矿井多水平通风系统调整改造方法研究

摘 要：白庄煤矿经历了由一个水平到两个水平再到三个水平的不同生产时期，针对不同时期用风需求，研究制定不同的通风系统调整方案，合理利用现有资源，保证矿井安全生产，实现了通风系统运行经济，合理提高企业经济效益。

关键词：多水平;通风系统;方法研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.071

矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，通风系统合理与否与矿井安全生产、防灾抗灾能力、稳产高产有密切关系。生产矿井在开采过程中，因生产布局、生产水平和生产能力发生变化，矿井通风网络、局部通风系统也应随之进行调整和变化。因此，适时进行矿井通风系统方案调整和模拟优化，进行矿井通风系统改造，确保矿井通风系统稳定，矿井通风系统安全，实现矿井通风系统的安全、技术、经济运行，防止一通三防重特大事故发生显得尤为重要.

1 基本情况

白庄煤矿位于肥城煤田中西部，生产水平为-150和-250水平，延伸水平为-430水平，-150和-250两个水平通风系统相对独立，矿井通风系统为中央分列抽出式。-150水平南风井设两台4-72-11№20B型离心式通风机，运行电机功率为95KW，排风量2180m3/min，负压1250Pa，备用电机功率为110KW，主要担负-150水平一个采煤面和三个掘进头的供风任务。-250水平北风井设两台G4-73-12№25D型离心式通风机，配备用电机功率为280KW，排风量为3980m3/min，负压1300Pa。矿井生产主要集中于-250水平（3个采煤面12个掘进头），-430水平于2001年进行延伸，-430水平2005年投产形成生产能力后，矿井将形成3个生产水平同时生产的局面。

2 矿井不同时期通风系统改造方法分析、确定

2.1 问题提出

白莊煤矿矿井通风系统变化历经三个不同时期：

（1）-250水平投产前;

（2）矿井-250水平投产后;

（3）矿井-430水平投产后。

三个不同时期矿井生产布局和矿井通风系统状况，均不同程度存在着矿井通风系统不能满足矿井安全生产需要的问题。

2.1.1 -250水平投产前

-250水平投产前，矿井生产主要集中在-150水平，-150水平通风系统存在的主要问题是：

（1）-150水平主通风机满负荷运转情况下，-150水平深部7400采区供风量无法满足生产用风要求;

（2）-250水平在北风井与北大巷贯通后，-250水平主通风机安装前，-150通风系统无法满足7400采区生产用风和-250增加掘进头数的用风需要，-150水平通风系统急待进行调整改造。

2.1.2 -250水平投产后

-250水平主通风机安装运行后，矿井生产由-150水平逐渐向-250水平过渡，两个水平用风量逐渐发生变化，-150水平风量由不足到富裕，-150水平通风系统也需要调整优化和改造。

2.1.3 -430水平通风投产后

矿井生产由-250水平逐渐向-430水平过渡，-150水平采掘作业地点减少，矿井通风系统主要问题是：

（1）-430水平通风方案如何确定。

（2）-150水平后期通风系统问题如何解决。

2.2 通风系统优化调整方法的分析确定

2.2.1 -250水平投产前

（1）-150水平7400采区通风系统解决方案。7400采区为-150水平深部采区，将安排一头一面生产，届时通风流程达8200米，-150水平主通风机基本满负荷运转，依靠原有通风系统无法解决7400采区通风问题。提出四个解决方案。1）更换主要通风机。2）进行网络改造。3）在主进风巷安装辅扇。4）利用矿井可控循环风技术，解决7400采区通风问题。1991年经中煤总公司和中国煤炭学会组织专家论证，选择方案4采用可控循环风技术解决短期内7400通风问题。

计算机分析模拟结果表明，-150水平利用可控循环风后能解决7400采区通风问题，同时能满足-250水平3个掘进工作面的用风需要，因现有通风能力限制，-250水平无法再增加掘进工作面个数。

（2）-250水平增加掘进工作面通风系统解决方案。针对白庄矿的实际，在-250水平主要通风机未安装投运前，制定了三个方案。

方案1：利用7400可控循环风系统增加风量。

方案2：改造-150水平主要通风机，加大矿井总排风量。

方案3：利用局扇群通风，建立-250水平临时通风系统，解决-250改扩建的通风问题。

通过方案比较，-250水平通风系统阻力为119Pa，需风量750m3/min，JBT-62型28KW局扇二台运转，一台备用，可产生负压700-3000Pa，风量500-780m3/min，能满足-250水平的用风要求。-250水平均为岩巷掘进，瓦斯涌出量较小，系统服务时间短，通风安全系数较大，通风、瓦斯管理难度不大。经报请山东省省煤管局批准采用局扇群解决-250水平通风问题。

2.2.2 -250水平投产后

-250水平投产后，-150水平3400采区、3700采区收缩，通风流程大大缩短，-150水平用风量逐渐减少，-250水平北风井主通风机并网运行，矿井两通风系统改造分两步进行。

（1）7400采区可控循环风。-150水平3400采区收缩结束后，-150水平供风距离缩短，南风井风机能力过剩，能够满足-150生产用风需要，拆除7400采区可控循环风系统。

（2）-150水平翻煤笼漏风。-150水平翻罐笼漏风造成-250皮带巷煤尘飞扬，风流局部短路，风量浪费问题日益显现出来。

2.2.3 -430水平投产后

-430水平投产后，-150、-250、-430水平同时生产，矿井生产向-430水平过渡，提出不同时期的矿井通风系统解决方案。

（1）-430水平投产初期通风系统改造方案。-150水平南主通风机担负-150水平和-430水平通风任务，-250水平北风井担负-250水平通风任务。

（2）-430水平投产中期通风系统改造方案。-150水平南主通风机担负-150水平和-430水平部分通风任务，-250水平北风井担负-250水平和-430水平部分通风任务。

（3）-430水平投产后期通风系统改造方案。-150水平南主通风机担负-150水平和-250水平部分通风任务，-250水平北风井担负-430水平通风任务。

（4）-430水平生产中期和末期电机功率选型。

1）-430水平生产中期功率选型。

主扇轴功率：

W1=hm1*Q排/1000=1513.8*（6300/60）/1000=158.9kw

配备电机功率：

W电1=W1*K/（n1*n2）=158.9*1.15/0.7/0.9=290kw

2）-430水平生产末期功率选型。

主扇轴功率：

W2=hm2*Q排/1000=2537.6*（7219.8/60）/1000=305.3kw

配备电机功率：

W电2=W2*K/（n1*n2）=305.3/0.85=400kw

-250m水平北风井主通风机电机功率为280kw，转数为480r/min。-430m水平初期所需电机功率为290kw，-430m水平末期所需电机功率为400kw。

（5）-150水平通风系统改造方案。-430生产中期，-250水平逐渐向-430水平过渡，如对-150水平西翼封闭，势必造成-150水平以下大量积水，因-150水平和-250水平相临，大量积水会对-250水平安全生产造成严重威胁，因此-150水平停产后，需保留-150水平主要泵房、必要变电所和绞车房及运输行人轨道。制定了三个方案：

通过方案分析比较，待-150水平停产后，如-250和-430水平通风能力充足，选用方案一，否则，选用方案三。

3 通风系统优化改造的经济和社会效益

3.1 -250水平投产前

（1）可控循环风系统，解决了白庄矿深部7400采区、3400采区通风问题，为国内解决同类通风问题积累了经验，新增产值17000万元，直接经济效益3350.5万元。

（2）-250水平临时通风系统。1）增大了-250水平的风量698m3/min，使-250水平掘进工作面由3个增至6个。2）-250水平利用临时通风系统通风比利用主要通风机通风节电。

利用北风井临时通风系统比利用南风井主通风机主扇担负-250水平通风问题累计节电90.8万kW.h，节约电费27.24万，新增产值3350.5万元。

3.2 -250水平投产后

（1）优化简化系统减少风量，调节风机工况（下落风峒立闸门）。每年节约电费6.55万元。

（2）改造风阻大的总回风巷，更换主通风机电机。每年节约电费21.8万元。

（3）-250水平效益分析（-150翻煤笼漏风治理）。累计节约电费46.4万元。

3.3 -430水平通风效益分析預测

-430水平投产后，矿井生产主要集中于-430和-250水平，-150水平生产结束后，停止-150水平主通风机运行。

（1）采用-250水平北风井主通风机担负-150水平通风，每年节电年70万度，节约电费28万元。

（2）若-150水平独立通风，每年节约电费14.45万元。

（3）利用-150水平主通风机担负-430水平部分采区供风任务，每年可节约电费20万元。

4 几点体会

（1）多水平生产矿井，自然条件、生产布局变化（如水平延伸、生产地点边远、矿井不同水平的不同生产时期），易造成矿井边远地区风量不足，改扩建过渡时期风量不能满足生产要求，与之适应的通风系统势必发生变化，可控循环风系统、临时用风系统是较为有效的解决办法，但要应用条件严格。水平生产后期，用风量减少，采用下落风峒立闸门和更换电机的办法，同类矿井可借鉴应用。

（2）矿井风量过剩时，在更换小功率电机前，采用下落风峒立闸门的方法可降阻、节电，效果较好。

（3）矿井多水平通风系统要结合各自实际制定相应的改造方案，对方案的计算机模拟优化是实现通风方案由定性到定量分析的必要前提条件，对改造方案的成功与否起决定性作用。

（4）如何确定矿井通风系统优化改造的评判指标，即矿井通风系统发生变化时确定哪些参数或这些参数指标具体数值为多少时方需优化改造。

（5）优化改造效果的评判，优化改造的结果是否最优，指标如何确定等还需进一步探讨。

作者简介：刘尊杰（1964-），男，山东菏泽人，研究生，站长，研究方向：煤矿安全管理和矿建技术。