煤矿通风系统优化研究

张玉刚

（阳泉煤业有限责任公司三矿， 山西 阳泉 045000）

1 煤矿通风系统优化原则以及常用方法

一般来说，在进行矿井通风系统优化时应遵照以下原则进行：首先，在保证通风效果的前提下，尽量使通风系统简单；其次，保证通风系统具有足够的可靠性，而且优化过后的通风系统应该具有可调性。煤矿井下在进行生产过程中，常用的通风方式有：机械通风和自然通风。煤矿在优化通风系统时主要采取优化矿井通风网络系统、优化矿井进出风井布置方式或位置两种方式[1]。

2 一矿7800回采工作面通风系统优化

某煤业集团一矿是一座现代化大型矿井，煤矿7800工作面的东部区域为架空人车巷，北部区域为实体煤，7800工作面标高为400～450 m，平均煤厚为5.06 m，所开采煤层为缓倾斜煤层，沿煤层走向方向布置运输顺槽和回风顺槽，巷道沿顶板进行掘进，运输顺槽长度为590 m，回风顺槽长度为647 m，运输顺槽和回风顺槽的巷道宽度和高度分别为5 m和3 m。巷道回采过后，采空区中集聚大量瓦斯，为抽采采空区中所集聚的瓦斯，在巷道顶板之上布置了1条高抽巷。此外，为提高7800回采工作面的回采率，加大采煤面可采量，煤矿在施工过程中多掘了1条回风顺槽，7800工作面通风系统如图1所示。工作面在生产初期的通风方式设计为里段和中段区域采用“U型通风+高抽巷”的通风布置方式，外段区域采用“一进两回”的通风布置方式。

2.1 存在的主要问题

在进行生产时，7800工作面推进至外段区域时，开切眼长度为239 m，外段区域采用“一进两回”的布置方式后，经测算，残存瓦斯浓度为1.98 m3/t，瓦斯压力为0.23 MPa，运输顺槽风流量为3 900 m3/min，回风顺槽的风流量为2 560 m3/min。在采煤机正常割煤时，顺槽上隅角的瓦斯浓度经常处于预警浓度以下0.6%左右，瓦斯浓度过高给煤矿工作面的安全生产带来巨大隐患（如图2所示）。因为在矿井设计时并没有在外段区域布置高抽巷，而且没有在工作面上布置预抽钻孔，所以外段区域瓦斯浓度很难降低，严重影响矿井的生产进度。矿井的通风系统急需优化[2]。

图1 7800工作面通风系统

图2 外段区域优化前通风系统

2.2 改造方案

为解决7800工作面外段区域上隅角瓦斯浓度过高的问题，根据该矿实际情况将外段区域的通风方式由原来的“一进两回”的通风方式调整为“W”型通风，该通风方式特点为“两进一回”，优化后的通风方式如下页图3所示。改变外段区域通风方式后还要强化工作面瓦斯抽采，在7800工作面里回风顺槽向运输顺槽中施工布置预抽钻孔，预抽钻孔的设计长度为90～115 m，相邻预抽钻孔之间的间距为1.2m，为提高抽采效率，钻孔孔径设计为120 mm。此外，在回风巷中布置瓦斯释放孔，通过瓦斯释放孔连接轨道巷，释放孔之间间距设计为1.2 m，长度设计为43 m，孔径设计为70 mm，在回风巷中布置137个瓦斯释放孔。通过实践证明，经过优化后的通风系统，对工作面上隅角瓦斯具有良好的稀释作用，使工作面瓦斯大大降低，通过布置瓦斯释放孔，实现了工作面瓦斯抽采全覆盖，为工作面的安全生产提供了保障。

图3 外段区域优化后通风系统

3 二矿通风系统优化

隶属于同一矿业集团的二矿同样是一座现代化矿井，煤矿现阶段主要开采2号煤层，2号煤层具有的典型特点是煤层厚度大，埋藏深度浅，矿井的通风方式设计为多风井分区对角抽出式、主辅扇联合通风，主要进风井筒有主斜井、副斜井、人行斜井、各采区轨道上山或运输上山，此外，部分区域辅助运输平硐也兼做进风井筒，回风井筒为中部回风井，在开采南翼区域时，南翼第四采区运输上山也作为回风井筒使用。

3.1 存在的主要问题

1）该煤矿为高瓦斯矿井，随着开采深度的增加以及开采强度的加大，瓦斯涌出量增大，原有的通风系统难以满足高瓦斯矿井的风量需求，严重制约矿井生产。

2）2号煤层埋藏深度浅，距离地表最近距离为90 m，在煤层开采过后形成许多直通地表的裂隙，由于裂隙的存在使通风系统漏风严重[3]。

2）通风设备数量巨大，降低了通风的可靠性。此外由于矿井采用联合通风系统，形成了角联通的通风网络系统，这种通风系统复杂，导致煤矿井下通风阻力不平衡，抵抗灾害能力较差。

3.2 改造方案

首先，将南翼第四采区4311综采工作面，以及工作面中的相关平巷硐室进行封闭；然后从南翼第四采区向南翼第二采区回收煤层。对水平大巷回收完成后封闭井底车场，对采取采区上下山回收完成后封闭井口。在进行封闭工作时，应该按照分段回收、分段封闭的原则进行。通风系统经过优化改造后如图4所示。

该煤矿通风系统经过优化改造后彻底解决了通风系统复杂，通风阻力不平衡的问题，消除了采区范围内没有专用回风巷道的重大隐患。此外，优化后的通风系统大大简化了原有的通风网络系统，提高了通风系统的稳定性，增加了通风系统的安全性。优化后的通风系统将原来的联合通风方式改为抽出式通风，在提高通风效率的同时，增加了通风系统的可靠性。优化后的通风系统最大限度地减少了通风设备的数量，降低了通风设施的冗余度。白芨沟煤矿遵循按段回收，分段封闭的原则进行通风系统的优化改造，取得了显著的成果，对于提高煤矿的生产效益，建设高产高效矿井具有重要意义。

图4 优化改造后通风系统图

4 三矿通风系统优化

三矿主要开采二号煤层，煤层平均厚度为8 m，矿井采用立井，斜井混合开拓方式，通风方式选择为中央并列式，两翼对角混合抽出式通风，进风井是位于工业广场的主井、位于西翼的运输斜井以及中央进风井，回风井是位于工业广场北侧的副井、桐家庄新风井、南窑风井。

4.1 存在的主要问题

1）风井采用的风机型号为70B2-21-18，这种风机回风性能差，效率低，经测算需风量与回风量相差15.93 m3/s，所以该型号风机不能满足工作面正常生产所需风量要求，严重制约生产。

2）南窑风井进风和回风线路长，通风阻力大，造成通风困难。

3）随着开采深度的增加，煤矿瓦斯涌出量增大，需风量也随之增大，原有的通风系统难以满足矿井进行安全生产的要求。在优化矿井通风系统前需要先确定每条巷道风量以及通风阻力[4]。测定表明，矿井北翼回风阻力占总风阻力的16.71%，南翼通风阻力占总通风阻力的13.69%。因为南翼采区进风线路长，通风阻力大，在进风端占总通风阻力的31.14%。经过分析测定数据可知：矿井北翼巷道局部断面小，形成很高通风阻力；矿井施工范围广，导致局部区域施工质量差，造成区域漏风量大；在南翼区域的回风巷道中存在巷道顶板冒落，部分区域存在积水，这些原因都会造成巷道通风阻力加大。

4.2 改造方案

将工业广场的风井选用型号为BD-Ⅱ-8-No22（n=740 r/min、HP 型）轴流对旋式风机，这种风机可以满足在深井巷道在正常生产中的风量需求；在工业广场南翼区域新建一口风井，用来代替南窑风井，为提高通风效率，将新建风井的通风机叶片安装角度由原来的3°上调到7°。现场实践表明，经过通风系统优化改造后的矿井工作面瓦斯浓度显著降低，满足矿井生产需风要求，保证了矿井的安全生产。