中兴矿通风系统优化研究

宋晓燕，谢中朋

(1.华北科技学院安全工程学院，北京 101601;2.首都经济贸易大学安全与环境工程学院，北京 100070)

0 引言

矿井通风系统担任着重要的通风任务，依靠通风动力，将定量的新鲜空气，沿着既定的通风线路不断地输入井下，以满足回采工作面、掘进工作面、硐室、以及其他用风地点的需要;同时冲淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性的气体和粉尘，

降低热源，营造了良好的工作环境［1－2］。防止各种伤害和爆炸事故，保障井下人员身体健康和生命安全，保护国家资源和财产。

因此应对矿井通风系统的变化及时地进行优化，确保通风系统的高效、经济、安全运行。

1 矿井概况

中兴煤矿隶属于山西焦煤集团公司汾西矿业集团，属高瓦斯矿井。矿井采用“三进两回”混合式通风方式，即“材料斜井、行人斜井、皮带斜井”进风，“马庄回风立井、峁上回风斜井”回风。其中，峁上回风井安装有BDK618－8－№28防爆对旋轴流式通风机两台，主要负担一采区各个用风地点的通风任务;马庄回风井安装有 FBCDE№34/2×630防爆对旋轴流式通风机两台，主要负担三采区各个用风地点的通风任务。作为矿井的主要通风动力，两风井所装两台风机均一台运转、一台备用。

目前，全矿共有一采区、三采区两个生产采区。其中一采区布置有2个采煤工作面(1203工作面、1204工作面)，三采区布置有1个采煤工作面(3215工作面)，另一、三采区各布置1个掘进工作面，分别为1208运输巷、3217运输巷。矿井总进风量为15792.2m3/min，矿井总回风量约为16198.1m3/min，其中峁上风井回风量约为7553.0 m3/min、马庄风井回风量约为8645.1 m3/min;峁上风井系统阻力为2218.6Pa、马庄风井系统阻力为2486.5Pa;矿井井巷总风阻0.032403 N.S2/m8，等积孔A为6.611m2。

2 矿井通风阻力测定

2.1 通风阻力测定

1)为进行通风系统分析和优化改造，必须掌握矿井通风阻力分布状况以及通风网络各分支巷道的风阻参数［3］。为此，对矿井通风阻力进行技术测定工作。

2)为了保证测量精度，采用整体控制较好的气压计逐点测定法［4］。具体办法是:使用2台精密数字气压计，一台留在基点监测大气压的变化值，另一台随身携带，沿测定路线依次到各测点进行测定，这样可以消除地面气压变化和井下风压变化对仪器读数的影响，提高了测量结果的可靠性。

3)选择能够反映该矿井通风系统特征的最长通风路线作为主要测定路线。它们包含了风量较大的回采工作面，其它通风路线列为辅测路线(见图1)。

①按峁上风井系统1204工作面测定路线的测点编号，主测路线为:

1→2→3→4→4’→5→6→7→8→9②按马庄风井系统3215工作面测定路线的测点编号，主测路线为:

25→26→27→18→19→20→21→22→23→24

3.2 测定结果分析

通过对现有通风系统实测数据的整理分析得:系统高阻巷道如表1所示。矿井进风段、用风段和回风段阻力分布如图2、图3所示;

图1 中兴煤矿通风系统示意图

表1 高阻巷道参数表

表2 矿井主要通风机工况汇总表

图2 峁上风井一采区1204工作面路线阻力分布

图3 马庄风井三采区3215工作面路线阻力分布

通过全矿井通风阻力测定及阻力分布图上可以看出:

1)矿井东翼、西翼系统阻力分布都不太合理，用风段所占阻力百分比较大，究其原因主要是井下通风设施多，且设置不合理所致。如1204工作面回风顺槽风窗(4’—4段)压差544 Pa，1203工作面回风段风窗(13—14段)压差515 Pa，3215工作面回风段风窗(20—21段)压差350 Pa，

2)矿井总回风巷阻力偏高，如马庄风井系统“西总回风巷”21—23段阻力为1267.6 Pa，点总阻力的51%，峁上风井系统“峁上回风斜井”8—9段阻力为602.9 Pa，点总阻力的27.2%。究其原因主要是风量过于集中，巷道长期失修、巷道局部断面较小所致。

3)部分巷道没有充分利用，如“三采轨道巷”、“东轨措施巷”皆安装有风门过风量很小，没有发挥应有的功能。

4 矿井通风系统优化方案拟定及解网分析

4.1 方案I:确定最大通风阻力路线、简化通风设施解网分析

拆除3215工作面回风段风窗(20—21段)，把3215工作面路线作为最大通风阻力路线，同时把1204工作面回风顺槽风窗(4’—4段)、1203工作面回风段风窗(13—14段)过风面积调大，通过网络解算峁上风机风压为1961.6 Pa、马庄风机为 2230.7 Pa，分别降低了 253.2 Pa、96.5 Pa。同时3215工作面的风量由1773.1 m3/min增到2230.8 m3/min;1203工作面的风量由1856.1 m3/min增到2369.8 m3/min;1204工作面的风量由2164.7 m3/min增到2370.3 m3/min。该方案优点:降低风阻，提高有效风量，施工工期短，施工方便，投资少;缺点:无。

4.2 方案II:对高阻巷道扩巷降阻后解网分析

对东轨与峁上主斜井联巷(26—27段)、西总回风巷(21—22—23段)、峁上回风斜井(8—9段)进行扩巷降阻，通过网络解算峁上风机风压为1855.2 Pa、马庄风机为2061.7 Pa，比扩巷前分别降低了359.6 Pa、265.5Pa。同时各用风地点的风量也略有增加，扩巷降阻后的巷道参数如表3所示。该方案优点:降低风阻，提高有效风量;缺点:施工工期长，投资较大，对生产有一定影响。

表3 扩巷前、后巷道风阻变化对比表

4.3 方案III:实行多路回风后解网分析

将“东轨措施巷”(15’—8’段)做为“东总回风巷”的并联回风巷，要求拆除8’—8之间风门，同时15—15’之间风门移至15’点左侧。把“三采轨道巷”作为“西总回风巷”的并联回风巷，要求拆除23’—23之间风门，同时在18’点左侧安装风门，在“西总回风巷”与“三采轨道巷”之间施工联巷。通过网络解算峁上风机风压为1443.6 Pa、马庄风机为 1780.5 Pa，分别降低了 771.2 Pa、546.7 Pa。同时各用风地点的风量也略有增加。该方案优点:降低回风段风阻，尤其是“三采轨道巷”改为回风巷后能大大减少高阻段“西总回风巷”的通风阻力，且工期短，投资小;缺点:在施工期间对生产有一定影响。

5 结论

1)通过分析比较，在方案I中通过对通风设施进行调整，对提高用风地点风量、降低阻力效果非常显著;在方案II中通过对通风阻力大、风量集中、巷道变形严重的巷道进行扩巷和维护对于矿井通风阻力降低作用比较明显，但同时也导致投资增大对生产有一定影响;在方案III中把现有一些过风量较小的巷道改为高阻巷的并联巷对降低阻力效果也非常明显，且施工周期短投资很小。

2)通过对上述诸方案比较可知，方案I、方案III无论从经济性、施工周期、实施效果方面都比方案II更优，因此矿方可根据自身情况按方案I、方案III、方案II顺序有计划、有步骤的实施。

3)根据中兴矿通风阻力测定所发现的问题，拟定了一系列的通风系统优化(改造)方案，并对诸方案进行了较为科学的解算、分析与决策。这种生产矿井通风状况的实时仿真与通风状态的预测模拟，通风系统优化调整(改造)方案的风网解算与优化比较，对于深刻了解通风系统现状所存在的问题以及通风系统优化改造(调整)时的通风机工况优选、矿井风量调节、网络结构调整，乃至提高整个矿井通风系统的调节应变能力和防灾抗灾能力等均具有重要的现实指导意义。

［1］ 黄元平.矿井通风［M］.北京:中国矿业大学出版社，2006.

［2］ 卢义玉，李晓红.矿井通风与安全［M］.重庆:重庆大学出版社，2008.

［3］ 洪松，王宏图.东林煤矿矿井通风系统优化［J］.煤矿安全，2009，(2):28 －30.

［4］ 陶铭涵.崔家寨矿通风系统改造的优化设计［J］.水力采煤与管道运输，2007，(4):14 －16.