黄陵二号煤矿双风机联合运转通风系统优化

刘 玺

(陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西 黄陵 727307)

0 引言

矿井通风是煤矿生产的一个重要环节，通风系统的优劣直接影响着生产的安全进行及其经济效益、安全效益[1]。由于通风管理的复杂性以及初期设计的局限性导致矿井生产过程中，特别是在新旧水平接替过程中，往往容易出现通风系统复杂，通风阻力过大，系统的抗灾害能力明显不足等问题[2-3]，因此为保证矿井的安全运行，必须适时对矿井的通风系统进行优化。

1 通风系统现状分析

1.1 工作思路

陕西黄陵二号煤矿矿井通风距离长，目前1#回风井的通风距离长约15 000 m，风机负压2 120 Pa。正在开拓的北一盘区形成独立的通风系统后，全矿井需风量295.0 m3/s，仅靠1#回风井，不能负担全矿井的通风任务，需建立2#回风井系统。二号煤矿被鉴定为高瓦斯矿井，瓦斯安全管理面临着很大的压力；随着矿井规模的扩大，煤层自然发火的影响将变得更为复杂和严重，良好的通风系统设计和长远措施安排构成了重要的防瓦斯和防灭火安全管理的基础。因此，对二号煤矿的通风安全，展开系统的、安全分析为主的模拟计算，分析矿井通风安全状况，揭示矿井通风安全的薄弱环节，优化通风系统，对于提高矿井的通风安全管理水平，保障生产十分必要。

1.2 现状分析

矿井的通风系统为中央并列与中央分列混合抽出式。矿井进风井有4条，即主斜井、副一斜井、副二斜井和1#进风斜井。主斜井进风量932 m3/min，副一斜井进风量4 502 m3/min，副二斜井进风量4 220 m3/min，1#进风斜井进风量1 478 m3/min。回风井筒一条，1#回风斜井安装2台BD-Ⅱ-8-№28型主扇互为备用，电机型号为YBF630-8，额定功率为2×500 kW，叶片安装角度为0°。主扇排风量11 304 m3/min，负压为2 119 Pa。

矿井通风阻力测定及计算，中央胶带大巷摩擦阻力系数取0.05，副二斜井、副一斜井、2#辅运大巷、中央回风大巷等巷道的摩擦阻力系数均取0.006。1#、2#回风斜井的风机性能曲线分别如图1所示。

a-1#回风斜井；b-2#回风斜井图1 风机性能曲线图

以矿井2011年3月下旬通风系统图为基础，对全矿井进行网络解算，模拟计算结果，风机排风量199 m3/s，与1#回风斜井主要通风机实际排风量相差199-188=11 m3/s；负压2 037 Pa。与风机房水柱计显示的矿井总阻力2 119 Pa相差2 119-2 037=82 Pa，误差均不超过10%，在合理误差范围之内。

因此，现状模拟结果的各风井总阻力、用风点风量分配情况均与实际测量吻合，从而得知当前通风系统面临的问题是矿井风量不足，也表明本次模拟计算所取定的参数适用于陕西黄陵二号煤矿通风系统。

1.3 进、回风斜井特征

2#进、回风斜井位于FX32号钻孔附近的北沟内，距该矿井工业场地直线距约5.0 km左右。2#进风斜井井口位于北沟风井工业场地内，井口坐标：X=3 956 109，Y=36 583 357。井口标高+1 086.0 m，井底标高+785.0 m，倾角22°，斜长804 m，井筒净宽5.5 m，净断面积20.1 m2，设台阶和扶手。表土段采用混凝土砌碹支护，掘进断面积26.3 m2，进入稳定基岩后采用锚喷支护，掘进断面积22.6 m2。井筒内装备4 t箕斗提升矸石用，同时井筒内铺设有排水、消防洒水管路和通信、井下照明及动力电缆。主要承担井下进风任务，兼做安全出口。2#回风斜井井口位于北沟风井工业场地内，井口坐标：X=3 956 068，Y=36 583 357。井口标高+1 085.75 m，井底标高+785.0 m，倾角22°，斜长804 m，井筒净宽5.4 m，净断面积20.1 m2，设台阶和扶手。表土段采用混凝土砌碹支护，掘进断面积25.6 m2，进入稳定基岩后采用锚喷支护，掘进断面积22.1 m2。井筒内铺设有瓦斯抽放管路，以及台阶和扶手，主要承担井下回风任务，兼做安全出口。

2 双风机联合运转时的优化方案

当前状态下，二盘区处于开拓大巷阶段，用风点主要为掘进工作面，掘进工作面按3个考虑，每个掘进工作面需风量取600 m3/min，共1 800 m3/min。

2.1 北一回风大巷小断面贯通

风机工况：北一回风大巷小断面为矩形，宽5 m，高2.8 m，断面积14 m2；小断面巷道长度1 800 m；北一回风大巷小断面贯通后，矿井1#、2#回风井形成分区对角式通风系统，同时2#进风斜井通过井底联巷与2#回风斜井也形成回路安装调节风窗，以防2#回风斜井主要通风机的负压过高；1#、2#回风井主要通风机工况如图2所示。

a-1#回风井；b-2#回风井图2 主要通风机工况图

模拟计算风量：①中央胶带巷风速最大处为1#进风井底到2#联巷3.7 m/s；1#辅助运输巷风量7 167 m3/min，中央胶带巷风量2 247 m3/min，2#辅助运输巷风量8 302 m3/min；②四盘区总进风量7 519 m3/min，其中1#辅助运输巷风量3 368 m3/min，2#辅助运输巷风量3 289 m3/min，胶带巷风量862 m3/min；③北一方向总进风量8 910 m3/min，其中北一1#辅运巷过风量5 754 m3/min，北一胶带巷(此时没铺设胶带)过风量3 156 m3/min；④北一往中央回风大巷方向回风量2 067 m3/min，2#进风斜井所进风量3 944 m3/min直接由井底联巷进入2#回风斜井。

负压：1#回风井排风量195 m3/s，负压2 277 Pa；相比现状，风量减少4 m3/s，负压增加240 Pa；2#回风井排风量182 m3/s，负压2 496 Pa。北一回风大巷小断面贯通，2#回风斜井主要通风机运行后，各用风点的过风量不会减少。2#进风斜井底与北一回风大巷之间的联络巷的过风量为2 100 m3/min时，2#回风斜井的负压为2 945 Pa，所以要控制该联络巷的过风量不少于2 100 m3/min，以防止2#回风斜井主要通风机负压过高。中央胶带巷最大风速3.7 m/s，接近规程规定4 m/s，可在中央胶巷增加一控风设施，以保证胶带巷风速要求。

2.2 北一回风大巷按设计断面贯通

在以上基础上，北一回风大巷的1 800 m小断面巷道扩为设计断面19.12 m2，二盘区处于开拓大巷阶段，用风点主要为掘进工作面，掘进工作面按2个考虑，每个掘进工作面需风量取600 m3/min，共1 200 m3/min。四盘区仍与现状一致，8 700 m3/min的风量可满足生产要求。各用风点的风量是否满足生产要求。1#、2#回风井主要通风机工况分别如图3所示，井下风量分配情况见表1。

a-1#回风井；b-2#回风井图3 主要通风机工况图

类型供风地点实测风量/(m3·min-1)北一回风大巷小断面贯通计算风量/(m3·min-1)北一回风大巷按设计断面贯通计算风量/(m3·min-1)北一1#辅运大巷贯通计算风量/(m3·min-1)1#副斜井6 8044 5027 0384 5022#副斜井6 9184 2207 1524 220进风井主斜井1 8069321 8729321#进风斜井2 9761 4783 0841 4782#进风斜井3 9483 654采煤111工作面1 5421 4281 5481 428405工作面21181 8032 1181 803北一胶带巷3 0906023 306602北一胶带巷里424424北一辅运2 3763722 610掘进工作面北一回风208胶带巷2 0281 9432 0281 943208辅运巷407胶带巷2 01001 8322 0101 832407辅运巷炸药库180182180182硐室11联巷候车室90929092四盘区瓦斯泵房240236240236407瓦斯泵房180180180180

模拟计算风量：①中央胶带巷风速最大处为1#进风井底到2#联巷3.8 m/s。1#辅助运输巷风量7 516 m3/min，中央胶带巷风量2 426 m3/min，2#辅助运输巷风量8 960 m3/min；②四盘区总进风量7 525 m3/min，其中1#辅助运输巷风量3 411 m3/min，2#辅助运输巷风量3 260 m3/min，胶带巷风量854 m3/min；③北一方向总进风量9 613 m3/min，其中北一1#辅运巷过风量6 208 m3/min，北一胶带大巷(此时没铺设胶带)过风量3 405 m3/min；④北一往中央回风大巷方向回风量1 990 m3/min，2#进风斜井所进风量3 654 m3/min直接由井底联巷进入2#回风斜井。各主要用风点的风量能够满足生产要求。

负压：1#回风井排风量194 m3/s，负压2 334 Pa，相比现状，风量减少5 m3/s，负压增加297 Pa；相比北一回风1 800 m长小断面贯通时风量减少1 m3/s，负压增加57 Pa；2#回风井排风量189 m3/s，负压2 208 Pa；相比北一回风巷小断面贯通时风量增加7 m3/s，负压降低288 Pa。中央胶带巷最大风速3.8 m/s，接近规程规定4 m/s，可在中央胶巷增加一控风设施，以保证胶带巷风速要求。

2.3 北一1#辅运大巷贯通

在以上基础上，贯通北一辅运大巷，巷道断面积21 m2。2#进风斜井底与北一回风巷之间的调节风窗增大控制，北一回风巷与中央回风巷连接处打两道密闭墙，北一1#辅运巷与北一回风巷之间的1#横川的风门改为调节风门。北一1#辅运大巷形成进风角联，是否存在微风巷道及微风巷道的处理办法。1#、2#回风井主要通风机工况分别如图4所示，井下风量分配情况见表1。

a-1#回风井；b-2#回风井图4 主要通风机工况图

模拟计算风量：①中央胶带大巷风速最大处1#进风井底到2#联巷2.9 m/s。1#辅助运输巷风量5 832 m3/min，中央胶带巷风量1 875 m3/min，2#辅助运输巷风量6 927 m3/min；②四盘区总进风量9 167 m3/min，其中1#辅助运输巷风量3 793 m3/min，2#辅助运输巷风量4 255 m3/min，胶带巷风量1 119 m3/min；③北一方向总进风量10 330 m3/min，其中北一1#辅运巷过风量1 668 m3/min，北一胶带巷(此时没铺设胶带)过风量1 680 m3/min；④2#进风斜井往北一过风量6 982 m3/min，1 087 m3/min直接由井底联巷进入2#回风斜井。

H负压：1#回风井排风量195 m3/s，负压2 301 Pa。相比现状，风量减少4 m3/s，负压增加264 Pa；相比北一1#辅运贯通前基本无变化(北一回风大巷与中央回风大巷隔离)。2#回风井排风量191 m3/s，负压2 125 Pa；相比北一辅运贯通前风量增加2 m3/s，负压降低83 Pa；北一1#辅运存在进风角联情况，风流混合点在8号联络巷处。从2#辅运大巷进风量908 m3/min，从2#进风斜井方向进风量466 m3/min，巷道风速0.4 m/s，在规程规定范围之内。

3 结论

(1)北一回风大巷小断面1 800 m长度贯通时，为防止2#回风斜井主要通风机负压过高，在北二回风斜井底与北一回风大巷打一联络巷，并控制过风量不少于2 100 m3/min。此时2#回风斜井主要通风风机排风量10 904 m3/min，风压2 496 Pa，各掘进工作面风量足够，风机运行稳定。

(2)为提高1#、2#回风井通风系统的独立性，在北一1#辅运大巷贯通后，在北一回风大巷与中央回风大巷连接处增加两道密闭墙隔离回风系统。1#联络巷上的风门改为调节风门，过风量供北一回风大巷巷道用风，控制过风量不能少于250 m3/min以保证巷道最低风速要求。回风系统隔离后，不仅四盘区方向的过风量增加，且两回风系统互相不影响，提高了通风系统稳定性。

(3)北一回风大巷按设计断面贯通而北一1#辅运大巷还处于开拓阶段时，各进风井的进风量增加最多。1#副斜井的进风量7 038 m3/min，2#副斜井的进风量7 152 m3/min，主斜井的进风量1 872 m3/min，1#进风斜井的进风量3 084 m3/min。北一1#辅运大巷贯通，双风机联合运转后，1#副斜井的进风量5 472 m3/min，2#副斜井的进风量5 562 m3/min，主斜井的进风量1 452 m3/min，1#进风斜井的进风量2 394 m3/min。冬季供风时，加热设施应做适当的调整。

(4)双风机联合运转后，1#回风斜井主要通风机的排风量11 432 m3/min，风压2 516 Pa，风机负压应引起重视。在北一回风巷贯通时，四盘区总进风量比现状增加180 m3/min，在北一1#辅运巷贯通时，四盘区总进风量比现状增加1 830 m3/min，在北一盘区正常生产时，四盘区总进风量比现状增加3 200 m3/min，满足矿井生产的风量需求。