矿井通风系统优化改造可靠性研究

亓志刚

摘要：铁矿整合后，矿区新增扩界区，矿区和扩界区采用主井进风，风井回风的通风系统，为满足新增采场通风需要，需改变风路方向，引流足够的新鲜风量至扩界区。通过通风系统优化改造，保证了矿井通风条件及空气质量，有效的改善了井下作业环境，提高了劳动生产效率，降低了通风成本。

关键词：矿井通风;通风系统;优化改造;可靠性研究

1、铁矿基本概况：

该矿是位于山东莱芜的一家多年从事采、选联合生产的铁矿山企业，原有二个独立的采矿权，鉴于两矿区之间存在空白带，且无矿权设置，按规定对其进行整合，整合后扩界区和一矿区共用一套通风系统。

2、问题提出：

铁矿整合后，为满足整个矿区及扩界区的通风要求，，如何在原矿区通风系统条件下，通过优化改造，使原矿区与扩界区满足各采场通风需要？

3、通风系统改造方案：

总体设计：设计优化后矿区及扩界区风流方向：矿区：新鲜风流一路从主（竖）井进入井下后，经-6m运输巷，2#盲斜井进入扩界区+36m水平采场，清洗工作面后，污风经上部+58m中段回风巷、+49m回风巷，由风（竖）井抽出式通风机排出地表;为了防止出现风流短路和相互串风，扩界区-6m水平中段风井口及-6至+36水平变坡点处及+36水平与+58水平变坡点处增设正、反向各两道风门。

局部优化设计：

（1）在+36水平及-36水平回风巷入口设置风流净化装置（安装2道防尘水幕）。

（2）安設风门的地点，要求前后5m内支护完好，无空帮空顶;

（3）门垛四周均要掏槽，槽深在岩层中不小于0.3m，在岩石中不小于0.2m。门垛厚不小于0.45m。门垛上的电缆和管道孔要封堵严密，如有水沟，要在水沟中设挡板，防止漏风;

（4）风门应迎风开启，使门扇与门框紧密贴合。门扇与门框接触处应做成沿口，并设衬垫;

（5）风门不少于两道，在有运输车辆通过处，两道风门间距离应大于车辆长度;

（6）进、回风井之间和主要进、回风巷之间，需要使用的联络巷中，必须安设两道正向和两道反向的风门，防止在反风时风流短路;

（7）回风井井口，副井马头门处安装不低于1.2m的安全护栏;风机进风口安装安全护栏及防护网。

风井优化：①封闭井架;②风井井口安装井盖门，提升时打开，无提升时关闭;③在井口加装风门，且在风门四周固定胶皮，增加风门与门框间的接触面积，减少漏风。另外要求现场加强管理，风门漏风较大时做到及时修理或更换。

4、风量计算：

合计用风量=（采场+掘进工作面+喷浆支护+硐室需风量）×1.15×1.10（漏风系数）=30（m3/s）

5、风阻计算

根据矿山生产用风情况，矿山通风最困难时期的通风路线;

通风阻力计算公式如下：

H=αPL/S3×Q2

式中：H——巷道通风摩擦阻力，Pa

α——巷道通风摩擦阻力系数，NS2/m4

P——巷道通风断面周长，m

L——巷道长度，m

S——巷道通风断面面积，m2

Q——通过巷道的风量，m3/s。

计算得通风阻力585Pa×1.2（局部阻力系数）=702Pa

6、设备验证

矿区及扩界区主通风机

（1）校核依据

①风量30m3/s，最大负压702Pa;

②现有风机为1台K35-6-№16型风机，并配有1台同型号同规格电机作备用，风量为33～70m3/s，负压570～1270Pa，配电机功率55kW。风机设于地表风井井口。

（2）设备验证

计算风量：Qj=KQ=1.2×30=36m3/s。

计算风压：Pst=H+H+HD=702+170+80=952Pa。

电机功率：

N=KPstQ/1000ηst=1.2×952×36/800=51.4kw

式中，Pst：最困难时期计算风压;

Qj：最困难时期计算风量;

ηst：风机在实际工况下运行效率;

K：功率储备系数

矿区现有的1台K35-6-№16型风机，满足通风要求。通风系统不设反风装置，如需反风，风机可以逆转满足反风要求。

7、局部通风机

为加强采准、切割独头巷道掘进时，以及采场爆破后的局部通风，矿山采用局部通风机，设备参数：风量55～101m3/min，风压1050～380Pa，电机功率2.2kW，电压380V。

矿山井下已经建立了监测监控系统，对各监测点设置CO等有毒有害气体浓度及主要工作地点风速、风压设置动态监控装置。

风速传感器设置

①井下各采掘工作面应设置风速传感器，当风速低于或超过规定值时，能发出报警信号。

②矿井主通风机房设置风速和风压传感器，实现对全矿井总风量的动态监测。

8、反风试验

1、反风期间，未发现井下气体异常变化。

2、在反风期间主要通风机装置及反风设施没有出现异常情况，说明主要通风机具有随时反风的能力。

3、从反风结果看，我矿井下各反风设施均比较良好，反风比较理想。矿区井下巷道内的风流方向改变共用5分钟30秒，符合《规程》要求。矿区风井主扇反风前总风量为1916.64m3/min，反风后矿井总风量为1713.4m3/min;恢复正常通风后总风量为1916.64m3/min。反风后矿井主扇供给风量达到89.4%。均超过了《规程》规定的关于反风后供给风量不应小于正常供风量60%的要求。

9、分析总结：

我全程主导并参与了此次通风系统现场改造，此次改造，满足了矿井风量、风速及反风的总体要求，并且主要有以下成果;1）充分利用原有主通风机并且使通风机工作效率得到充分发挥，通风机工作效率由原先60%提升至90%以上;2）极大减少了工程量;最大程度利用了原有巷道，回风巷，通过风门、调节风门、以及其它防漏风设施及措施，有效满足了矿井风量。3）矿井通风系统建成后，经现场测验，矿井通风各项数据正常，矿井反风有效，符合通风风速、风量、反风规定;不足：1）原有矿井巷道太多，虽然砌筑了风墙，挡风板等设施，但是还是加大了通风阻力;2）局部通风效果差，虽然使用了局部通风机，但总体巷道太长，实际作业中，存在风筒漏风，独头巷道中间部分空气质量差等现象;3）增设风门较多，风门的自动化控制以及通过风门改变风流的操作较为复杂，需专业人士操作。

参考文献：

[1]曹佃军 多风井通风系统可靠性研究 矿业论坛 2011年第7期

[2]冯福康 复杂采空区条件下多井筒通风系统可靠性研究 采矿技术 第18卷 第5期

[3]杜翠凤 单条沿脉巷道通风网路炮烟运动分析及对策 金属矿山 2006年第6期

[4]谭慧 矿井通风系统改造设计优化 机械管理开发 2018年第10期

[5]彭晓峰 矿井通风系统优化技术改造研究 水力采煤与管道运输 2018年8月第3期