運河煤礦通風系統(tǒng)改造優(yōu)化設計及應用

黃賢鋒

（山東兗礦設計咨詢有限公司，山東 鄒城 273500）

1 礦井通風系統(tǒng)改造的必要性

1）主要通風機及附屬設施已老化，安全性能下降。運河煤礦自1999 年5 月投產(chǎn)以來，在用的2 臺G4-73-12N025D 型離心式通風機已累計運行多年。長期使用致使風機附屬設施出現(xiàn)老化，風機運行性能差，能耗高，通風安全性能降低。

2）主要通風機為離心式，已被列入淘汰設備清單。根據(jù)發(fā)改運行[2014]893 號《關于加強煤礦井下生產(chǎn)布局管理控制超強度生產(chǎn)的意見》，第十五條的規(guī)定，“主要通風機優(yōu)先選用軸流式或?qū)π剑鸩教蕴x心式”。該型風機已被列入淘汰設備清單。

3）井下通風設施復雜，采掘工作面等用風地點配風較困難。目前井下設有2 個采煤工作面、1 個備用工作面和7 個掘進工作面，為保證用風地點滿足通風需求，礦方采取多種途徑對風量分配進行人為調(diào)節(jié)，比如對暫時不用的硐室或巷道進行臨時封閉，適當減少采掘工作面、硐室或巷道配風等，不僅工作量大、漏風嚴重，同時對采掘工作面配風等帶來不穩(wěn)定因素，導致個別地點出現(xiàn)配風較困難等問題。

4）主要通風機通風能力不足，將不能滿足礦井將來通風需要。根據(jù)運河煤礦生產(chǎn)接續(xù)規(guī)劃，礦井將按照近期正常開采+超高水充填開采，遠期超高水充填開采+逐巷膠結充填開采的模式保證礦井均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。屆時礦井生產(chǎn)布局及生產(chǎn)系統(tǒng)將發(fā)生較大調(diào)整，直接導致礦井實際需要風量增大，主要通風機供風能力不能滿足礦井未來的生產(chǎn)需求。

2 礦井風量及阻力計算

2.1 礦井生產(chǎn)接續(xù)規(guī)劃

運河煤礦設有2 個開采水平，一水平標高-490 m（井底車場水平），二水平標高-725 m。目前，一水平主采一采區(qū)、七采區(qū)和九采區(qū)；二水平主采五采區(qū)、八采區(qū)。其中，一采區(qū)、七采區(qū)采用正常綜放開采，九采區(qū)設計采用逐巷膠結充填開采，五采區(qū)、八采區(qū)主要采用超高水充填開采。

根據(jù)運河煤礦生產(chǎn)接續(xù)規(guī)劃，礦井將按照近期正常開采+超高水充填開采，遠期超高水充填開采+ 逐巷膠結充填開采的模式保證礦井均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。未來礦井將按照2 個采煤工作面，1 個備用工作面，5～6 個掘進工作面組織生產(chǎn)。

2.2 礦井通風時期的劃分

根據(jù)礦井2020-2026 年生產(chǎn)接續(xù)規(guī)劃，礦井通風時期將經(jīng)歷通風容易時期和通風困難時期2 個生產(chǎn)階段，其中容易時期應為主要采掘工作面集中布置在井筒附近，困難時期應為主要采掘工作面遠離井筒布置。

1）礦井近期（2020-2022 年），將按照正常開采+超高水充填開采的格局組織生產(chǎn)，經(jīng)分析近3 年為礦井相對通風容易階段，其中2022 年為礦井通風較容易時期，該時期采掘工作面分布如下：

2 個采煤工作面：7308 綜放工作面和C5302 超高水充填工作面；

1 個備用工作面：9304 下膏體充填備用工作面；

5 個掘進工作面：五采區(qū)充填皮帶巷延伸綜掘、C8316 軌順綜掘、1307 軌順普掘、7315 皮順普掘和九采區(qū)皮帶上山延伸普掘。

該時期主要采掘工作面集中布置在井筒附近，礦井通風風量最小，通風距離短，通風阻力最小。

2）礦井遠期（2023-2026 年及以后），將按照超高水充填開采+ 逐巷膠結充填開采的模式進行生產(chǎn)，經(jīng)分析該時期為礦井相對通風困難階段，其中2023 年為礦井通風較困難時期，該時期采掘工作面分布如下：

2 個采煤工作面：C8316 超高水充填工作面和9304 下膏體充填工作面；

1 個備用工作面：1307 綜放備用工作面；

6 個掘進工作面：C5304 皮順綜掘、7318 皮順綜掘、C8302 軌順普掘、C5304 軌順普掘、7319 皮順（外段）普掘和9308 下軌順（外段）普掘。

該時期主要采掘工作面遠離井筒布置，礦井通風風量最大，通風距離長，通風阻力最大。

2.3 礦井風量計算

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（2016）、《煤礦礦井風量計算方法》（MT/T 634-2019）和濟寧能源發(fā)展集團有限公司關于印發(fā)《礦井風量計算方法》的通知（濟寧能源發(fā)〔2018〕29 號）等規(guī)定，礦井通風容易時期及困難時期總風量及分配詳見表1。

表1 礦井各時期總風量及其分配表

2.4 礦井通風阻力計算

1）通風容易時期以回采C5302 工作面為路線進行摩擦阻力計算，通風路線如下：

地面→副井→井底車場→-490 西翼軌道大巷→軌道暗斜井繞道車場→軌道暗斜井→五采區(qū)充填軌道巷繞道→五采區(qū)充填軌道巷→C5302 軌順→C5302 工作面→C5302 皮順→五采區(qū)充填皮帶巷→回風暗斜井聯(lián)絡巷→回風暗斜井→總回風巷→主井→地面。

2）通風困難時期以回采C8316 工作面為路線進行摩擦阻力計算，通風路線如下：

地面→副井→井底車場→-490 西翼軌道大巷→軌道暗斜井繞道車場→軌道暗斜井→-725 東翼軌道大巷→C8316 軌順→C8316 工作面→C8316皮順→-725 東二皮帶巷→-725 東翼膠帶大巷→回風暗斜井→總回風巷→主井→地面。

3）礦井局部通風阻力按摩擦阻力的10 %計算，經(jīng)計算，礦井通風容易時期、困難時期風量負壓見表2。

表2 礦井不同時期通風參數(shù)表

2.5 現(xiàn)有主要通風設備校核

目前礦井主要通風機房設有 2 臺G4-73-12N025D 離心式通風機，配備三相異步電動機，額定功率為355 kW，轉(zhuǎn)速595 r/min，其中1 臺工作，1 臺備用。根據(jù)運河煤礦提供的主要通風機最大角度檢測報告，西側(cè)1 號風機的通風能力較小，若該風機滿足要求，則東側(cè)2 號風機通過調(diào)節(jié)即能滿足要求。

根據(jù)礦井通風困難時期在G4-73-12No25D 型風機特性曲線上的工況點參數(shù)，詳見表3。礦井主要通風機前導器全開式時，風機所能提供的風量和負壓不能滿足礦井生產(chǎn)通風要求。

表3 G4-73-12No25D 型風機工況點參數(shù)電動機容量表

3 礦井通風系統(tǒng)改造優(yōu)化設計

3.1 主要通風機選型

根據(jù)國內(nèi)大型煤礦主要通風機運行情況，目前礦用軸流式通風機具有提供風量大、運行效率高的性能，并且軸流式通風機具有反轉(zhuǎn)反風或調(diào)整葉片角度反風的特點，可節(jié)省地面反風道的建設工程，風機安裝布置簡單，反風調(diào)節(jié)方便可靠。設計主要通風機選用軸流式，提出以下3 個方案進行對比分析。

方案1：選用FBCDZ-8-№27/355×2 型風機2臺，1 臺使用，1 臺備用。不同時期通過變頻調(diào)速和調(diào)整葉片角度改變風量，并進行反風。每臺風機配6 kV，740 r/min，355 kW 電動機2 臺，風機與電機直接傳動，通風容易時期風機葉片角0°，通風困難時期葉片角0°。

方案2：選用AN2500/1250B 型風機2 臺，1 臺使用，1 臺備用。不同時期通過調(diào)整葉片角度改變風量，反轉(zhuǎn)反風（可實現(xiàn)一鍵快速反風）。每臺風機配6 kV，990 r/min，630 kW 電動機1 臺。通風容易時期風機葉片角52°，通風困難時期葉片角59°。

方案3：利用安居煤礦FBCDZ-8-№28/560×2型風機2 臺，1 臺使用，1 臺備用。不同時期通過變頻調(diào)速和調(diào)整葉片角度改變風量，通過風機反轉(zhuǎn)進行反風。每臺風機配10 kV，740 r/min，560 kW 電動機2 臺，風機與電機直接傳動，通風容易時期風機葉片角0°，通風困難時期葉片角0°。

設計對上述3 個選型方案進行技術、經(jīng)濟綜合比較，詳見表4。經(jīng)分析，F(xiàn)BCDZ-8-№27/355×2 型風機與AN2500/1250 型風機相比，投資低，設備結構緊湊，布置方便，基礎抗變形能力強；FBCDZ-8-№27/355×2 型風機與FBCDZ-8-№28/560×2 型風機相比，供電環(huán)節(jié)少，運行可靠，節(jié)能效果好。故設計推薦方案1 為主導方案。

表4 礦井主要通風機選型方案比選表

3.2 主要通風機布置

目前，現(xiàn)有主要通風機采用室內(nèi)布置，風機配電室設在通風機房內(nèi)。由于新選主要通風機為對旋軸流式，現(xiàn)主要通風機為離心式，2 種風機的結構形式和布置方式不同，導致現(xiàn)有風機房不能利用，另考慮投資問題，礦方計劃不再新建通風機房，新風機采取室外布置。根據(jù)工業(yè)場地現(xiàn)狀，在現(xiàn)有通風機房東、西兩側(cè)均有可利用空間，能滿足新通風機的布置要求，設計提出以下2 個方案進行對比分析。方案1：新風機布置在現(xiàn)有通風機房東側(cè)，風機配電室利用現(xiàn)有通風機房布置，詳見圖1；方案2：新風機布置在現(xiàn)有通風機房西側(cè)，風機配電室利用現(xiàn)有通風機房布置，詳見圖2。

圖1 方案1 通風機站布置平面圖

圖2 方案2 通風機站布置平面圖

方案1 優(yōu)點：場地改造工程量小，投資低。缺點：占用現(xiàn)有通風機房入口通道，影響機房內(nèi)設備進出。

方案2 優(yōu)點：新風機緊鄰現(xiàn)通風機房西側(cè)布置，不影響通風機房內(nèi)設備進出。缺點：場地改造工程量大（室外電纜溝、排水溝、管道支架和污水坑需要改造），投資高。綜上所述，設計推薦方案1 為主導方案。另考慮回風井井口不應正對重要的建筑物和設施，設計正對主井防爆門范圍內(nèi)風道采用地下式布置。

4 運行效果檢驗

截止目前運河煤礦已完成主要通風機招標、采購和安裝工作。風機運行期間體積流量122.97 m3/s，負壓2 084.81 Pa，滿足目前井下采掘工作面等用風要求，作業(yè)環(huán)境得到較大改善，通風系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，整體運行狀態(tài)良好，對礦井未來生產(chǎn)布局的調(diào)整提供了有力保障。