術設計，所增加的采掘工作面每年至少可生產原煤95 萬t，可增加煤炭年銷售額約4.3 億元。