麥捷煤業礦井通風能力核定分析

陳棟棟

（山西壽陽潞陽麥捷煤業有限公司，山西 晉中 030600）

0 引 言

山西壽陽潞陽麥捷煤業有限公司位于山西省壽陽縣解愁鄉榮家溝村，隸屬于晉能控股集團有限公司，設計能力90 萬t/a，核定生產能力為150 萬t/a，上年度核定通風能力187.6 萬t/a；上年底地質儲量12 320.7 萬t，可采儲量4 491.1 萬t。礦井可采有8、9、15 號煤層，目前開采15 號煤層，煤層平均厚度為6.30 m，該煤層各生產系統完善可靠；輔助水平8、9號煤層正在按照“礦井1.5 Mt/a 變更生產系統項目”進行首采工作面安裝。礦井地質構造屬中等類型。礦井開拓方式為立井、斜井混合開拓，開采方式是走向長壁后退式。進風斜井、主斜井、副立井和管道立井進風，回風立井專用于回風，核定時井下共布置2 個工作面（150506 回撤工作面、150503 采煤工作面），1個備用工作面（80102 備用工作面），4 個掘進工作面（150505 軌道順槽、150505 皮帶順槽、公共高抽進風巷、公共高抽回風巷）。回風立井地表安裝2 臺型號為FBCDZ-№28 的對旋軸流式主通風機，1 臺工作，1 臺備用，電機額定功率均為2×500 kW，額定轉速均為740 r/min，葉片角度為4.5°，核定時運行2 號通風機。

2 礦井需風量計算

按照AQ1056-2008《煤礦通風能力核定標準》規定，對采、掘工作面及硐室等用風地點分別進行需風量計算。該礦需風地點：1 個回撤工作面，1 個采煤工作面，1 個備用工作面，4 個掘進工作面，9 個獨立通風硐室、11 條其他用風巷道，以此計算礦井需風量。

2.1 回采工作面需風量計算

在實際生產中，回采工作面的需風量需要考慮多方面的因素才能最終確定，主要有氣象條件、瓦斯涌出情況、CO2涌出情況以及人員和有毒有害氣體的情況。通常情況下，需要采用相應的公式進行計算進行確定，取計算結果中的最大值作為工作面的需風量[1-3]。

1）考慮氣象條件的需風量。式中：Qcf為回采工作面的需風量，m3/min；vcf為巷道內的風速，m/s；Scf為工作面處的斷面面積，其與控頂距有關，通常取最大控頂距和最小控頂距下的斷面面積的平均值，m2；kch為采高調整系數，煤層厚度不穩定時需要對采高進行調整；kcl為工作面長度的調整系數，與工作面是否存在調斜存在較大的關系。

2）考慮瓦斯涌出的需風量。

式中：qcg為回采工作面的回風風流中的絕對瓦斯涌出量，與工作面的開采強度存在很大的關系，開采強度越大，其值越大，m3/min；kcg為工作面瓦斯涌出不均勻系數，在風量變化時，瓦斯涌出量的值也會出現一定的變化。

3）考慮CO2涌出的需風量。

式中：qcc為回采工作面的回風風流中的絕對CO2涌出量，與煤層的開采強度存在一定的關系，m3/min；kcc為不均勻系數，與風流的穩定性有關。

該礦有2 個工作面：150506 回撤工作面、150503 采煤工作面。1 個80102 備用工作面。備用工作面亦應滿足瓦斯、二氧化碳、氣象條件等規定計算的風量，且最少不應低于采煤工作面實際需要風量的50%。

經過計算，確定150506 回撤工作面需風量為954 m3/min，150503 采煤工作面需風量為954 m3/min，80102 備用工作面需風量為338 m3/min。

2.2 掘進工作面需風量計算

與回采工作面需風量一樣，掘進工作面的需風量也受到多方面因素的影響，主要有瓦斯涌出量、CO2涌出量、作業人員數量以及局部通風機等。對這些因素條件的需風量進行計算，取計算結果的最大值作為掘進工作面的實際需風量[4-7]。

1）考慮瓦斯涌出量的需風量。

式中：qhg為掘進工作面風流中的絕對瓦斯涌出量，不考慮瓦斯抽放量，m3/min；khg為瓦斯涌出不均勻系數，需要通過連續1 個月的現場實測確定。

2）考慮CO2涌出量的需風量。

式中：qhc為掘進工作面風流中的絕對CO2涌出量，m3/min；khc為CO2涌出不均勻系數，需要通過連續1個月的現場實測確定。

3）考慮使用炸藥量的需風量。

一級煤礦許用炸藥：

二、三級煤礦許用炸藥：

式中：Ahf為掘進工作面一次爆破所用的最大炸藥量，kg。

4）考慮局部通風機的需風量。

對于無瓦斯涌出的巖巷，需風量可以表示為：

對于有瓦斯涌出的巖巷、半煤巖巷和煤巷，需風量可以表示為：

式中：Qaf為局部通風機實際吸風量，m3/min；I為同時工作的局部通風機臺數；Shd為安裝局部通風機處巷道的最大斷面面積，m2。

經過計算，確定150505 軌道順槽掘進工作面需風量為601 m3/min，150505 皮帶順槽掘進工作面需風量為596 m3/min，公共高抽進風巷掘進需風量為611 m3/min，公共高抽回風巷掘進需風量為432 m3/min。掘進工作面總需風量為2 240 m3/min。

2.3 硐室實際需風量計算

各個獨立通風硐室的需要風量，應根據不同類型的硐室分別進行計算。井下共有獨立通風硐室9個，電機車充電硐室的需風量確定為180 m3/min；新區單軌吊充電硐室的需風量確定為220 m3/min；原15 號北軌單軌吊充電硐室的需風量確定為137 m3/min；皮帶變電所120 m3/min；新區1 號變電所150 m3/min；輔助水平變電所155 m3/min；輔助水平水倉212 m3/min；副斜井候車硐室140 m3/min，15 號中軌水倉220 m3/min。綜上，硐室的實際需風量為1 534 m3/min。

其他用風巷道的需要風量，應根據瓦斯涌出量和風速分別進行計算，結果見表1。其他用風巷道總需風量為2 318 m3/min。

2.4 全礦井需要風量計算

全礦井的需風量應為井下回采工作面、掘進工作面、備用工作面以及各個硐室需風量的總和，可以表示為：

式中：Qra為全礦井需風量，m3/min；Qcf為回采工作面需風量，m3/min；Qhf為掘進工作面需風量，m3/min；Qur為硐室需要風量，m3/min；Qsc為備用工作面需風量，m3/min；Qrl為其他巷道需風量，m3/min；Qdl為柴油動力裝置機車需風量，m3/min；kaq為礦井通風備用系數，通常采用的是抽出式通風方式，取值范圍為1.15～1.20。

經過計算，全礦井總需風量為9 589 m3/min。

表1 其他用風地點需風量計算

3 礦井通風能力核定

根據礦井總進風量與計算的礦井各用風地點的實際需風量（包括按規定配備的備用工作面）計算出采掘工作面個數，并計算礦井通風能力[8-10]。

工作面的產量可以表示為：

式中：Ac為工作面的年產量，萬t/a；lc為工作面的平均長度，m；hc為采高，m；rc為原煤視密度，t/m3；bc為平均日推進度，m/d；cc為工作面回采率。

經過計算，采煤工作面的生產能力178.8 萬t/a。

掘進工作面年產量表示為：

式中：Ahi為第i 個掘進工作面的年產量，萬t/a；Shi為第i 個掘進工作面純煤面積，m2；rhi為第i 個掘進工作面的原煤視密度，t/m3；bhi為第i 個掘進工作面平均日推進度，m/d。

經過計算，即掘進工作面的年產量為16.6 萬t/a。

在現有生產條件下，核定該礦井的通風能力可以滿足礦井的煤炭采量為195.4 萬t/a。

4 礦井通風能力驗證

4.1 通風設備能力驗證

該礦在回風立井地面安裝2 臺型號均為FBCDZ-№28 型軸流式通風機，額定轉速740 r/min，配用電動機功率為2×500 kW，通風機的附屬裝置齊全，操作靈活。2020 年11 月27 日，山西潞安檢測檢驗中心有限責任公司對該礦主要通風機進行了安全性能檢測，報告編號分別為：晉煤檢[2020]-TF-K0088、晉煤檢[2020]-TF-K0089。

核定時，礦井運行2 號風機，葉片角度4.5°，運行頻率45 Hz，風機負壓2 410 Pa，實測排風量10 458 m3/min。查通風機性能曲線：2 號通風機風壓2 237 Pa，風量195.04 m3/s（11 702.4 m3/min），軸功率565.84 kW，效率76.46%；1 號風機風壓2 354 Pa，風量191.86 m3/s（11 511.6 m3/min)，軸功率588.38 kW，效率76.14%。從通風機性能曲線可以看出，風機目前的運行工況點位于通風機特性曲線右下側、單調下降的線段上，通風機系統運轉平穩，處于安全合理的運行狀態[11]。

2 臺主要通風機性能良好，功率相匹配，工況點運行在單調下降區段，運行合理，都大于礦井需風量（9 589 m3/min）。故能滿足礦井生產195.4 萬t/a的要求。

4.2 通風網絡能力驗證

根據礦井通風阻力測定結果和通風機性能曲線，分析該礦通風系統：核定時，礦井的排風量為10 458 m3/min，通風機負壓2 410 Pa。2020 年5 月15日，晉中市煤炭規劃設計院對該礦進行了礦井通風阻力測定，主要測定結果：礦井總回風量9 360 m3/min（191.86 m3/s），測定阻力1 772.46 Pa，等積孔4.41 m2。礦井井下風量分配合理[12]，通風設施齊全，礦井的通風網絡能力能夠滿足礦井195.4 萬t/a 的需要。

4.3 礦井稀釋瓦斯能力驗證

利用瓦斯等級鑒定結果以及礦井瓦斯安全監測儀器檢測的結果，驗證礦井通風稀釋排放瓦斯的能力，各地點瓦斯濃度應符合《煤礦安全規程》的有關規定。井下各用風地點的風量充足，井下巷道無風速超限現象。在核定日井下各主要地點的瓦斯及二氧化碳濃度見表2。

表2 井下各主要地點的瓦斯及CO2 濃度表

根據礦方報表并對照監控系統監測的瓦斯濃度等相關數據，各采掘工作面均無瓦斯濃度超限現象。礦井稀釋排放瓦斯的能力能夠滿足195.4 萬t/a 的生產需要。

5 結 論

礦井實際進風10 639 m3/min，需要風量9 589 m3/min，富余風量1 050 m3/min；能夠滿足195.4萬t/a的通風能力要求。礦井總進風量能夠滿足1 個回撤工作面，1 個采煤工作面，1 個備用工作面，4 個掘進工作面，9 個獨立通風硐室和11 個其他用風巷道的風量要求。建議礦井在需風地點發生變化時，合理的計算礦井需風量并調整通風機風量，避免風量不足或浪費。