礦井通風系統優化改造

張 標

(中煤平朔集團 井工一礦， 山西 朔州 036002)

礦井通風系統能夠稀釋、排除井下對人體有害的氣體及礦塵，為煤礦井下工作者提供舒適良好的工作環境。合理的通風系統是礦井進行安全生產的重要保障。在投產初期，礦井用風地點較少，井下通風構筑物較少，通風線路較短，礦井通風系統較簡單。隨著礦井采掘范圍的不斷擴大，除采掘之外的井下用風地點(硐室、巷道)增加，通風系統的構筑物隨之增加，通風系統日益復雜，工作面回采結束后部分工作面繞道、聯巷封閉不及時，不僅增大了礦井通風系統管理難度，還增加了礦井需風量和通風功耗。平朔井工一礦通風系統復雜，管理難度大，為此對其進行優化改造，并對改造效果進行分析，以提高礦井通風系統可靠性，提高礦井抗災能力。

1 礦井概況

平朔井工一礦井田位于平朔礦區中南部，其北側為安家嶺露天礦，礦井主要由安家嶺露天礦的西排土場下的上窯采區和七里河西邊的太西采區組成，行政區劃隸屬于山西省朔州區平魯區，礦井交通運輸條件十分便利。井田面積16.16 km2. 礦井核定生產能力為10.0 Mt/a，屬現代化大型礦井。

平朔井工一礦采用斜-立井聯合開拓方式，其中主斜井、副斜井、進風立井擔負礦井進風任務，回風立井擔負整個礦井的回風任務。礦井通風方式為中央并列式，通風方法為機械抽出式，回風立井安裝2臺FBCDZ No.34型主通風機，1用1備，風機配套電機額定功率為2×800 kW. 井下采用傾斜長壁放頂煤工藝開采方法。礦井范圍內4號煤及9號煤均具有煤塵爆炸危險性，兩煤層為Ⅱ類自燃煤層，礦井為低瓦斯礦井。

9號煤層為當前礦井主采煤層，4號煤層位于9號煤層上方，4號煤層多數區域已回采完畢，仍保留有很多巷道，通風系統較為復雜，兩條主要進風路線分別為：主、副斜井→9號煤太西輔運大巷→9-4號煤輔運暗斜井→4號煤太西輔運大巷→4號煤太西各作業地點→4號煤太西回風巷→4號煤太西回風聯巷→回風立井；進風立井→4號煤太西輔助進風巷→4號煤太西采區東翼輔運巷→4號煤太西輔運巷→4號煤太西各作業地點→4號煤太西回風巷→4號煤太西回風聯巷→回風立井。

2 礦井通風參數測試

為了更加深入了解礦井通風系統，掌握礦井通風系統現狀，理清礦井通風系統實際存在的問題，便于為礦井通風系統優化提供數據支持和參考，對平朔井工一礦開展礦井通風基礎數據測試工作。

2.1 測試路線及測點布置

礦井通風基礎數據測試工作首先是確定測試路線，測定路線要結合待測礦井的生產實際，一般是從進風井、井下輔助運輸大巷(軌道大巷)，到達主要用風地點，然后經過采區回風巷和回風大巷達回風井，這條測試路線一般不包含通風設施，即整條測試路線一般不會通過風門、風窗或擋風墻。部分礦井通風構筑物設置不合理時，測試路線可能會通過風窗。測壓點選擇條件是由這些測壓點構成的測試路線應能反映礦井巷道系統的實際狀況，測壓點應有準確的標高，兩測壓點之間不易太近，否則難以準確測定兩測壓點之間的阻力。井下測壓點要按序進行編號標記。為了取得真實準確的測定數據，在上述測定路線的風流分岔點之前或后及產生局部阻力(局部阻力由渦流引起，一般出現在巷道斷面突然變大或減小、巷道發生拐彎、巷道的分風點和匯風點等處)的地點前后均布置了測壓點，風量測量位置一般選擇在巷道支護完好、斷面規整、前后無雜物、風流穩定的斷面內。

結合平朔一礦井下生產布置情況和礦井通風系統實際情況確定了礦井通風基礎數據測試路線和測試節點：副斜井→9號煤暗斜井→9號煤太西輔運大巷→9-4號煤暗斜井→太西4號煤輔運巷→14113工作面(已密閉)→太西4號煤回風巷→回風立井。

2.2 測定方法及測定儀器

該次通風基礎數據測試采取氣壓計基點法進行。氣壓計基點法是準備兩臺數字式精密氣壓計，一臺放在副井口監測地面大氣壓力波動情況及地面溫濕度的變化情況，每5 min記錄一次地面大氣參數；另外一臺隨測試人員下井，結合預先布置好的測試路線及壓力測點，逐一測試各節點的大氣壓力和干濕溫度等空氣參數。

測試所用儀表設備見表1.

2.3 通風基礎數據測試結果

礦井風機房水柱計示數為1 390 Pa，通過計算可得到風硐或風機水柱計安設位置的動壓為37.3 Pa，結合礦井通風基礎數據計算該條測試路線上的礦井自然風壓為31.3 Pa，理論計算礦井通風阻力為：

(1)

表1 通風基礎數據測試使用儀器表

通過計算，礦井理論通風阻力為1 384.0 Pa.實測礦井通風阻力為1 333.5 Pa，結合實際需求，按照《數值修約規則》(GB 8170—87)修約為1 334 Pa. 測試過程中因受風門啟閉、地表氣壓波動、井下膠輪車產生的活塞風等多重因素不同程度的影響，測試結果存在著一定不確定性，礦井通風系統阻力測定誤差計算公式為：

(2)

式中，hr為實測礦井通風阻力，Pa.

由式(2)計算得到此次該礦井通風阻力實測誤差為3.61%，相對誤差<5%，測試數據準確可靠。

實測平朔井工一礦通風阻力1 334 Pa，礦井通風系統總回風為240.833 m3/s(14 450 m3/min)，礦井總風阻為0.023 000 N·s2/m8，等積孔為7.847 m2，所以，平朔井工一礦為通風容易礦井。

礦井通風系統三區通風距離比為51.87%∶25.44%∶22.69%，三區阻力比為42.15%∶20.96%∶36.89%. 礦井通風系統三區阻力分布見圖1.

圖1 通風系統三區阻力分布圖

進風段及用風段巷道長度占比明顯大于通風阻力比例；礦井回風段通風阻力占比顯著大于通風距離占比。礦井阻力分布較為典型。造成礦井上述阻力分布的原因：

1) 礦井進風段巷道為礦井主要進風井、進風大巷等，為礦井主要輔運、行人巷道，此類巷道一般維護較好，無明顯變形，與巷道設計斷面相差不大。

2) 用風段巷道為采區進回風巷、回采工作面及進回風順槽，巷道服務時間有限，礦井保護煤柱留設合理，采區進回風巷及工作面巷道維護較好，用風段巷道阻力相對較小。

3) 回風巷道行人較少，巷道發生變形后維護難度較大，且部分回風巷道存在積水、雜物堆積等情況。

3 通風系統優化改造

3.1 通風系統存在問題

1) 通風構筑物較多，管理難度大。除井下密閉外，礦井4號煤通風系統包含通風構筑物(主要指風門、風窗、調節風墻)36處，9號煤通風系統包含通風構筑物43處。

2) 較多的通風構筑物導致礦井內部漏風較大。進回風巷道間的構筑物產生了大量的礦井內部漏風，降低了礦井有效風量率，造成主通風機功耗不必要的損失。

3) 回風巷布置有電氣設備。4號煤皮帶大巷為回風巷道，巷道中布置有電氣設備，存在安全隱患。

3.2 通風系統優化改造方案

結合礦井通風系統存在的問題，將4號煤皮帶大巷調整為進風巷道，4號煤太西輔助運輸巷為進風巷道，4號煤太西回風大巷為回風的“2進1回”的局部通風系統，同時將太西4號煤主運巷和太西4號煤回風巷間無用的聯絡巷進行密閉。礦井通風系統優化改造總計構筑密閉墻35道，調節墻2道，風橋2處。

4 改造效果分析

將4號煤皮帶大巷由回風巷改為進風巷，同時將一些聯絡巷砌筑密閉或增設調節設施，得到如下效果：

1) 將上窯9號煤采區除水泵房外的其他巷道全部施工密閉，減少通風系統風門、風窗7處，降低巷道用風量950 m3/min.

2) 封閉太西4、9號煤庫房，包括14108輔運巷、14108主運巷、14109主運巷、14109輔運巷、14110輔運巷、14110主運庫房、19106主運巷、19108輔運巷、19108主運庫房，減少通風系統風門、風窗9處，降低通風系統巷道用風量1 480 m3/min.

3) 上窯4號煤采區全部封閉，減少風門、風窗3處，降低通風系統巷道用風量510 m3/min，減少巷道防塵量1 085 m.

4) 在9號煤太西B段水倉、變電所及相應巷道施工風橋，使得兩處用風地點實現獨立通風，解決4號煤皮帶大巷由回風巷改為進風巷后9號煤太西B段水倉、變電所的回風問題。

礦井通風系統優化后，減少風門、風窗19處，通風系統得到簡化，礦井需風量降低2 940 m3/min，地面主要通風機運行頻率由45 Hz降低為42 Hz，礦井總風量降低為211.167 m3/s(12 670 m3/min)，理論計算礦井通風阻力降至1 010 Pa，地面主要通風機實際運行功率減少120 kW. 此外，上窯9號煤采區減少排水點3處，減少通風系統巷道2 200 m，每年節約更換排水、防塵管路1 000 m；4號煤、9號煤太西采區共計減少礦井巷道防塵量4 944 m. 因通風系統改造礦井產生的經濟效益可達321萬元/年。

5 結 語

通過礦井通風基礎數據測試結合礦井通風系統實際狀況，發現礦井通風系統存在通風構筑物較多、管理難度大、漏風較大，4號煤皮帶大巷機電設備處于回風環境中等問題，提出將4號煤皮帶大巷由回風巷調整為進風巷，并對關聯聯巷進行密閉等，礦井通風系統優化改造施工密閉墻35道，調節墻2道，風橋2處。改造后，簡化了礦井通風系統，減少了礦井需風量,降低了礦井通風阻力，礦井每年產生經濟效益321萬元。