青东煤矿通风系统模拟分析与预测研究

文/杨 健（淮北矿业<集团>有限责任公司技术中心）

近年来，随着矿井开采深度、强度及机械化程度的增加，矿井通风系统逐渐复杂化，通风问题也会愈加突出，严重影响矿山的生产效率和职工的健康与安全。开展改扩建矿井通风系统优化研究，解决改扩建矿井存在的通风难题，对创造安全稳定的工作环境和提高矿山的经济效益都有积极意义[1-2]。矿井开采深度增加使得矿井通风系统日益复杂[3]，通风网络结构也日益复杂，给煤矿高效安全生产带来了不可预测性[4]。本文对青东煤矿通风系统网络进行模拟分析，根据矿井采掘接替计划，青东煤矿七采区上首采面投产，判断中央风机及井下的通风系统是否能够满足届时的通风需求以及应采取的措施。

一、矿井及其通风系统概况

青东井田位于淮北矿区临涣区的西北角。东以大刘家断层为界，西至F9 断层，南以石炭系太原组顶界灰岩露头线为界，北至F19 断层和2-2 煤层-1200m 水平投影线，东西长约13km，南北宽约2.5～6.5km，矿区面积51.729km2。矿井井型为1.8Mt/a，采用立井、多水平，主要大巷、石门分区开拓，分区通风、集中出煤的开拓方式。前期开采储量丰富的东区，采用主井、副井和中央风井三个立井，主要大巷、石门开拓，中央并列式抽出的通风方式。矿井设计三个生产水平：一水平标高为-585m，二水平标高为-900m，三水平标高-1200m。根据矿井采掘接替计划，先是七采区上首采面投产，后期七采区下首采面也即将投产。

矿井现主要有工业广场内的副井（人员、进风和安全出口）和主井两个进风井，一个中央风井为回风井。目前，中央风井系统现有82 采区、84 采区、五采区三个采区在生产，中央风井矿井主要通风机型号为BD- Ⅱ-10-NO36， 安 装 角 度-5° ， 配 套 电 机 型 号 为YBF-710-10，功率560kW，转速594r/min。

二、矿井通风系统分析预测

为保证矿井正常生产接替，保持矿井持续稳产，矿井将组织开拓七采区。本次矿井通风系统分析预测的目的是分析七采区首采面投产时期，如果矿井通风系统全部由中央风井来承担，中央风井系统是否能满足需要，是否需要改造中央风井主要通风机及配套电机，以及是否要施工新巷道或新风井。

1.中央风井通风系统需风量预测

根据矿井采掘生产接替计划，七采区首采面投产时期，届时原有的82 采区需风量55.8m3/s，84 采区需风量51.6 m3/s，五采区需风量25.8m3/s，主井系统需风量13.4m3/s，新开的七采区需风量71.7m3/s。中央风井总风量为218.3m3/s，按1.2 倍计算为262m3/s，外部漏风按8m3/s计算，全矿井排风量为270m3/s。

2.中央风井主要通风机工况预测

风量270m3/s，阻力4166Pa，自然风压-100Pa，装置静压4266Pa，输入功率1774kW，综合效率65%，输出功率1153kW。

3.中央风井通风系统预测结果及分析

七采区首采面投产后，若不打新风井，全矿井通风流程达到13916m，中央风井总回风量达到262m3/s，排风量达到270m3/s，阻力4166Pa，现有主要通风机及其配套电机不能满足矿井的安全生产。

从矿井通风系统三区段阻力分布情况看，进风段为1144Pa，占比27.5%；用风段为133Pa，占比2.2%；回风段为2889Pa，占比69.3%。回风段阻力是进风段阻力的1.5倍，说明自七采区采面风巷外段至风机入口处所占比例较高，超过69.3%，若仅从采区进风段降阻措施，现有的风机及配套电机仍不能满足要求。

从以上分析看出，七采区首采面投产后，如果仅用现有的中央风井通风系统不能满足矿井通风能力需要，必须对矿井现有的通风系统进行升级改造优化。

三、方案制定与模拟分析

1.方案制定

根据七采区首采面投产后的通风模拟结果可以看出，仅通过扩修巷道很难解决矿井高阻的问题，现制定以下方案：

方案1：施工东回风井（直径6m），东风井布置在青东井田边界2-1 钻孔东南约180m 处，井筒深度约350m，东风井回风上山长度为1210m（断面20m2）。

方案2：施工东回风井（直径6m），东风井布置在青东井田边界外约155m 处，井筒深度约580m，东风井回风上山长度为436m（断面20m2）。

方案3：更换中央风井主要通风机并施工回风巷，自中央风井施工回风巷（长度2970m，断面18m2）至七采区-650m 水平，构成“两进两回”的通风系统。

2.方案模拟

表1 是3 种方案的模拟结果。

表1 七采区首采面投产各方案模拟结果

3.对方案的模拟分析

从七采区首采面投产后的模拟结果来看，施工东风井的位置以及东风井的面积对模拟结果的影响并不显著，即方案1 和方案2 的模拟结果相差较小；采用方案3则必须更换中央风井主要通风机。

整体来看，方案2 和方案3 效果都较好，不过方案2费用高，而方案3 可能压煤较多。在七采区首采面投产时，打东回风井或施工两进两回的巷道都可以满足要求，但从经济方面考虑，七采区形成两进两回的通风路线虽然也可行，但会造成严重压煤情况。为减少压煤，延长矿井开采年限，兼顾到七采区深部通风需要，同时降低矿井通风系统阻力，选择方案2 较为合理，即施工东回风井，井筒直径6m，深度约580m，东风井回风上山长度为436m（断面20 m2）。

四、通风系统预测与结果分析

对中央并列式通风未来工况变化与之前工况的对比见图1。

从图1 可以看出，矿井排风量维持在234～284m3/s，而矿井总风阻逐年增加，矿井总阻力显著增加，其原因在于矿井通风流程增加。

五、结语

根据青东煤矿矿井采掘接替计划，通过模拟分析，结果表明方案2 更可靠，即施工东回风井，井筒直径6m，深度580m，东风井回风上山长度为436m（断面20m2），这样在七采区首采面投产时，既能减少压煤，延长矿井开采年限，又可以兼顾到七采区深部通风需要，同时降低矿井通风系统阻力。通过模拟发现中央风井主要通风机及其配套电机效率偏低，建议重新对其真实能力和最大能力进行核准。

图1 中央并列式通风工况变化情况