矿井通风系统改造优化设计

张新伟

（中国平煤神马集团平煤股份平宝公司，河南省许昌市，461714）

矿井通风系统改造优化设计

张新伟

（中国平煤神马集团平煤股份平宝公司，河南省许昌市，461714）

从通风能力方面对首山一矿原有进风和回风系统进行了分析，提出了新建井筒的必要性并在这一基础上提出了3个改造方案，综合分析了每个方案的优缺点，确定了在原回风井工业广场院内施工大直径新回风井及改造原回风井为进风井的先期方案，减少了初期投资，既保证了矿井近期安全生产的需要，又保证了矿井长远发展。

通风系统 风量 进风系统 回风系统 改造 优化设计

1　概述

首山一矿主体构造为一轴向320°宽缓的白石山背斜，地层倾角8°～20°（南缓北陡），地质构造属中等偏简单，水文地质条件为中等类型，煤尘具有爆炸危险，煤层具有自然发火倾向性，地温为二级高温区，煤层顶底板主要为泥岩及砂质泥岩。矿井按高瓦斯设计，生产能力240万t/a，投产的二二采区二12-12010采面和三一采区三9-10-11080采面保证达产；矿井采用立井开拓，布置主井、副井和中央回风井3个井筒；采用主、副井进风，中央回风井回风的两进一回中央分列抽出式通风，主要通风机为英国豪顿华轴流通风机，风叶最大工作角度47°，工作风量293 m3/s，风压2670 Pa。

矿井在建设过程中升级为煤与瓦斯突出矿井，主采的三9-10煤层和二1煤层均具有突出危险性，其中三9-10煤层因为突出危险严重、瓦斯压力达到6.6 MPa暂停开发。针对突出煤层，首山一矿采取低抽巷预抽煤层瓦斯区域防突措施掩护煤巷掘进，因此用风地点增加。目前矿井有二二采区（生产采区）、二一采区（准备采区）和三一采区（缓建采区），其中二二采区二12-12030采面和二1-12041采面正在生产，二一采区首采面二1-11061煤巷正在掘进，三一采区形成全风压通风系统，矿井用风量265.5 m3/s，当年完成产量162万t，与初步设计达产要求存在较大差异。矿井为了保证两个综采工作面的需风量，只能减少掘进头个数和降低低抽巷等地点用风标准，给矿井的安全生产和采掘接替带来困难。根据矿井发展规划，2016年以后矿井3个综采工作面同时生产，达到设计产量，需风量计算为449 m3/s；2018年接替采区开始准备，矿井需风量计算为500 m3/s。由此可见，矿井通风能力严重不足，初期不能满足两个采面同时生产及接替需风量，远期不能实现矿井达产、采区接替风量要求。为此，必须进行通风系统改造。

2　矿井通风系统改造基本思路

2.1改造回风系统

目前煤矿回风系统需要解决通风机能力不足和回风路线断面小风速超限的问题。由于中央回风井直径6.0 m，净断面28.3 m2，矿井达产时风速达到15.88 m/s，超出《煤矿安全规程》要求，因此单一更换主要通风机、提高供风量解决不了根本问题。正确思路是更换通风机和规划建设新回风井井筒同时进行。

2.2改造进风系统

目前二二采区主要进风巷道仅有-600 m水平轨道大巷和运输大巷，净断面分别为18 m2和 11.5 m2，根据 《煤矿安全规程》风速要求，通过风量最多232 m3/s，现有井下进风系统基本能够保证两个采煤工作面同时生产。根据矿井发展规划，矿井达产需要三综两备，二二采区最大需风量280 m3/s，后期接替采区准备用风约50 m3/s，合计风量330 m3/s，仅靠主、副井和-600 m水平轨道及运输大巷进风满足不了要求，因此需要规划进风井筒。

3　通风系统改造优化设计方案

3.1方案Ⅰ

在中央回风井附近集中布置新进风井和回风井。为了最大限度减少初期投资，先施工直径8.0 m回风井，投运同期，把中央风井改做进风井（通风机等设施保留），解决矿井近期进风能力不足问题，具体设计见图1。在接替采区准备初期（约2018年），再开始施工进风井并装备。届时，把中央风井恢复为回风井，主要为矿井北翼各采区服务，ø8.0 m回风井主要为矿井南翼各采区服务，整个矿井实现南北分区通风。

图1　方案Ⅰ、Ⅲ新回风井井位及一期工程设计图

3.1.1井筒位置

新回风井井筒布置在中央风井工业广场内，不存在征地问题，可以尽早开工建设，能够保证新回风井与井下现有回风系统的联络工程量最小。进风井布置在中央风井工业广场南100 m的一缓坡山地上，有简易山路与乡村公路相通。

3.1.2通风系统

（1）通风路线分为两个阶段。

新回风井投运，原中央回风井改为进风井。该时期全矿井采用一个大直径8.0 m的回风井，生产区域为二一采区和二二采区。期间矿井主要通风路线为二一采区：主、副井进风→-600 m水平轨道大巷→二一采区进风巷→二一轨道和运输下山→各区段采掘工作面→回风联络巷→二一回风下山（东、西翼两条）→二一回风联巷→-600 m水平总回风巷→新东回风巷→新回风井→地面。二二采区：风流分为东翼和西翼两条路线，东翼为中央风井进风→新进风巷→二二集中轨道巷→二二轨道和运输下山→东翼各区段采掘工作面→回风联络巷→二二回风下山→二二采区辅助总回风→新东回风巷→新回风井→地面；西翼为中央风井进风→新进风巷→二二集中轨道巷→二二辅助轨道和运输下山→西翼各区段采掘工作面→回风联络巷→二二辅助回风下山→二二西翼总回风巷→新西回风巷→新回风井→地面。

二二采区结束，新进风井投运，原中央风井恢复为回风井。该时期矿井实现分区通风，新回风井主要为南部接替采区服务；中央回风井主要为二一采区和后期生产的三一采区服务。

（2）风量及负压。根据以上通风路线两个阶段的划分，第一阶段矿井三综两备实现达产，总需风量449 m3/s期间，二一采区最大需风量152 m3/s，通风负压2398.47 Pa，二二采区最大需风量280 m3/s，通风负压2669.52 Pa。

第二阶段矿井南北翼实现分区通风，北翼二一和三一采区由主副井进风，中央风井回风；南翼接替采区所需风量全部由新进、回风井承担。

3.1.3一期工程量

回风井井筒、井下与二一、二二和三一采区联络的回风巷、中央回风井改做进风井相联的进风巷、供电线路改造、主要通风机及通风机房等设施和设备作为一期工程先行建设，其中一期井巷工程量为1100 m/55025.8 m3。

3.1.4方案投资

一期工程概算投资10751.08万元，其中，矿建工程6371.76万元，土建工程910.48万元，安装工程600.80万元，设备及工器具购置1288.50万元，工程建设其他费用1166.04万元，工程预备费413.50万元。

3.2方案Ⅱ

新打进风井和回风井，集中布置在中央风井工业广场西南约850 m、矿井南翼储量中心位置。具体设计方案见图2。

3.2.1井筒位置

新打进风井和回风井位于张庄南300 m，紧邻乡村公路，为一平地农田。

3.2.2通风系统

（1）通风路线分为两条路线。一是中央回风井主要为二一采区服务，其通风路线为：主、副井进风→-600 m水平轨道大巷→二一采区进风巷→二一轨道和运输下山→各区段采掘工作面→回风联络巷→二一回风下山（东、西翼两条）→二一回风联巷→-600 m水平总回风巷→中央回风井→地面。二是南翼新进、回风井前期为二二采区服务，后期为南部接替采区服务。前期通风路线分为东西两条：东为南翼新进风井→新井底车场→-760 m水平运输大巷→二二轨道下山（带式输送机下山）→二二东翼采面运输巷道`→东翼采面→东翼采面回风巷道`→二二回风下山→二二补套回风石门东段→南翼新回风井→地面；西为南翼新进风井→新井底车场→-760 m水平运输大巷→二二辅助轨道下山（辅助运输下山）→二二西翼采面运输巷道`→西翼采面→西翼采面回风巷道`→二二辅助回风下山→二二补套回风石门西段→南翼新回风井→地面。后期通风路线为：南翼新进风井→新井底车场→-760 m水平运输大巷→接替采区轨道下山（带式输送机下山）→采面运输巷道`→采面→采面回风巷道`→接替采区回风下山（2条）→-760 m水平回风大巷→二二回风下山→二二补套回风石门东段→南翼新回风井→地面。

（2）风量及负压。对中央回风井线路来讲，主要承担二一采区生产用风和三一采区通风路线用风，总回风量179 m3/s，通风负压2268.57 Pa。经验算，现有通风系统和设备满足需要。

对南翼新回风井线路来讲，前期承担二二采区回风，回风量280 m3/s，通风负压1350.73 Pa。后期为接替采区服务，回风量242 m3/s，通风负压1510.27 Pa。

图2　方案Ⅱ新建风井井位及一期工程设计图

3.2.3一期工程量

南翼新进、回风井，新井底车场，二二补套回风石门，主要通风机及通风机房，变电所，消防水池等设施和设备作为一期工程先行建设，其中一期井巷工程量为2540 m/127866 m3。

3.2.4方案投资

一期工程估算投资32368.28万元，其中，井巷工程22568.27万元（包括约3980万元的地面及工作面预注浆费用），土建工程2568.36万元，安装工程1795.62万元，设备及工器具购置1396.86万元，工程建设其他费用2359.78万元，工程预备费1679.39万元。

3.3方案Ⅲ

在中央回风井工业广场布置新回风井，先期建设，设计功能同方案Ⅰ；在矿井西南边界、邻矿三水平风井附近布置新进风井，后期建设。

3.3.1井筒位置

新回风井位置同方案Ⅰ；新进风井布置在矿井西南边界、邻矿三水平风井东300 m位置，可以降低征地难度，便于前期准备。

3.3.2通风系统

（1）通风线路。新回风井投运后，前期主要为二一、二二采区服务，通风线路同方案Ⅰ。

后期南部接替采区投产，新进风井建成与新回风井共同为接替采区服务，通风路线为：新进风井→新井底车场→-760 m水平运输大巷→接替采区轨道下山（带式输送机下山）→采面运输巷道`→采面→采面回风巷道`→接替采区回风下山（2条）→-760 m水平回风大巷→二二回风下山→二二辅助总回风→新东回风巷→新回风井→地面。

（2）风量及负压。新回风井投运前期，风量及负压计算同方案Ⅰ。接替采区投产后所需风量全部由新进、回风井承担。风量192 m3/s，负压2235.18 Pa。

（3）一期工程量、方案投资均同方案Ⅰ。

4　矿井通风系统改造优化设计方案选择

4.1方案比较

4.1.1方案Ⅰ

（1）优点：一期投运，二二采区通风线路短，负压小；通风补套总工程量比方案Ⅱ少；新增工业广场压煤最少，约79万t，不影响南部采区开拓布置方案；地面为山地，工农关系简单，征地容易；距离原中央回风井近，不需施工井检孔，井筒不穿含水层；一期投资最少，工期14个月最短。

（2）缺点：进风井井筒穿过二1煤层，需加强防突管理；南部采区通风线路远，负压较高；南部采区的通风要利用二二回风下山，巷道维护量较大；工业广场土地平整工程量较大，场外道路较其他方案远。

4.1.2方案Ⅱ

（1）优点：新风井基本处在矿井南翼储量中心，有利于接替采区准备和生产，对二二采区和接替采区的通风管理有利；新进、回风井同时投运，南北分区通风安全性高；新建风井不影响接替采区开拓布置方案；场外道路便利，利于施工准备。

（2）缺点：井筒均穿过二1煤层，安全风险大；农田征地难度大，工业广场距离村庄近，工农关系复杂；井筒穿过含水层，矸石排放环节多，施工条件差；新增工业广场压煤多，工期长达42个月，投资多。

4.1.3方案Ⅲ

（1）优点：一期同方案Ⅰ。二期进风井设在邻矿三水平进风井工业广场山顶平地，减少工业广场煤柱，征地相对容易，方便建设期的矸石排放；与邻矿风井合用一个变电站，既降低总体投资，又方便施工。

（2）缺点：二期通风补套工程量大，投资多，对矿井生产影响较大；进、回风井分处两个场地，管理分散；进风井位置不利于接替采区的建设和生产；进风井井筒穿过含水层，增大施工费用和工期。

4.2方案选择

经过分析、比较，从一期工程只施工回风井、改造中央风井来说，方案Ⅰ与方案Ⅲ相同，在早开工、早投运、工期短、投资少、施工条件好等方面优于方案Ⅱ；从矿井长远发展看，特别是减少南部接替采区开发对二二采区影响等方面，方案Ⅱ优于其他方案；方案Ⅲ进风井位于矿井西南边界，通风系统改造总体工程量要大于方案Ⅰ。

经过综合分析，本次设计既要尽早解决眼前通风能力不足，又要为矿井长远发展做准备，确定方案Ⅰ为本次通风系统改造优化设计方案。

4.3应用效果

2013年8月方案Ⅰ开始实施，2014年9月原矿井主要通风机停运，新主要通风机开始运行，11月末原中央回风井改做进风井，矿井形成三进一回通风系统。与原两进一回通风系统相比，矿井总回风量由16183 m3/min增至21010 m3/min，负压由2180 Pa降到1750 Pa，等积孔由6.8 m2增至10.4 m2，各采区增风1200～2200 m3/min，综采工作面增风200～400 m3/min，抽放巷增风500～700 m3/min，井下局部通风机7组中5组由单极改为双极运行，各工作面降温3～5℃。矿井总风量满足综采工作面、开掘工作面、抽放巷、各机电硐室用风需要，为实现矿井达产、正常接替提供了保证。

5　结论

通过对矿井通风能力不足的分析，设计从进、回风系统两个方面提出了优化改造方案即进风系统把原中央回风井改做进风井并施工进风通道；回风系统在原中央回风井工业广场内由独立井口施工直径8.0 m的回风井筒及连接井下总回风的联巷，做到了一期工程量最小、工期最短、投资最少。该方案实施后有效解决了矿井达产和可持续发展所需风量问题。

［1］ 张荣立，何国纬，李铎.采矿工程设计手册 ［M］.北京：煤炭工业出版社，2003

［2］ 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定 ［M］.北京：煤炭工业出版社，2009

［3］ 林柏泉，崔恒信.矿井瓦斯防治理论与技术 ［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1998

［4］ 杨国和，柏建彪，李磊.底抽巷合理位置及围岩支护技术研究［J］.能源技术与管理，2011（6）

［5］ 郝天轩，李辉等.矿井通风系统平面图自动绘制系统的研制［J］.中国煤炭，2005（3）

［6］ 徐伟.大采深突出煤层深孔控制预裂爆破消突技术应用［J］.煤矿安全，2011（9）

［7］ 张朝举.祁东煤矿近距离突出煤层群保护层开采的实践［J］.煤炭科技，2011（1）

［8］ 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程 ［M］.北京：煤炭工业出版社，2012

（责任编辑 张艳华）

中国神华54亿元收购大股东优质电力资产

中国神华近日公告，公司拟以2007年发行A股剩余的募集资金及自有资金收购大股东神华集团所持的宁夏国华宁东发电有限公司（以下简称 “宁东电厂”）100%股权、国华徐州发电有限公司（以下简称 “徐州电厂”）100%股权及神华国华（舟山）发电有限责任公司（以下简称 “舟山电厂”）51%股权，收购的资产价值总额约为53.86亿元。资产评估报告显示，宁东电厂100%股权价值为5.22亿元，徐州电厂100%股权价值为39.97亿元，舟山电厂51%股权价值为8.67亿元。

Optimal designing of transformation of ventilation system in coal mine

Zhang Xinwei
（Pingbao Company of Pingmei Coal Co.，Ltd.，China Pingmei Shenma Group，Xuchang，Henan 461714，China）

The ventilation ability of original ventilation system of intake and return was analyzed in Shoushan Coal Mine.Based on the necessity of the newly-built shaft，three transformation schemes of ventilation system were presented，and the advantages and disadvantages of each scheme were comprehensively analyzed.The early scheme，that was constructing the new air return shaft with large diameter in the industrial square of original return shaft and transforming the original air return shaft into air intake shaft，was determined，which reduces the initial investment，ensures safety production in the near future，and ensures the long-term development of the coal mine.

ventilation system，air quantity，air intake system，air return system，transformation，optimal design

TD722

A

张新伟（1969-），男，陕西三原人，河南理工大学工程硕士研究生，现在中国平煤神马集团平煤股份平宝公司从事矿井设计工作。