煤矿通风系统改造方案对比及实施效果验证

尹 皓

（山西阳城阳泰集团西沟煤业有限公司， 山西 阳城 048100）

引言

通风系统是煤矿综采工作面的“呼吸系统”，其主要功能为工作面作业人员提供新鲜空气，降低瓦斯浓度，其性能优劣直接决定工作面的安全性和生产效率。在实际生产中往往由于工作面通风系统布置不合理、控制性能不佳，影响矿井的正常生产能力。因此，需结合矿井生产布局的变化和自然环境的影响对工作面的通风系统进行适时调整，使其通风效率达到最大，为综采工作面的安全生产奠定基础[1]。本文对某矿的通风系统进行改造，并对改造后的效果进行验证。

1 某煤矿通风系统现状分析

1.1 工程概况

某煤矿设计生产能力为每年90万t，经对煤矿生产系统两次改造，目前生产能力每年可达210万t。该煤矿工作面地层倾角平缓，且倾斜角度为5°；矿井的正常涌水量为230.1 m3/h，受周围煤矿的影响，需加强该煤矿的探水和防水措施；矿井的绝对瓦斯涌出量为2.19 m3/min，相对瓦斯涌出量为1.3 m3/t，属于低瓦斯矿井。工作面煤层顶板的主要成分为泥岩和砂质泥岩，平均厚度为2 m；底板为细砂岩和石英砂岩，平均厚度为1 m。经探测，该煤矿的储量为7 815.28万t，按照当前的生产能力来算该煤矿仍可继续服务26年。也就是说该煤矿有改造的必要。

1.2 通风系统现状

目前，煤矿采用中央并列式通风方式，其中主井和副斜井为进风井，西风井为回风井，即煤矿采用“两进一回”的通风模式。矿井通风系统的参数如表1所示，目前为矿井所配置通风机属于满负荷运行状态。经测量可得，矿井两个进风井的总风量为88 m3/s，矿井西风井的回风总量为90.73 m3/s，即矿井当前处于负压状态，且负压值大小为1 870 Pa。实际生产中发现，目前该煤矿通风系统急需解决的问题可归纳为如下几点：

1）随着矿井的深入开采，通风系统的运行阻力将会增加；且目前通风系统所采用的通风设备相对较旧，其通风效率低，导致工作面的供风量无法满足实际生产的需求。因此，急需解决矿井总风量不足的问题。

2）随着通风系统线路的增加，煤层的开采导致巷道断面形状变形，造成矿井风网的通风能力减弱。因此，需对通风系统进行改造，以降低回风阻力[2]。

3）在当前节能减排生产的大力号召下，应实现矿井通风系统的节能生产，提升其通风效率。

表1 矿井通风系统运行现状

2 矿井通风系统改造方案的确定

2.1 矿井通风系统改造方案的提出

结合当前煤矿通风系统的现状以及未来该煤矿的发展前景，现针对通风系统的改造拟定如下四种方案：

1）基于当前中央并列式通风方式，将以往的G4-28D/400通风机升级为FBCDZ29/630对旋式轴流风机。此外，为实现通风系统的节能生产，采用变频技术实现对通风机的控制，确保通风机根据矿井的需风量控制通风机的运行状态。

2）将中央并列式通风方式改造为混合通风方式，并在矿井西侧增设一个回风立井。

3）将当前中央并列式通风方式改造为两翼对角式通风方式，具体措施为将西回风井更改为进风井，并在矿井东西两侧增设回风井。

4）为解决工作面风量不足且通风阻力不断增大的问题，为通风系统增设辅助通风机。根据煤矿两侧通风系统的布置情况，在矿井东侧和西侧分别增加两套四台辅助通风机，并保持中央并列通风方式不变[3]。

2.2 矿井通风改造方案的比对与选择

分析该煤矿通风系统的改造指标，对基于不同改造方案的煤矿通风系统在困难时期下的各项指标进行对比，对比结果如表2所示。

表2 不同改造方案下通风系统的运行参数

经分析可知，方案四的总通风量仅为98.5 m3/s，无法满足生产能力为210万t/a的风量要求，故首先排除方案四的改造方案。从改造费用方面比较，方案三的改造费用远多于方案一和方案二，故再排除方案三的改造方案。改造后矿井的总风压和通风机总功率比较，方案一中通风机的效率最高。因此，在综合对比的基础上，最终选择方案一的改造方案，即在原中央并列式通风方式的基础上为其配置最佳通风机，且采用变频调速系统对其进行控制。

3 通风系统改造方案验证

经上述对通风系统的改造方案进行对比后，最终选择在原中央并列式通风方式的基础上为其配置最佳通风机，且采用变频调速系统对其进行控制。改造后通风机的具体型号为：FBCDZ29/630，属于对旋式轴流风机，并采用“一用一备”的配置原则为工作面配置两台同型号的通风机[4]。

此外，为实现矿井通风系统的节能生产，基于PLC控制与变频控制相结合的变频调速控制技术实现对旋式轴流风机的控制。经实践应用可知，采用变频调速控制技术对对旋式轴流风机控制后，通风系统的年平均能耗仅为0.327kWh/（mm3·Pa），远小于国家相关标准所规定的工业单耗指标0.44kWh/（mm3·Pa）[5]。

除此之外，在实际应用中方案一工作面总通风量为140.56 m3/s，满足年生产能力为210万t的通风量需求135 m3/s；通风机的风压可达3 680 Pa，通风机的通风效率可达83%。

4 结论

1）改造后，通风系统的年平均能耗仅为0.327 kWh/（mm3·Pa），远小于国家相关标准所规定的工业单耗指标0.44 kWh/（mm3·Pa）。

2）改造后，通风系统的总通风量为140.56 m3/s，满足年生产能力为210万t的通风量需求135 m3/s；通风机的风压可达3 680 Pa，通风机的通风效率可达83%。