矿井双风机联合运转通风系统的设计与研究

徐志强

（ 陕西有色榆林煤业有限公司，陕西 榆林719099）

通风是矿井生产作业中的主要环节之一，通风系统的优化程度直接影响到煤矿安全生产的经济效益，传统的通风管理系统局限性大，通风系统调整过程中容易出现通风系统问题，通风阻力过大，对井下作业造成安全威胁，对矿井通风系统优化是榆林煤业矿井的首要需要解决的问题。鉴于此，榆林煤业设计应用了矿井双风机联合运转通风系统，通风效果明显改善。

1 矿井通风井及工作面简介

榆林煤业矿井井筒主要包括主斜井、副斜井、回风斜井、一号进风立井和回风立井。其中主、副斜井作为安全出口，兼做矿井的进风主井；回风斜井和回风立井主要用于回风，兼做安全出口；一号进风立井具备矿井辅助进风和安全出口的功能。

按照矿井生产接续规划，布置综采面1 个、备采面1 个、连掘工作面3 个和综掘工作面2 个。本次设计服务于综采工作面在30109 进行回采作业，30110 作为备采工作面进行回采准备工作，302 盘区泵房水仓掘进和30201 工作面三条顺槽掘进作业。待30109 工作面回采封闭完毕后，需对矿井风量重新进行计算与调整。

2 通风方式和回路设计

矿井采用双风机联合运转通风系统，通风方法均采用分区对角、抽出式通风方式。矿井掘进工作面利用局部通风机对其进行压入式独立供风；井下变电所、泵房等硐室利用主通风机负压进行独立通风。

通风回路共包括7 条主要回路：

（1）主斜井、副斜井→3 号煤北胶运大巷、3 号煤北辅运大巷→30109 胶、辅运顺槽→30109 综采工作面→30109 回风顺槽→3 号煤北回风大巷→回风斜井→地面。

（2）主斜井、副斜井→3 号煤北胶运大巷、3 号煤北辅运大巷→30109 胶、辅运顺槽→30110 备采工作面→30110 胶、辅运顺槽→30110 回风措施巷→3 号煤北回风大巷→回风斜井→地面。

（3）副斜井→清水泵房→清水泵房通道→30101 回风顺槽→3 号煤北回风大巷→回风斜井→地面。

（4）主斜井、副斜井→3 号煤北胶运大巷、3 号煤北辅运大巷、二号辅运大巷→二盘区主、副水仓掘进工作面→泵房管子道→中央回风大巷→回风立井→地面。

（5）主斜井、副斜井→3 号煤北胶运大巷、3 号煤北辅运大巷进、二号辅运大巷→中央辅运大巷→30201 回风顺槽掘进工作面→30201 回风顺槽→中央回风大巷→回风立井→地面。

（6）主斜井、副斜井（进风立井）→3 号煤北胶运大巷、3 号煤北辅运大巷、二号辅运大巷(中央辅运大巷)→30201 胶辅运顺槽掘进工作面→30201 辅运顺槽→中央回风大巷→回风立井→地面。

（7）进风立井→中央胶运大巷→3 号煤北回风大巷→中央回风大巷→回风立井→地面。

3 矿井通风风量设计

鉴于井下用风工作面较多、用风地点种类繁杂，设计风量的计算方式包括两种：（1）按井下同时作业最大人数计算方式；（2）按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需风量总和计算方式。依据该两种计算方式的最大值作为矿井设计总风量。

3.1 井下同时作业最大人数方式计算

矿井总风量Q=4×最大同时作业人数N（800 人）×通风系数K（1.15）=3680m3/min≈61.3m3/s

3.2 按实际需风量的总和计算

Q矿=（回采面需风总量ΣQ采+掘进面需风总量ΣQ掘+独立硐室需风总量ΣQ硐+无轨胶轮车需风总量ΣQ胶+ΣQ其他）×K，其中ΣQ其他按前四项总和的5%考虑。

3.2.1 回采面需风总量

（1）按瓦斯涌出量计算：Q采=100×绝对瓦斯涌出量q采（0.33m3/min）×工作面瓦斯涌出不均匀系数Kc（1.5）=49.5m3/min≈0.825m3/s。按二氧化碳涌出量计算：Q采=67×绝对二氧化碳涌出量q采（1.12m3/min）×工作面瓦斯涌出不均匀系数Kc（1.5）=12.56m3/min≈2m3/s。取2m3/s。

（2）按工作面温度计算：Q采=60×适宜风速Vc（1.0m/s）×平均有效断面Sc（18.96m2）×采高系数Kch（1.2）×长度系数Kcl（1.35）=1843m3/min≈30.8m3/s。

（3）按工作面最大人员数量计算：Q采=4×同时工作的最多人数nc（400）4×40=160m3/min≈2.7m3/s

按(1)、(2)、(3)项中取最大值原则，30109 回采工作面需风量取30.8m3/s。该风量能够满足0.25m/s≤v≤4m/s 的风速要求。

3.2.2 掘进面需风总量

30201 胶辅运顺槽连采掘进：

（1）按瓦斯涌出量计算：Q连掘=100×平均绝对瓦斯涌出量q掘（0.04m3/min）×备用风量系数Kd（2.0）=8m3/min≈0.13m3/s。按二氧化碳涌出量计算Q连掘=67×平均绝对二氧化碳涌出量q掘（0.22m3/min）× 备 用 风 量 系 数 Kd（2.0）=67 ×0.22 ×2.0=29.48m3/min≈0.5m3/s。取0.5m3/s。

（2）按局部通风机吸风量计算：Q综掘=局部通风机额定风量Q扇（550m3/min）×同时运转的局部通风机台数I（2）+60×0.25 风机安装处断面积S（25.0m2）=1475m3/min≈24.6m3/s

（3）按掘进工作面最大人员数量计算：Q连掘=4×nj=4×36=144m3/min=2.4m3/s

按(1)、(2)、(3)项中取最大值原则，按每台通风机吸风量取550m3/min, 胶辅运顺槽连掘工作面风机前共配风量取24.6m3/s，30201 回风顺槽连采掘进工作面同样方法计算得出配风量取20m3/s，302 泵房水仓掘进同样方法计算得出配风量取18.6m3/s。且经过验算该风量能够满足各掘进巷道风速要求，算得风速均位于0.25m/s≤v≤4m/s 区间之内。

经计算，掘进工作面共需配风为：Q掘=Q胶辅运顺槽掘+Q回风顺槽掘+Q水仓掘=24.6+20+18.6=63.2m3/s。

3.2.3 独立硐室需风总量

榆林煤业矿井需井下独立通风硐室配风有中央变电所中央水泵房、301 盘区变电所、302 盘区变电所、清水泵房。按每处峒室5m3/s 计算，ΣQ硐=20m3/s

3.2.4 稀释无轨胶轮车（柴油机车）废气需总量

（1）按矿井正常生产时运行无轨胶轮车台数计算

井下正常生产时，同时工作设备包括75kW 自卸式防爆胶轮车3 台、50kW 人员、材料运输车4 台、45kW 生产指挥车1台、50kW 防爆装载机2 台。ΣQ胶轮=(3×75+4×50+1×45+2×50）×4/60≈39.0m3/s

（2）按工作面搬家时运行无轨胶轮车台数计算

井下工作面搬家时，171.5kW 支架拖车2 台、50kW 防爆装载机1 台、195kW 支架铲车1 台同时工作。ΣQ胶轮=（2×171.5+50+195）×4/60≈40.0m3/s

根据计算结果ΣQ机车=40.0m3/s。根据实际情况，当准备工作面安装时并不生产，因此，只需补充风量40-15.4=24.6m3/s。

3.2.5 考虑一个生产接续工作面风量

按工作面配风的50%左右考虑，Q=15.4m3/s。

3.2.6 其它配风量按以上各项配风总量的5%计算

ΣQ其他=（30.8+63.2+20+24.6+15.4）×5%=154×5%=7.7m3/s。

经过计算， 按实际需风量的总和计算 Q矿=（30.8+63.2+20+24.6+15.4+7.7）×1.15≈186m3/s。

3.3 矿井总风量确定

根据上面的计算结果，取大者，确定矿井总风量为186m3/s。

4 通风机负压及等积孔设计

根据通风系统各巷道进行合理分配风量，利用计算机通风网络解算软件简单计算出双风机联合运转时矿井负压，局部通阻力按矿井摩擦阻力的10%计算；本次设计只选择最长通风路线进行通风阻力解算；301 盘区选择30110 准备工作面，302 盘区选择胶辅运顺槽掘进工作面进行阻力计算。

4.1 主要通风机负压

回风斜井通风机负压：h1=9.8×145.12×1.1=1564(Pa)

一号回风立井通风机负压：h1=9.8×59.36×1.1=640(Pa)

4.2 主要通风机的矿井等积孔

式中：

A1、A2- 分别为回风斜井、一号回风立井通风机负担系统等积孔，m2；

Q1、Q2- 分别为回风斜井、一号回风立井机的回风量，m3/s；

h1、h2- 分别为通风机的通风阻力，Pa；

As- 两台通风机联合工作的矿井等积孔，m2

表1 风量、负压及等积孔

综上，两台主要通风机等积孔均大于2.0m2，属通风容易矿井。

5 应用效果

回风斜井通风机选用2 台FBCDZNO32 型防爆对旋轴流式通风机，选配变频电动机功率2*560KW、电压6KV、同步转速600r/min、效率94%，变频控制方式。

风井场地一号回风立井主要通风机选用2 台FBCDZNO35型防爆对旋轴流式通风机，选配电动机功率2*630KW、电压10KV、同步转速600r/min、效率94%，变频控制方式。

通过调整变频器给定频率、选择电机运行方式或调整风叶角度等方式，双风机联合运转通风系统可以满足矿井风量配比的需要。

6 结论

针对榆林煤业的通风系统通风能力不足问题，设计的双风机联合运转通风系统，极大地改善了通风效果，并且采取了双电机变频控制方式，实现了减少电能消耗，经济效益显著的目标，该方案为以后通风系统的进一步改进提供了参考和借鉴。