运河煤矿通风系统改造优化设计及应用

黄贤锋

（山东兖矿设计咨询有限公司，山东 邹城 273500）

1 矿井通风系统改造的必要性

1）主要通风机及附属设施已老化，安全性能下降。运河煤矿自1999 年5 月投产以来，在用的2 台G4-73-12N025D 型离心式通风机已累计运行多年。长期使用致使风机附属设施出现老化，风机运行性能差，能耗高，通风安全性能降低。

2）主要通风机为离心式，已被列入淘汰设备清单。根据发改运行[2014]893 号《关于加强煤矿井下生产布局管理控制超强度生产的意见》，第十五条的规定，“主要通风机优先选用轴流式或对旋式，逐步淘汰离心式”。该型风机已被列入淘汰设备清单。

3）井下通风设施复杂，采掘工作面等用风地点配风较困难。目前井下设有2 个采煤工作面、1 个备用工作面和7 个掘进工作面，为保证用风地点满足通风需求，矿方采取多种途径对风量分配进行人为调节，比如对暂时不用的硐室或巷道进行临时封闭，适当减少采掘工作面、硐室或巷道配风等，不仅工作量大、漏风严重，同时对采掘工作面配风等带来不稳定因素，导致个别地点出现配风较困难等问题。

4）主要通风机通风能力不足，将不能满足矿井将来通风需要。根据运河煤矿生产接续规划，矿井将按照近期正常开采+超高水充填开采，远期超高水充填开采+逐巷胶结充填开采的模式保证矿井均衡稳定生产。届时矿井生产布局及生产系统将发生较大调整，直接导致矿井实际需要风量增大，主要通风机供风能力不能满足矿井未来的生产需求。

2 矿井风量及阻力计算

2.1 矿井生产接续规划

运河煤矿设有2 个开采水平，一水平标高-490 m（井底车场水平），二水平标高-725 m。目前，一水平主采一采区、七采区和九采区；二水平主采五采区、八采区。其中，一采区、七采区采用正常综放开采，九采区设计采用逐巷胶结充填开采，五采区、八采区主要采用超高水充填开采。

根据运河煤矿生产接续规划，矿井将按照近期正常开采+超高水充填开采，远期超高水充填开采+ 逐巷胶结充填开采的模式保证矿井均衡稳定生产。未来矿井将按照2 个采煤工作面，1 个备用工作面，5～6 个掘进工作面组织生产。

2.2 矿井通风时期的划分

根据矿井2020-2026 年生产接续规划，矿井通风时期将经历通风容易时期和通风困难时期2 个生产阶段，其中容易时期应为主要采掘工作面集中布置在井筒附近，困难时期应为主要采掘工作面远离井筒布置。

1）矿井近期（2020-2022 年），将按照正常开采+超高水充填开采的格局组织生产，经分析近3 年为矿井相对通风容易阶段，其中2022 年为矿井通风较容易时期，该时期采掘工作面分布如下：

2 个采煤工作面：7308 综放工作面和C5302 超高水充填工作面；

1 个备用工作面：9304 下膏体充填备用工作面；

5 个掘进工作面：五采区充填皮带巷延伸综掘、C8316 轨顺综掘、1307 轨顺普掘、7315 皮顺普掘和九采区皮带上山延伸普掘。

该时期主要采掘工作面集中布置在井筒附近，矿井通风风量最小，通风距离短，通风阻力最小。

2）矿井远期（2023-2026 年及以后），将按照超高水充填开采+ 逐巷胶结充填开采的模式进行生产，经分析该时期为矿井相对通风困难阶段，其中2023 年为矿井通风较困难时期，该时期采掘工作面分布如下：

2 个采煤工作面：C8316 超高水充填工作面和9304 下膏体充填工作面；

1 个备用工作面：1307 综放备用工作面；

6 个掘进工作面：C5304 皮顺综掘、7318 皮顺综掘、C8302 轨顺普掘、C5304 轨顺普掘、7319 皮顺（外段）普掘和9308 下轨顺（外段）普掘。

该时期主要采掘工作面远离井筒布置，矿井通风风量最大，通风距离长，通风阻力最大。

2.3 矿井风量计算

根据《煤矿安全规程》（2016）、《煤矿矿井风量计算方法》（MT/T 634-2019）和济宁能源发展集团有限公司关于印发《矿井风量计算方法》的通知（济宁能源发〔2018〕29 号）等规定，矿井通风容易时期及困难时期总风量及分配详见表1。

表1 矿井各时期总风量及其分配表

2.4 矿井通风阻力计算

1）通风容易时期以回采C5302 工作面为路线进行摩擦阻力计算，通风路线如下：

地面→副井→井底车场→-490 西翼轨道大巷→轨道暗斜井绕道车场→轨道暗斜井→五采区充填轨道巷绕道→五采区充填轨道巷→C5302 轨顺→C5302 工作面→C5302 皮顺→五采区充填皮带巷→回风暗斜井联络巷→回风暗斜井→总回风巷→主井→地面。

2）通风困难时期以回采C8316 工作面为路线进行摩擦阻力计算，通风路线如下：

地面→副井→井底车场→-490 西翼轨道大巷→轨道暗斜井绕道车场→轨道暗斜井→-725 东翼轨道大巷→C8316 轨顺→C8316 工作面→C8316皮顺→-725 东二皮带巷→-725 东翼胶带大巷→回风暗斜井→总回风巷→主井→地面。

3）矿井局部通风阻力按摩擦阻力的10 %计算，经计算，矿井通风容易时期、困难时期风量负压见表2。

表2 矿井不同时期通风参数表

2.5 现有主要通风设备校核

目前矿井主要通风机房设有 2 台G4-73-12N025D 离心式通风机，配备三相异步电动机，额定功率为355 kW，转速595 r/min，其中1 台工作，1 台备用。根据运河煤矿提供的主要通风机最大角度检测报告，西侧1 号风机的通风能力较小，若该风机满足要求，则东侧2 号风机通过调节即能满足要求。

根据矿井通风困难时期在G4-73-12No25D 型风机特性曲线上的工况点参数，详见表3。矿井主要通风机前导器全开式时，风机所能提供的风量和负压不能满足矿井生产通风要求。

表3 G4-73-12No25D 型风机工况点参数电动机容量表

3 矿井通风系统改造优化设计

3.1 主要通风机选型

根据国内大型煤矿主要通风机运行情况，目前矿用轴流式通风机具有提供风量大、运行效率高的性能，并且轴流式通风机具有反转反风或调整叶片角度反风的特点，可节省地面反风道的建设工程，风机安装布置简单，反风调节方便可靠。设计主要通风机选用轴流式，提出以下3 个方案进行对比分析。

方案1：选用FBCDZ-8-№27/355×2 型风机2台，1 台使用，1 台备用。不同时期通过变频调速和调整叶片角度改变风量，并进行反风。每台风机配6 kV，740 r/min，355 kW 电动机2 台，风机与电机直接传动，通风容易时期风机叶片角0°，通风困难时期叶片角0°。

方案2：选用AN2500/1250B 型风机2 台，1 台使用，1 台备用。不同时期通过调整叶片角度改变风量，反转反风（可实现一键快速反风）。每台风机配6 kV，990 r/min，630 kW 电动机1 台。通风容易时期风机叶片角52°，通风困难时期叶片角59°。

方案3：利用安居煤矿FBCDZ-8-№28/560×2型风机2 台，1 台使用，1 台备用。不同时期通过变频调速和调整叶片角度改变风量，通过风机反转进行反风。每台风机配10 kV，740 r/min，560 kW 电动机2 台，风机与电机直接传动，通风容易时期风机叶片角0°，通风困难时期叶片角0°。

设计对上述3 个选型方案进行技术、经济综合比较，详见表4。经分析，FBCDZ-8-№27/355×2 型风机与AN2500/1250 型风机相比，投资低，设备结构紧凑，布置方便，基础抗变形能力强；FBCDZ-8-№27/355×2 型风机与FBCDZ-8-№28/560×2 型风机相比，供电环节少，运行可靠，节能效果好。故设计推荐方案1 为主导方案。

表4 矿井主要通风机选型方案比选表

3.2 主要通风机布置

目前，现有主要通风机采用室内布置，风机配电室设在通风机房内。由于新选主要通风机为对旋轴流式，现主要通风机为离心式，2 种风机的结构形式和布置方式不同，导致现有风机房不能利用，另考虑投资问题，矿方计划不再新建通风机房，新风机采取室外布置。根据工业场地现状，在现有通风机房东、西两侧均有可利用空间，能满足新通风机的布置要求，设计提出以下2 个方案进行对比分析。方案1：新风机布置在现有通风机房东侧，风机配电室利用现有通风机房布置，详见图1；方案2：新风机布置在现有通风机房西侧，风机配电室利用现有通风机房布置，详见图2。

图1 方案1 通风机站布置平面图

图2 方案2 通风机站布置平面图

方案1 优点：场地改造工程量小，投资低。缺点：占用现有通风机房入口通道，影响机房内设备进出。

方案2 优点：新风机紧邻现通风机房西侧布置，不影响通风机房内设备进出。缺点：场地改造工程量大（室外电缆沟、排水沟、管道支架和污水坑需要改造），投资高。综上所述，设计推荐方案1 为主导方案。另考虑回风井井口不应正对重要的建筑物和设施，设计正对主井防爆门范围内风道采用地下式布置。

4 运行效果检验

截止目前运河煤矿已完成主要通风机招标、采购和安装工作。风机运行期间体积流量122.97 m3/s，负压2 084.81 Pa，满足目前井下采掘工作面等用风要求，作业环境得到较大改善，通风系统稳定可靠，整体运行状态良好，对矿井未来生产布局的调整提供了有力保障。