高阻力矿井通风系统的优化

张文彪

（柳林县煤炭工业局， 山西 柳林 033300）

1 某矿井实际通风系统分析

1.1 矿井概况

本次研究的矿井地处山东省莱芜市南部郊区，处于优势的地理位置，磁莱铁路从矿区东北部有磁莱铁路绕矿，与颜庄火车站相距6.5 km，运输矿井的铁路在颜庄车站与磁莱线相连，有高速公路通过，交通便捷。矿井东西部均与其他煤矿相邻，井田面积23.6 km2。矿井采用斜井多水平大巷石门开拓，共三个水平，采用走向长壁后退式采煤法，冒落法管理顶板。

矿井通风方式为对角式，风从副井、管子井和皮带进井，回风通过西风井和北风井，共计需风量为2 856m3/min。布置两个采煤工作面在北区、三个掘进工作面、14个硐室及其他用风地点，共计需风量为3 067m3/min。

结合现场实际勘验可知，本煤矿矿井有独立完善的通风系统，有监控安全措施，保证防尘灭火完善，设施完备、可靠。本矿井主要是利用机械通风，经资质单位检测合格。安全检测仪器完备可靠，局部通风装置符合相关要求，属于低瓦斯矿井，管理规范。

1.2 通风性系统概况特点

本矿井通风系统是复杂动态的。其地质条件在煤层发育处受地壳运动的影响下，出现断层、褶皱、沉陷等；瓦斯及二氧化碳的涌出影响矿井通风；在正常生产的过程中，随着不断开拓、采掘面的推进或者转移、矿山压力压缩巷道变形，造成通风设备磨损被毁，使其性能衰老，通风网络的结构、分支风阻、风网内风流大小、方向都会发生改变[6]。

造成本矿井发生变化主要受通风网络、通风动力及阻力分布等因素的影响，使得老矿井存在井通风线路长、回风断面小、通风阻力大、井下生产地点分布散乱、通风调控与管理困难等问题。井下通风设施多，通风系统结构复杂。主要通风机及附属装置的运转效率低下。漏风严重，井下有效风量率低。井下安全生产条件更趋复杂，矿井的抗灾能力降低等外在特性。

1.3 系统现状分析

表1 西风井、西区系统通风网络、通风动力及阻力分布表

表2 北风井、北区系统通风网络、通风动力及阻力分布表

表1为西风井、西区系统通风网络、通风动力及阻力分布表，表2为北风井的具体情况。在计算过程中根据实际情况将西区和北区作为一个完整的系统进行参考。将相关数据表1和表2输入计算机使用软件解算，得到通风系统现状模拟网络解算的结果，见下页图1和图2。由下页图1可知，功率与风量呈正相关关系，但是压强与风量的关系为负相关，而图2中，可以看出功率与风量呈正比例线性关系，效率在图1和图2中都是缓慢增加后趋于平稳或下降，这表明，存在最优优化参数。由表1和表2可知，西风井风量51.5m3/s，北风井风量51.5m3/s，基本相当。

根据计算检测可知，北区与西区实际情况真实，阻力分布较为平衡，通风阻力与风量合理匹配，满足国家相关标准要求。并根据统计结果显示：本矿井通风系统的主要规律特点为：第一，由于北区具有较大较长的一条进风大巷，因此北区进风段比例过大（图2），西区进风段最合理（图1）。第二，本区有简单的通风系统，有合理的巷道断面，通风顺畅，因此两区域用风段比例均较小。第三，北区由回风井、小面积回风巷段面组成，导致北区有较大通风阻力，因此西区与北区有大比例的阻力分布。通过计算机进行模拟可知，现阶段矿井通风系统的通风状况符合矿井通风的要求。

图1 西风井1号主通风机系统个体特征曲线

图2 北风井1号主通风机系统个体特征曲线

但是在局部通风巷道仍存在需要完善的环节：第一，突然变化的巷道断面以及断面存在直角拐弯，导致增加了局部通风阻力；第二，维护巷道，有效增加其断面，实现对巷道通风摩擦阻力的降低；第三，对于通风设备进行合理规划，充分利用通风系统中的风门、风窗等，将自然风的风流量作为设置参数，适当缩减通风设备数量，降低发生漏风的可能，实现对通风阻力的降低。第四，封闭暂不使用的联络、巷道，以此提升有效风量并加强对矿井的日常维护。

2 某矿井通风系统改造方案及其分析

2.1 通风系统存在的问题

根据实际勘察与实验计算，本矿井的系统实际问题包括：矿井通风量与阻力系统不符、通风系统内进、用、回风段通风阻力比例不合理、风机负压过高，风机效率偏低。

2.2 通风系统改造方案

在本案例中，由于风机负压过高、风机效率偏低，在制定通风系统改造方案时将电动机功率进行了提高，将260 kW电机更换为570 kW电动机。此外，为了解决矿井通风量与阻力系统不符，通风系统内进、用、回风段通风阻力比例不合理的问题，项目组在技术路线中对回风井参数进行了长度上的调整，以平衡通风量与阻力间的关系。具体有三种较为合理的技术方案：

1）在315石门至32石门区段范围内开拓一新进风立井，将北区回风井一段，由10.2m2扩至12m2，并对北区各采区回风巷进行一般性地扩修维护降阻。

2）拓宽-400北区大巷，将-400北区大巷由18m2扩至26m2，将北区回风井一段，由10.2m2扩至12m2，并对北区各采区回风巷进行一般性地扩修维护降阻。

3）在315下山区运输下山补掘150 m巷道与315辅助下山相通，与315辅助下山并联回风；同时拓宽315运输上山从7.2m2扩大到10m2。拓宽315辅助下山，从7.2m2扩大到8.5m2。将北区回风井一段由10.2m2扩至12m2，并对北区各采区回风巷道进行一般性地扩修维护降阻。

在技术上符合要求的情况下，再根据项目的经济性、安全可靠性与技术可行性进行比较发现，方案（3）中的工况点处于经济稳定的区域，且风压最低，风量最大，进风区、用风区、回风区的通风阻力分布更加合理，耗工性最小、通风电费最少、投资费用最小。此外，风压最低、风量最大，最有利于施工与管理等优势。综上所述，方案（3）技术可行、通风经济实惠且完全可靠。

3 结语

为确定矿井的通风状况需要以实地检测的风阻力风网基础数据和风机特性曲线对矿井通风情况进行模拟计算，本次研究发现通风系统满足通风需求量。但目前在通风巷道中仍存在不足，通过对问题的发现，可指导管理工作者进行日常管理工作，并可将日常数据作为分析不同时期通风情况的参考依据。根据实地勘验，在本次检测中矿井通风确实存在一定问题需要及时解决。结合专家意见以及工作经验，主要制定了三个方案，根据综合比较最优方案为方案三，其技术可行、通风经济、安全可靠。