德胜煤矿基建期间的通风系统优化设计研究

巩志荣

(山西宁武德盛煤业有限公司，山西 宁武 036700)

引 言

煤矿基建期，井筒一期工程完工后，井筒间通过施工井下巷道短路贯通，随着井下二、三期工程的施工进展，井下巷道扩展延伸，通风系统需要不断变动，以满足通风安全生产需要，确保矿井建设安全顺利进行。若通风设计不合理，将无法满足安全生产需要。

1 工程概况

德胜煤矿由中煤科工集团重庆设计研究院设计，生产能力15.0 Mt/a，矿井服务年限80 a，开拓方式为主、副斜井井筒及进、回风立井井筒开拓，无轨胶轮车辅助运输。井田埋深为335.85 m～346.81 m，煤层走向NF35°、倾向NW55°、倾角10°，该矿井属瓦斯矿井。进、回风立井井筒和井下二、三期井巷工程，均由中煤矿建三十工程处施工。进风立井井筒净直径7.8 m，深度344.2 m；回风立井井筒净直径7.8 m，深度343.5 m。井下二、三期井巷工程主要包括：2煤辅运大巷、2煤主运大巷、2煤回风大巷、122106工作面辅运顺槽、122106工作面主运顺槽、122106工作面回风顺槽以及相关工程等。目前进、回风立井井筒已落底并贯通，且已完成临时改绞，二期工程正在施工。

在该煤矿基建的二、三期工程的施工过程中，因巷道扩展延伸导致了通风需求发生变化，当前的通风系统无法满足通风安全的要求，必须过行设计改造。

2 不同基建时期的通风系统优化设计

德胜煤矿回风立井井架采取全封闭，井架侧面封闭骨架用12.6槽钢，并外敷厚度100彩钢板，槽钢骨架与井架之间采用焊接连接，井架每侧设置槽钢横梁26根，风门为连锁风门，风门及隔墙为钢结构，风门立柱采用工字钢120b，埋深800 mm。天轮平台下面需平面封闭，采用145b工字钢为平面骨架，上敷厚度5钢板封闭，梁与井架、梁与梁间采用焊接连接，封闭板上需打孔，应在各钢丝绳悬挂完毕后，根据实际开凿，并不得使用气割，绳孔不得过大。

按要求安设一主一备两台临时主要通风机，安装临时主要通风机坐落位置距离井筒15 m开外，并不得占用永久风道位置。采用安全出口作为临时风道并与主、备临时主要通风机和茬。临时主要通风机风道裤档权处各设可开闭的闸门，并能保证主、备通风机正常切换，防止风流短路[1-3]。

2.1 贯通前通风系统布置

进、回风立井落底后，两井贯通前，各掘进工作面分别采用地面局部通风机独立供风。进风立井在距井口20 m外安设四台局部通风机，通过胶质风筒向掘进工作面供风，分别施工进风立井两侧井底车场绕道、进、回风井联络巷、临时泵房及水仓、永久避难铜室、调车铜室，以及部分2煤辅运大巷；回风立井在距井口20 m外安设两台局部通风机(一主、一备)，通过胶质风筒向掘进工作面供风，施工回风立井两侧井底车场绕道。

2.2 第一阶段通风系统优化

第一阶段，两井短路贯通后，进、回风立井临时改绞，将临时主要通风机安装在回风立井上井口处，将回风立井井架封闭严实，进风立井进风，回风立井出风，形成全风压通风系统。井下主要施工包括：2煤辅运大巷、2煤主运大巷、2煤回风大巷、清理斜巷等。掘进工作面供风局扇均安装在进风立并井底车场绕道新鲜风流中。第一阶段通风系统示意图如图1所示。

2.3 第二阶段通风系统优化

继续利用原安装在回风立井上井口处的临时主要通风机形成的全风压通风系统，进风立井进风，回风立井出风。井下主要施工包括：122106工作面回风顺槽、2煤辅运大巷、2煤主运大巷、2煤回风大巷、清理斜巷等工程。掘进工作面供风局扇均安装在进风立井井底车场绕道新鲜风流中[4]。

2.4 第三阶段通风系统优化

继续利用原安装在回风立井上井口处的临时主要通风机形成的全风压通风系统，进风立井进风，回风立井出风。临时主要通风机服务至永久通风机安装调试完成。此阶段，可根据工程进度调整通风系统，将局扇位置前移。井下主要施工包括：122106工作面辅运顺槽、122106工作面主运顺槽、122106工作面回风顶槽、2煤辅运大巷、2煤主运大巷等工程。

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由于122106工作面顺槽长度较长，当122106工作面两回风顺槽施工长度均超过1 000 m时，可在两回风顺槽间施工联络巷。通过联络巷，构成通风回路，一回风顺槽进风，另一回风顺槽回风，将四台供风局扇(两主、两备)安装在距离联络巷口20 m以外进风的回风顺槽处，为122106工作面两回风顺槽施工供风。两回风顺槽每向前推进1 000 m，两回风顺槽间将施工新联络巷，封堵后面的联络巷，利用新联络巷构成通风回路，供风局扇前移，缩短局部通风距离[5]。

施工122106工作面顺槽期间，通过通风系统调整，供风局扇不断前移，顺槽施工长度越来越长，当顺槽施工长度超过3 000 m时，地面永久通风机应当已经形成，故暂把此时期称为临时通风机的通风困难时期。

掘进工作面供风局扇选择：大巷掘进工作面供风局扇选择FBDNo7.1/2×30型矿用防爆对旋轴流通风机，通过中1 000 mm或中800 mm胶质风筒导风，确保工作面输入新鲜风量。顺槽掘进工作面供风局扇选择FBDNo8.0/2×45型矿用防爆对旋轴流通风机，通过φ1 000 mm胶质风筒导风，确保工作面输入新鲜风量。

将矿井建设时期全风压通风系统划分为以上三个阶段并不是一成不变的，通风构筑物和供风局扇的安设位置应根据实际矿井建设井巷工程先后顺序合理设置，并随施工进度及时进行调整通风系统。设置通风构筑物和挪移局扇应根据实际施工巷道情况而定，确保供风局扇处于新鲜风流中并距离掘进工作面尽量近，保证迎头风量适宜，尽量避免串联通风，杜绝循环风。

3 地面临时主要通风机选型计算

3.1 矿井施工总风量

矿井施工总风量，应按各掘进工作面地点实际需风量的总和计算，见式(1)。

Q=KL∑Qei

(1)

式中：Q为矿井施工总风量，m3/s；Qei为各掘进工作面所需风量总和，m3/s；KL为矿井通风系数，此取1.20。

该矿井在此通风困难时期，每个顺槽综掘工作面供风局扇最大吸风量约为650 m3/min，每个大巷综掘及炮掘工作面供风局扇最大吸风量约为450 m3/min，根据矿井施工井下最多掘进工作面数量及井下巷道风量分配情况，经式(2)计算，矿井施工总需风量确定为70 m3/s。

Q=KL∑Qei=(650×4+450×2)×
1.2÷60=70 m3/s

(2)

3.2 风量分配

在此通风困难时期，每个顺槽综掘工作面供风局扇最大吸风量定为650 m3/min，每个大巷综掘工作面供风局扇最大吸风量定为450 m3/min，(巷道风速：煤巷不低于0.25 m/s，岩巷不低于0.15 m/s)。进风立井进风量约定为70 m3/s，回风立井出风量约定为70 m3/s。

3.3 选择矿井通风设备

3.3.1 扇风机的风量

由于回风立井井口存在着外部漏风，通过扇风机的风量Qf大于通过出风井的矿井总风量Q，见式(3)。

Qf=kQ

(3)

式中：k为抽出式通风矿井外部漏风系数，回风井有提升运输任务时，k=1.2，无提升运输任务时，k=1.15，此取1.2；Q为矿井要求的总风量，m3/s。

Qf=1.2×Q

通风困难时期：Qf=1.2×70=84 m3/s。

3.3.2 扇风机的风压

扇风机抽出式工作，风阻计算见第63页式(4)。

hfsmax=hrmax+hn+Δh

(4)

式中：hrmax为通风困难时期矿井通风总阻力，取595 Pa；hn为矿井自然风压，取500 Pa；Δh为扇风机装置阻力，轴流式，取250 Pa。

hfsmax=595+500+250=1 345 Pa。

3.3.3 选择轴流式扇风机

在此通风困难时期，主扇的设计工况值如表1所示。

表1 主扇的设计工况值

另外考虑到，若永久通风机运行较晚时，随着顺槽施工的延伸，最长通风阻力路线还将增大，也就是说克服通风总阻力的工作风压还将增大，根据轴流式主要通风机个体特性曲线图表，选出的通风机应保证还能继续满足过渡期的施工。由此选择扇风机型号为FBCDZ-8-NO21B型防爆抽出式对旋轴流通风机(n=740 r/min)。

4 结语

从德胜煤矿基建二、三期工程的完成情况来看，针对原通风系统的优化改造设计是合理和成功的。通过调整优化通风系统，结合主要通风机的技术措施，有效形成了全风压通风系统，并保障了基建期间煤矿井下通风系统的可靠性和稳定性，杜绝了通风安全事故的发生。