煤礦通風系統優化方案對比

張尚偉

（山西華陽集團新能股份有限公司煤層氣開發利用分公司， 山西 陽泉 045008）

引言

通風系統是煤礦安全生產的重要保證，是排出工作面瓦斯、有毒氣體以及粉塵的主要途徑，也是控制工作面煤炭自燃和火災的預防系統。據統計表明，綜采工作面的80%左右的瓦斯均通過通風系統排出，綜采工作面30%的粉塵通過通風系統排出，可見通風系統的重要性和不可替代性。在實際生產中，隨著工作面的深入，最終設計的通風系統往往不能夠完全滿足實際通風需求，進而導致礦井的抗災變能力變弱[1]。因此，從保證煤礦安全生產和提高經濟效益的角度，定期對其通風系統優化是十分有必要的。

1 平陽煤礦通風現狀分析

平陽煤礦井煤炭儲量可達3.25 億t，目前可開采煤層的厚度范圍為0～9.8m，平均煤層厚度為3.96m。目前，該煤礦共布置有8 個井筒，包括有主井、副井、主斜井、西風井、-200 進風井、東回風井、己四進風井和己四回風井。結合實踐生產經驗，對當前煤礦的通風現狀進總結。

東回風井目前配置有兩臺通風機，具體型號為FBCDZNO.30，主要負責對己一和己三綜采工作面的通風任務。該通風機在實際工作中的總的排風量為10740 m3/min，負壓高達3881 Pa。因此，東回風井主要存在的問題為通風負壓偏大。

西回風井目前配置有兩臺通風機，具體型號為FBCDZNO.28，主要負責對己二綜采工作面的通風任務，該通風機在實際工作中的總的排風量為6782 m3/min，負壓高達2400 Pa。總體來講，西回風井的當前的通風系統可滿足實際生產的需求[2]。

己四回風井目前配置有兩臺通風機，具體型號為FBCDZNO.35，主要負責對己四綜采工作面的通風任務，該工作面目前尚未全面投產。該通風機的運行參數為：總的排風量為5016 m3/min，負壓高達980 Pa。己四回風井當前通風系統可滿足實際生產的需求。

目前，該煤礦采用五進三回的通風方式，其中進風井包括有主井、副井、東進回風井、己四副井和己四明斜巷進風。上述3 個回風井中所配置通風機的具體工作參數如表1 所示。

表1 通風機具體工作參數

為充分準確評估當前通風系統與實際需風量的匹配程度，結合煤礦的生產需求對采煤機工作面、掘進工作面、井下硐室以及東翼等位置的需風量進行綜合評估，評估結果如表2 所示。

表2 工作面需風量計算

分析表1 中通風機的工作參數和表2 中工作面的實際需風量，東翼采區通風量和實際需風量差距較大，說明東翼通風系統的供風不足，需要為其增加相應的供風量措施。

總之，可將煤礦當前通風系統面臨的問題總結如下：

1）東回風系統的風阻較大，從而導致工作面出現較為嚴重的漏風現象；同時，東回風系統的供風量不足會影響到工作面掘進的正常生產。

2）東回風系統對己三、己一采區及己一輔助采區的通風任務，整個通風線路較長，其可靠性偏低；同時，在通風線路上存在角聯巷道，容易導致無風現象的出現。

3）在分析當前現狀的未來三年內該煤礦還有兩個采區要投產，當前的通風系統所面臨的線路會更長，進而導致通風阻力越大，更加無法滿足實際生產的需風量要求。

4）該煤礦通風系統的局部區域風速超過《煤炭安全規程》規定的風速，而且部分區域的風阻占比全礦風阻的40%，存在極大的優化空間[3]。

2 優化方案的對比

2.1 提出方案

結合煤礦當前通風系統現狀針對性地提出四種優化方案。

1 號方案：調整煤礦主通風機的工況，并對工作面巷道部分風速超限的巷道進行拓寬處理；

2 號方案：將-200 進風巷更改為回風巷，并適當增大該通風線路上主通風機的安裝角度；

3 號方案：將-200 進風井更改為回風井，并對該條通風線路上的通風機設備進行重新選型；

4 號方案：將-200 進風井更改為回風井對其通風線路進行延長，并根據改造后的情況重新配置通風設備。

2.2 對比方案

對四種通風系統的優化方案的優劣勢進行對比，結果如下：

對于1 號優化方案而言，調整主通風工況主要對葉片安裝角度和風機轉速進行控制。其中，調整其葉片安裝角度無法保證力學性能滿足要求，危險系數偏高，且改造后系統超出了通風機的安全工作壓力范圍。因此，1 號方案不可行。

對于2 號優化方案而言，其僅通過增大通風機的安裝角度解決問題，雖然可降低通風阻力，但是該種優化方式的增風量有限，不符合煤礦的長期發展要求[4]。

對于3 號優化方案而言，采用此種改造后可有效降低線路上的通風負壓，并縮短通風線路。雖然該方案的投資成本較大，但是可有效服務煤礦的長期發展。

對于4 號優化方案而言，除了具備3 號優化方案的特點外，其對解決局部巷道風速超限和降低線路上通風負壓兩個方面具有顯著的意義。

綜上，經初步分析，3 號和4 號方案均可作為優化方案對煤礦通風系統進行改造。

2.3 確定方案

為最終對比3 號優化方案和4 號優化方案的優劣性，本文采用3D Vent 軟件對兩個方案優化后的效果進行對比。具體分析步驟為：根據煤礦實際參數建立通風巷道模型，并設定巷道參數，結合優化方案對局部參數進行調整，最后對兩個方案對應的結果進行對比。

對比表3 和表4 中的數據，雖然兩種方案對應的供風量均能夠滿足實際生產中的需風量要求。但是，對應3 號方案中的超風率為7.89%；而對應4 號方案中的超風率為13.31%。因此，說明3 號方案比4號方案更經濟，性價比更高[5]。

表3 3 號優化方案的效果

表4 4 號優化方案的效果

3 結語

通風系統為煤礦安全生產的主要保證，基于通風系統可將工作面瓦斯、粉塵等排出。但是，隨著工作面生產的不斷深入，原設計的通風系統主要表現為風阻偏大、風量不足、漏風嚴重以及能耗增加的問題。因此，以平陽煤礦為例重點對通風系統進行優化，并對提出了四種優化方案進行對比分析，最終確定通過“將-200 進風井更改為回風井，并對該條通風線路上的通風機設備進行重新選型”的方案對通風系統進行優化。