八字山风井主要风机选型及风量优化研究

薛亮文

（山西西山煤电股份有限公司，山西 太原 030203）

近年来，镇城底矿煤炭产量大幅上升，超强度开采使得采区服务年限迅速缩短、工作面出现供风能力不足等现象，对安全生产构成严重威胁［1］。为解决新采区集中生产和瓦斯超限等问题，在八字山工业广场新建回风立井，存在通风系统优化、风机选型、矿井风量分配等难题［2-3］。依据安全规程，采用理论分析和现场实测结合方法，对八字山回风井负担区通风方案进行验算，对综采工作面风量、掘进工作面风量、其他硐室及独立用风巷道的实际需风量和通风阻力等参数核算，并将结果作为风机型号选择和生产定量的依据，对保障安全生产有重要意义。

1 矿井地质生产条件

镇城底矿位于西山煤田西北边缘，井田面积22.8km2，2005年核定生产能力190万t/a。由于生产需要，矿井转入新采区生产，新打八字山回风井。回风井场地位于南进风井西侧的沟谷北侧缓坡上，与进风井场地联合布置，场地标高＋1 098m～＋1 139m。回风立井井口标高＋1 120m，净直径6.0m，至8号煤垂深420m。

根据矿井生产衔接计划，将由八字山回风井担负下组煤采区的回风任务，由现有歇马村回风井担负南二采区及南六上组采区通风任务。八字山回风井服务区域容易时期的生产布局如下：下组煤采区布置1个采煤工作面、2个煤巷掘进工作面、1个岩巷掘进工作面、1个采区变电所、1个瓦斯抽采泵站、1个注氮硐室；困难时期的生产布局如下：下组煤采区布置1个采煤工作面、1个备用工作面、2个煤巷掘进面、2个岩巷掘进面、1个采区变电所、1个瓦斯抽采泵站、1个注氮硐室。

2 矿井风量分配

2.1 综采工作面风量计算

1）按井下适宜的气候条件计算［见式（1）］

式中：Q采为采煤工作面需风量，m3/min；v采为适宜风速，m/s，取1.0m/s；S采为平均有效断面面积，m2；k采面长为长度调整系数；k采高为采高调整系数；70%为有效通风断面系数；60为单位换算产生的系数。

2）按瓦斯涌出量计算

南六上组采煤工作面预计最大绝对瓦斯涌出量为23m3/min，在工作面回采前提前进行本煤层预抽，并在回采期间进行本煤层钻孔抽采、裂隙带抽采、上隅角抽采后，预计风排瓦斯量为7.05m3/min；下组煤采区采煤工作面预计最大绝对瓦斯涌出量为35m3/min，工作面回采前提前进行本煤层预抽，并在回采期间进行本煤层钻孔抽采、裂隙带抽采、上隅角抽采及高抽巷抽采后，预计风排瓦斯量为9.41m3/min。工作面风量计算如式（2）。

式中：q采为采煤工作面回风流中瓦斯绝对涌出量，m3/min；k采为瓦斯涌出量不均衡备用风量系数；125为回风流中瓦斯浓度不超过0.8%换算系数。

南六上组采煤工作面：Q采＝125×q采×k采＝125×7.05×1.7＝1 500m3/min。

下组煤采区采煤工作面：Q采＝125×q采×k采＝125×9.41×1.7＝2 000m3/min。

根据上述工作面配风计算，取其中最大值作为采煤工作面最低配风量。因此，南六上组采区采煤工作面最低配风量为1 500m3/min，下组煤采区采煤工作面最低配风量为2 000m3/min。

Q采小＜Q采＜Q采大，符合《煤矿安全规程》要求。

2.2 掘进工作面风量计算

1）按瓦斯涌出量计算［见式（3）］

南六上组采区煤巷掘进面预计绝对瓦斯涌出量为2.2m3/min；南六上组采区岩巷掘进面预计绝对瓦斯涌出量为1.2m3/min。下组煤采区掘进面预计绝对瓦斯涌出量为3.8m3/min，采取“边掘边抽”的掩护掘进措施后，预计风排瓦斯量为2.4m3/min；下组煤采区岩巷掘进面预计绝对瓦斯涌出量为1.6m3/min。

式中：Q掘为掘进面实际需要风量，m3/min；q掘为掘进面回风流中瓦斯绝对涌出量，m3/min；k掘为掘进面瓦斯涌出量不均衡备用风量系数；125为掘进面回风流中瓦斯浓度不超过0.8%换算系数。

南六上组采区煤巷掘进面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×2.2×1.7＝468m3/min。

南六上组采区岩巷掘进面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×1.2×1.7＝255m3/min。

下组煤采区煤巷掘进面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×2.4×1.7＝510m3/min。

下组煤采区岩巷掘进面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×1.6×1.7＝340m3/min。

2）按炸药量计算［见式（4）］

式中：A掘为掘进面一次爆破所用的最大炸药量，kg。

3）按工作面同时工作人数计算［见式（5）］

式中：N掘为掘进面同时工作的最多人数，取交接班时人数；4为每人需风量不小于4m3/min。

根据上述工作面配风量计算，取其中最大值作为掘进面最低配风量。因此，南六上组采区煤巷掘进面最低配风量为468m3/min，南六上组采区岩巷掘进面最低配风量为255m3/min，下组煤采区煤巷掘进面最低配风量为510m3/min，下组煤采区岩巷掘进面最低配风量为340m3/min。

Q掘小＜Q掘＜Q掘大，符合《煤矿安全规程》要求。

依据经验，南六上组及下组煤采区岩巷掘进面安设局部通风机巷道配风量达到800m3/min，南六上组及下组煤采区煤巷掘进面安设局部通风机巷道配风量达到1 000m3/min，可满足要求。

2.3 其他硐室及独立用风巷道的实际需风量计算

参考矿井生产区域硐室实际配风情况，根据经验对采区变电所、瓦斯抽采硐室、注氮硐室各配风180m3/min。

井下其他巷道的需要风量必须保证巷道的最低风速不能低于0.25m/s。根据经验，对巷道的冲洗风取为200m3/min。

3 矿井通风阻力和风机选型参数

3.1 矿井通风阻力和通风负压

矿井通风阻力采用式（6）计算［4］：

式中：α为摩擦阻力系数，N·s2/m4；l为巷道长度，m；q为通过巷道的风量，m3/s；s为巷道净断面，m2；p为巷道净周长，m。

经计算，八字山回风井通风容易时期，回风井回风量166.8m3/s，通风负压1 576Pa；通风困难时期，回风井回风量239.0m3/s，通风负压2 627Pa。

3.2 风机选型参数

根据风量计算，矿井通风困难时期，八字山回风井所负担南六下组和上组煤采区的最低需风量为14 340m3/min，负压为2 627Pa；矿井通风容易时期，八字山回风井所负担区域的最低需风量为9 612m3/min，负压为1 595Pa。

考虑漏风及局部阻力损失，则风机所需：

4 工程应用

根据风量及负压要求，八字山回风井主要通风机选择2台DBK54-8No.30防爆对旋轴流式通风机，一运、一备，电机功率2×560kW，额定风量135 m3/s～285m3/s，额定风压1 500Pa～4 500Pa。2014年9月，在八字山回风井主要通风机投入使用后，在矿井通风处于容易时期，进行了风机特性曲线和矿井各用风地点有效风量实测［5］，结果见图1和表1。

4.1 风机运行实测

图1 实测风机性能曲线

由图1知，风机工况点风量Q＝210m3/s，风压h＝3 610Pa，效率84.7%，风机运行平稳、安全，工况点均处于合理状态。

4.2 用风地点有效风量实测

对各个用风地点按照风量、实际温度和风速等指标测定，得到表1各参数。分析可知，各地实际供风满足需要，温度和风速均在安全规程要求范围之内。

表1 各用风地点有效风量验证

5 结论

1）经计算，八字山矿井负担区需要风量为7 003m3/min。通风容易时期，回风井回风量166.8m3/s，通风负压1 576Pa；通风困难时期，回风井回风量239.0m3/s，通风负压2 627Pa。

2）根据风量及负压要求，八字山回风井主要通风机选择DBK54-8No.30型防爆对旋轴流式通风机2台，一运、一备。

3）现场实测表明，风机运行平稳、安全，工况点均处于合理状态，用风地点有效风量满足需求。

［1］ 裴昌合.易燃煤层综放工作面安全配风量计算方法及实践［J］.煤炭科学技术，2008，36（7）：45-47，95.

［2］ 刘栓贵，郭一正.煤矿在用压入式主要通风机性能测定方法探讨［J］.陕西煤炭，2015（2）：35-37.

［3］ 李俭霞，彭伦天，卢建波.煤矿主要通风机自适应监控系统的研制［J］.矿业安全与环保，2012，39（s）：116-118.

［4］ 李振华.浅谈国内煤矿主要通风机的现状及发展趋势［J］.机械管理开发，2013（3）：189-190.

［5］ 谢雄刚，周林锋，胡鲤庭，等.大湾煤矿通风系统特征及通风能力核定［J］.煤炭科学技术，2012，40（2）：56-59.