突出矿井新建风井贯通初期通风系统优化改造研究

程子华 张 攀，徐志军

(1. 河南省许昌新龙矿业有限责任公司梁北矿，河南省禹州市，461670；2. 河南理工大学安全科学与工程学院，河南省焦作市，454000)

突出矿井新建风井贯通初期通风系统优化改造研究

程子华1张 攀2，徐志军1

(1. 河南省许昌新龙矿业有限责任公司梁北矿，河南省禹州市，461670；2. 河南理工大学安全科学与工程学院，河南省焦作市，454000)

梁北矿目前存在瓦斯涌出量大、突出危险性、需风量较大、北翼新风井即将贯通等问题，在对矿井通风系统进行技术测定后，分析了梁北煤矿北翼风井贯通初期主要通风机挂网之前的生产部署和配风情况，并提出通风系统优化改造方案，利用计算机对各个方案进行通风网络解算分析后，最终确定贯通初期的通风系统调整方案。并针对突出矿井新建风井贯通初期的通风系统提出了相应的安全技术措施，有效地保障了矿井的安全生产。

通风系统 优化改造 需风量 网络解算分析

随着生产区域扩大，为了解决突出矿井瓦斯问题，需提高矿井配风量，往往导致通风阻力过高现象，此时需要针对新建水平或采区增加新回风井。在新建风井井筒落底后，新风井主要通风机运行前，要与现有通风系统贯通，新开拓区域的部分风量需要原有通风系统分担，而该区域有突出危险，掘进地点可能发生误揭煤影响井下全部采区的安全生产。本文以梁北煤矿北翼风井贯通初期通风系统为研究对象，研究提出通风系统优化改造方案，进行通风网络解算分析后，最终确定贯通初期的通风系统调整方案。并针对突出矿井新建风井贯通初期的通风系统提出了相应的安全技术措施，有效保障矿井的安全生产。

1 矿井概况

河南省许昌新龙矿业有限责任公司梁北矿位于禹州市西南部，隶属于神火集团。本区主要可采煤层二l煤层赋存于山西组底部，赋存标高0～-800 m，埋深115～970 m。二l煤层厚0～10.79 m，一般厚3～6 m，属厚煤层。根据《河南省煤炭工业厅关于梁北矿煤与瓦斯突出矿井的批复》(豫煤安字〔1999〕第354号)，梁北矿属煤与瓦斯突出矿井。根据2015年度瓦斯涌出量测定报告，矿井瓦斯绝对涌出量为43.6 m3/min，相对涌出量为32.87 m3/t。梁北矿二1煤层煤尘有爆炸危险性，属Ⅲ类不易自燃煤层。采煤方法为走向长壁后退式采煤法，回采工艺为综采一次采全高，顶板管理为全部垮落式。

梁北矿通风方式采用中央并列与中央分列混合式，通风方法为机械抽出式。混合井和副井进风，东风井和中央风井回风。东风井安装两台BDK-8-№32型防爆对旋轴流式通风机，一台运转，一台备用，额定风量6000～24000 m3/min，额定风压2600～7000 Pa，电机型号为YBF710M1-8，功率2×1000 kW；中央风井安装两台FBCDZ-№32型防爆对旋轴流式通风机，一台运转，一台备用，额定风量5760～16800 m3/min，额定风压250～4050 Pa，电机型号为YBF710-10，功率2×560 kW。

2 矿井通风系统贯通合并改造的必要性

矿井目前开拓方式为立井单水平上下山开拓，生产水平为-550 m水平。首采区为11采区，准备采区为21、32采区。矿井现有混合井、副井、东风井、中央风井4个井筒，其中混合井主井主要担负矿井的煤炭运输任务；副井和混合井副井主要担负矿井上、下人及矿井的辅助运输任务；东风井主要担负矿井11采区回风任务，中央风井主要担负矿井21采区和32采区的回风任务。

新建北翼风井的必要性：

(1)当前21采区和32采区均处于开拓阶段，可暂时由中央风井担负通风任务，当21采区和32采区同时生产时，各采区需风量均在10000 m3/min左右，共需提供约20000 m3/min风量，但中央风井风机能力有限，其额定最大风量16800 m3/min，很难满足2个采区同时生产时的用风需求，且即使能够满足风量需要，也可能由于风量过于集中而导致阻力偏高，故需新建风井来分担32采区生产时期的通风任务。

(2)根据最新《煤矿安全规程》(2016版)第一百四十七条规定：新建高瓦斯矿井、突出矿井、煤层容易自燃矿井及有热害的矿井应当采用分区式通风或者对角式通风；初期采用中央并列式通风的只能布置一个采区生产。中央风井属于并列式通风，故仅能服务21采区今后的正常生产。32采区的通风任务将由新建的北翼风井负担。

当新建的北翼风井贯通时，井下发生较大变动的情况下，是否对中央风井通风系统和东风井通风系统稳定性产生影响，对其他系统会产生多大影响，通风系统应如何进行优化调整，需要通过通风系统网络解算提前进行研究。为进一步加强煤矿“一通三防”工作，切实保障井下工作地点的用风安全，梁北矿和河南理工大学有关科研人员组成联合测定小组于2015年11月对矿井通风阻力分布状况进行了技术测定工作，并在此基础上提出了北翼风井贯通初期通风系统的优化改造方案。

3 通风技术测定与分析

3.1 通风现状的技术测定

为了进行通风系统贯通和优化研究的需要，首先必须掌握当前通风网络各分支巷道的风阻参数以及矿井通风阻力分布状况，通风技术测定采用气压计法中的两点同时测定法，以提高测定数据的可靠性和准确性。

根据矿井通风系统的具体情况确定了阻力测定的主测路线：

(1)东风井主测路线：副立井→主石门→东轨道大巷→11采区轨道上山→11101机巷→11101工作面→11101风巷→11采区西回风上山→辅助回风石门→东风井。

东风井辅测路线：副立井→主石门→东轨道大巷→11采区回风上山→总回风石门→东风井。

(2)中央风井主测路线：进风井→辅助进风斜巷→21采区轨道下山→21采区胶带下山→21011机巷底抽巷掘进→21采区东回风下山→21辅助总回风巷→回风石门→中央风井。

中央风井辅测路线：副立井→主石门→西轨道大巷→西翼轨道上山→西翼胶带上山→-540 m水平西翼回风巷→-540 m水平回风石门→中央风井。

3.2 测定结果分析

由于中央风井系统和东风井系统属于分区通风，中央风井系统的调整对东风井系统影响有限，当新建的北翼风井和矿井原通风系统贯通时，主要利用了32采区的开拓巷道，而该区域目前通风任务主要由中央风井担负，故主要分析中央风井系统的测定结果。

(1)矿井中央风井系统总回风量10332 m3/min(172.2 m3/s)，其通风阻力2900.2 Pa，中央风井等积孔为3.8 m2，总风阻为0.0978 N·S2/m8，矿井中央风井系统通风难易程度为容易。

(2)矿井中央风井系统其通风阻力与风量配比符合《煤矿井工开采通风技术条件》(AQ1028-2006)中的规定。

(3)矿井中央风井系统三段(进风段、用风段、回风段)通风阻力比情况见表1。矿井通风阻力沿程分布状况如图1所示。

表1 中央风井系统三段阻力分布情况

图1 中央风井系统通风阻力沿程分布

由图1和表1可以看出，中央风井系统主测线路三段阻力的百分比约为15： 36：49，梁北矿井三段阻力分布基本合理，但回风段明显偏大，主要原因是从21采区回风下山开始，回风流较为集中，且中央回风井较深，该段阻力消耗近600 Pa；另外用风段百米阻力值偏高，主要是由于目前中央风井所服务的21采区没有形成回采工作面，主要是掘进面。

(4)中央风井为专用回风井，总回风量172.2 m3/s，总排风量175.5 m3/s，矿井外部漏风率为1.9%，该矿的矿井外部漏风率符合要求。

4 矿井通风系统合并优化方案

4.1矿井通风系统与北翼风井贯通初期合并优化改造方案

(1)北翼风井贯通初期合并方案。矿井北翼风井贯通初期，北翼回风井主要通风机还没有安装，故北翼风井底的掘进回风可通过贯通的32采区东回风石门进入中央风井的回风系统。

贯通后32采区东回风石门通风路线为：北翼风井区域→32采区东回风石门→32采区胶带暗斜井→-540 m水平西翼回风巷→-540 m水平回风石门→中央风井→地面。

32采区东回风石门贯通后通风系统局部示意图见图2所示。

图2 32采区东回风石门贯通后通风系统局部示意图

(2)贯通后北翼风井底的掘进工作面可以由中央风井负担部分回风任务，具体能够担负多少通风任务需要进一步进行研究确定。分别对以下3种情况进行解网分析。

方案Ⅰ：调控32采区东回风石门风量300 m3/min。此时北翼风井区域回风经A位置控风设施进入32采区东回风石门，该风量可以满足32采区东回风石门巷道的最低风速要求。

方案Ⅱ：调控32采区东回风石门风量为1000 m3/min。目前21采区配风充足，而当前北翼风井井底车场区域正处于开拓阶段，需要掘进开拓工作地点众多，在北翼风井主要通风机安装以前，通风任务较重，可以考虑利用中央风井通风机通过32采区回风系统帮助分担北翼风井部分的风量，考虑调控32采区东回风石门风量为1000 m3/min，即分担北翼约2～3个掘进工作面的通风任务。

方案Ⅲ：中央风井系统最大限度负担北翼风井开拓期间通风任务。

4.2 矿井通风系统合并优化方案的安全技术措施

为保证贯通期间及贯通后通风系统稳定可靠，指定了详细的安全技术措施：

(1)32采区东回风石门贯通前在32采区东回风石门砌筑两道风门，风门上留设调节窗，贯通后北翼风井区域回风经控风设施进入32采区东回风石门，以满足32采区东回风石门最低风速要求。

(2)32采区东回风石门贯通距离剩余20 m前必须完成风门砌筑工作，每日通报剩余贯通距离。

(3)32采区东回风石门贯通距离剩余5 m前做好前探工作，探明剩余贯通的实际距离，防止误贯通。

(4)32采区东回风石门贯通距离剩余1～2 m时透小口贯通，并通过调节窗控制32采区东回风石门风量为200～300 m3/min。

(5)32采区东回风石门贯通后瓦斯传感器撤至掘进头距风门3～5 m 处，并在掘进头距风门10 m位置新增加CO传感器监测风流中CO浓度。

4.3 矿井通风系统合并优化方案的解网分析

矿井通风系统合并优化方案确定后，对各方案进行网络解算、优化分析以确定最优方案。

(1)方案Ⅰ。在通风阻力测定的各项实测数据下，根据巷道贯通的实际情况，建立网络解算模型，进行网络解算。根据解网结果可知，东风井系统基本不受影响，中央风井系统受影响较大。

矿井中央风井风机工况变化见表2。由表2可知，32采区东回风石门贯通后，停止了原32采区东回风石门局部通风机运行，该掘进工作面原配风量约700 m3/min，调控32采区东回风石门风量300 m3/min，导致该区域用风需求降低约400 m3/min，相当于增阻调节，故而使中央风井风机工况点上移，风量减少，而负压增高。

表2 矿井中央风井风机工况变化表

注：阻力测定时中央风井主要通风机房水柱计读数2800 Pa

(2)方案Ⅱ。在北翼风井通风机安装以前，通风任务较重，可以考虑利用中央风井通风机通过32采区回风系统帮助分担北翼风井部分的风量，考虑调控32采区东回风石门风量为1000 m3/min，即分担北翼1000 m3/min的通风任务。

根据表2的解网结果可知，32采区东回风石门贯通后，停止了原32采区东回风石门局部通风机运行，调控32采区东回风石门风量1000 m3/min，导致该区域用风需求增加，相当于降阻调节，故而使中央风井通风机工况点下移，风量增加，而负压降低。

(3)方案Ⅲ。中央风井系统担负的主要用风地点及配风标准见表3。

考虑掘进面由于掘进距离长、配用的局部通风机功率较大，故风量富裕系数按2.0考虑；硐室及其他用风巷道风量富裕系数按1.2考虑。根据巷道贯通的实际情况，回采工作面自然分风，掘进面、硐室根据表3计划风量考虑风量富裕系数后按需分风。控制21采区的内部漏风，在满足21采区用风需求的情况下，对32采区东回风石门进行调控解网。根据解网结果，中央通风机系统最大可为北翼开拓区域提供风量约1500 m3/min。

表3 中央风井系统主要用风地点及配风标准

5 结论

(1)梁北矿中央风井通风机能力有限，很难满足矿井21采区和32采区同时生产时的用风需求；另外根据最新《煤矿安全规程》(2016版)第一百四十七条规定，对于突出矿井，采用中央并列式通风的只能布置一个采区生产。矿井需要及时对服务32采区的北翼风井进行贯通，奠定今后保障安全生产所需完善通风系统的基础。

(2)在贯通初期，北翼风井主要通风机安装以前，为了保证矿井的安全生产，通风系统不受较大影响，可关闭贯通的32采区东回风石门A位置两道风门，通过调节窗控制32采区东回风石门风量为300 m3/min左右。

(3)贯通后北翼风井主要通风机安装前，北翼风井区域掘进通风任务较重，可以考虑利用中央风井通风机通过32采区回风系统帮助分担北翼风井部分的风量，根据解网分析可知，在当前条件下，加强21采区内部漏风管理的基础上，最多可为北翼风井区域提供1500 m3/min左右风量。

(4)梁北矿为突出矿井，贯通后北翼风井区域掘进可能发生误揭煤影响井下全部采区。处理方法为在贯通的32采区东回风石门巷道砌筑两道防突风门，风门上方调节窗安设隔断装置，并采取相应的安全技术措施，目前通风系统已按计划实现平稳过渡，可为同类突出矿井的新建风井贯通工作提供依据和参考。

[1] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2016

[2] 张国枢，杨运良，谭允桢等.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011

[3] 国家安全生产管理监督总局.矿井通风阻力测定方法[M]. 北京：煤炭工业出版社，2010

[4] 魏国营，张攀，闫江伟等.矿井通风与安全[M].北京：煤炭工业出版社，2014

[5] 徐志军，张攀，程子华等.河南省许昌新龙矿业有限责任公司梁北矿通风阻力测定及通风系统优化 [R].河南理工大学，2015

[6] 皮大峰，张攀.鹤煤十矿通风系统与许沟煤矿风井合并优化研究[J].中国煤炭，2015(6)

[7] 潘德祥，马尚权等. 钱家营煤矿通风系统优化研究[J].中国煤炭，2006(7)

[8] 王志亮，周心权，徐景德.层次分析法在衰老矿井通风系统优化改造中的应用[J].中国煤炭，2005(3)

[9] 李仕明，张攀，杨运良.杨村煤矿通风系统优化改造[J].煤矿安全，2008(5)

[10] 李军伟，李海鹏.平煤股份十二矿通风系统优化研究与应用[J].中州煤炭，2014(4)

Studyonoptimizationandreconstructionofventilationsystemintheinitialstageofnewairshaftatoutburstmine

Cheng Zihua1， Zhang Pan2， Xu Zhijun1

(1. Liangbei Mine, Xuchang Xinlong Mining Co., Ltd., Yuzhou, Henan 461670, China; 2.School of Safety Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China)

Because of high mine gas emission, outburst potential, increasingly required airflow amount and the new air shaft in the north wing at Liangbei Mine, the plan for mine ventilation system optimization was proposed according to the technical determination of mine ventilation system and the analysis of production arrangement and air distribution before main fans accessed into the air network. According to the result of ventilation network solution by computers and analysis based on the data obtained, the optimization plan of mine ventilation system was determined. The corresponding safety technical measures for the initial stage of new ventilation system were undertaken to effectively ensure the safety production of the mine.

ventilation system, optimization and reconstruction, required airflow amount, network solution and analysis

TD722

A

程子华，张攀，徐志军. 突出矿井新建风井贯通初期通风系统优化改造研究[J].中国煤炭，2017,43(11)：111-115.

Cheng Zihua，Zhang Pan，Xu Zhijun. Study on optimization and reconstruction of ventilation system in the initial stage of new air shaft at outburst mine [J]. China Coal, 2017，43(11):111-115.

程子华(1982-)，男，河南禹州人，工程师，现任河南许昌新龙矿业有限责任公司梁北矿副总工程师，长期从事矿井通风与安全管理工作。

(责任编辑 张艳华)

金智新当选联合国欧洲经济委员会煤矿瓦斯专家委员会副主席

日前，山西焦煤集团发布消息称，由联合国欧洲经济委员会召开的煤矿瓦斯专家委员会第十二届会议选举产生了第十三届煤矿瓦斯专家委员会，中国工程院院士、山西焦煤集团总经理金智新当选联合国欧洲经济委员会煤矿瓦斯专家第十三届委员会副主席。

联合国欧洲经济委员会可持续能源委员会主席斯考特·福斯特、煤矿瓦斯专家委员会主席雷·皮尔彻、美国环境署瓦斯办公室主任兼全球甲烷行动办公室主任弗里西亚·路易斯出席会议。

斯考特·福斯特强调，联合国欧洲经济委员会煤矿瓦斯专家委员会的主要任务是通过具体的、卓有成效的活动促进煤矿温室气体减排，缓解气候变化，以实现瓦斯的回收和利用，减少煤矿瓦斯爆炸的危险。

此后的两年，专家委员会将致力于煤矿有效瓦斯抽采和利用最佳实践指导的宣传和推广，启动和支持中国国际卓越煤矿瓦斯治理中心的工作，收集和宣传世界不同地区的具体煤矿的最佳实践指导的案例研究等。

会议指出，基于山西焦煤集团和金智新先生在煤矿瓦斯治理利用、温室气体减排方面的突出贡献，本届选举其担任煤矿瓦斯专家委员会副主席，希望金智新先生积极参与煤矿瓦斯专家委员会各项极具价值的工作和活动，积极投身到全球性课题研究和公益活动当中，分享自己拥有的独特专业知识并作出宝贵贡献。