麦捷煤业矿井通风能力核定分析

陈栋栋

（山西寿阳潞阳麦捷煤业有限公司，山西 晋中 030600）

0 引 言

山西寿阳潞阳麦捷煤业有限公司位于山西省寿阳县解愁乡荣家沟村，隶属于晋能控股集团有限公司，设计能力90 万t/a，核定生产能力为150 万t/a，上年度核定通风能力187.6 万t/a；上年底地质储量12 320.7 万t，可采储量4 491.1 万t。矿井可采有8、9、15 号煤层，目前开采15 号煤层，煤层平均厚度为6.30 m，该煤层各生产系统完善可靠；辅助水平8、9号煤层正在按照“矿井1.5 Mt/a 变更生产系统项目”进行首采工作面安装。矿井地质构造属中等类型。矿井开拓方式为立井、斜井混合开拓，开采方式是走向长壁后退式。进风斜井、主斜井、副立井和管道立井进风，回风立井专用于回风，核定时井下共布置2 个工作面（150506 回撤工作面、150503 采煤工作面），1个备用工作面（80102 备用工作面），4 个掘进工作面（150505 轨道顺槽、150505 皮带顺槽、公共高抽进风巷、公共高抽回风巷）。回风立井地表安装2 台型号为FBCDZ-№28 的对旋轴流式主通风机，1 台工作，1 台备用，电机额定功率均为2×500 kW，额定转速均为740 r/min，叶片角度为4.5°，核定时运行2 号通风机。

2 矿井需风量计算

按照AQ1056-2008《煤矿通风能力核定标准》规定，对采、掘工作面及硐室等用风地点分别进行需风量计算。该矿需风地点：1 个回撤工作面，1 个采煤工作面，1 个备用工作面，4 个掘进工作面，9 个独立通风硐室、11 条其他用风巷道，以此计算矿井需风量。

2.1 回采工作面需风量计算

在实际生产中，回采工作面的需风量需要考虑多方面的因素才能最终确定，主要有气象条件、瓦斯涌出情况、CO2涌出情况以及人员和有毒有害气体的情况。通常情况下，需要采用相应的公式进行计算进行确定，取计算结果中的最大值作为工作面的需风量[1-3]。

1）考虑气象条件的需风量。式中：Qcf为回采工作面的需风量，m3/min；vcf为巷道内的风速，m/s；Scf为工作面处的断面面积，其与控顶距有关，通常取最大控顶距和最小控顶距下的断面面积的平均值，m2；kch为采高调整系数，煤层厚度不稳定时需要对采高进行调整；kcl为工作面长度的调整系数，与工作面是否存在调斜存在较大的关系。

2）考虑瓦斯涌出的需风量。

式中：qcg为回采工作面的回风风流中的绝对瓦斯涌出量，与工作面的开采强度存在很大的关系，开采强度越大，其值越大，m3/min；kcg为工作面瓦斯涌出不均匀系数，在风量变化时，瓦斯涌出量的值也会出现一定的变化。

3）考虑CO2涌出的需风量。

式中：qcc为回采工作面的回风风流中的绝对CO2涌出量，与煤层的开采强度存在一定的关系，m3/min；kcc为不均匀系数，与风流的稳定性有关。

该矿有2 个工作面：150506 回撤工作面、150503 采煤工作面。1 个80102 备用工作面。备用工作面亦应满足瓦斯、二氧化碳、气象条件等规定计算的风量，且最少不应低于采煤工作面实际需要风量的50%。

经过计算，确定150506 回撤工作面需风量为954 m3/min，150503 采煤工作面需风量为954 m3/min，80102 备用工作面需风量为338 m3/min。

2.2 掘进工作面需风量计算

与回采工作面需风量一样，掘进工作面的需风量也受到多方面因素的影响，主要有瓦斯涌出量、CO2涌出量、作业人员数量以及局部通风机等。对这些因素条件的需风量进行计算，取计算结果的最大值作为掘进工作面的实际需风量[4-7]。

1）考虑瓦斯涌出量的需风量。

式中：qhg为掘进工作面风流中的绝对瓦斯涌出量，不考虑瓦斯抽放量，m3/min；khg为瓦斯涌出不均匀系数，需要通过连续1 个月的现场实测确定。

2）考虑CO2涌出量的需风量。

式中：qhc为掘进工作面风流中的绝对CO2涌出量，m3/min；khc为CO2涌出不均匀系数，需要通过连续1个月的现场实测确定。

3）考虑使用炸药量的需风量。

一级煤矿许用炸药：

二、三级煤矿许用炸药：

式中：Ahf为掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg。

4）考虑局部通风机的需风量。

对于无瓦斯涌出的岩巷，需风量可以表示为：

对于有瓦斯涌出的岩巷、半煤岩巷和煤巷，需风量可以表示为：

式中：Qaf为局部通风机实际吸风量，m3/min；I为同时工作的局部通风机台数；Shd为安装局部通风机处巷道的最大断面面积，m2。

经过计算，确定150505 轨道顺槽掘进工作面需风量为601 m3/min，150505 皮带顺槽掘进工作面需风量为596 m3/min，公共高抽进风巷掘进需风量为611 m3/min，公共高抽回风巷掘进需风量为432 m3/min。掘进工作面总需风量为2 240 m3/min。

2.3 硐室实际需风量计算

各个独立通风硐室的需要风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算。井下共有独立通风硐室9个，电机车充电硐室的需风量确定为180 m3/min；新区单轨吊充电硐室的需风量确定为220 m3/min；原15 号北轨单轨吊充电硐室的需风量确定为137 m3/min；皮带变电所120 m3/min；新区1 号变电所150 m3/min；辅助水平变电所155 m3/min；辅助水平水仓212 m3/min；副斜井候车硐室140 m3/min，15 号中轨水仓220 m3/min。综上，硐室的实际需风量为1 534 m3/min。

其他用风巷道的需要风量，应根据瓦斯涌出量和风速分别进行计算，结果见表1。其他用风巷道总需风量为2 318 m3/min。

2.4 全矿井需要风量计算

全矿井的需风量应为井下回采工作面、掘进工作面、备用工作面以及各个硐室需风量的总和，可以表示为：

式中：Qra为全矿井需风量，m3/min；Qcf为回采工作面需风量，m3/min；Qhf为掘进工作面需风量，m3/min；Qur为硐室需要风量，m3/min；Qsc为备用工作面需风量，m3/min；Qrl为其他巷道需风量，m3/min；Qdl为柴油动力装置机车需风量，m3/min；kaq为矿井通风备用系数，通常采用的是抽出式通风方式，取值范围为1.15～1.20。

经过计算，全矿井总需风量为9 589 m3/min。

表1 其他用风地点需风量计算

3 矿井通风能力核定

根据矿井总进风量与计算的矿井各用风地点的实际需风量（包括按规定配备的备用工作面）计算出采掘工作面个数，并计算矿井通风能力[8-10]。

工作面的产量可以表示为：

式中：Ac为工作面的年产量，万t/a；lc为工作面的平均长度，m；hc为采高，m；rc为原煤视密度，t/m3；bc为平均日推进度，m/d；cc为工作面回采率。

经过计算，采煤工作面的生产能力178.8 万t/a。

掘进工作面年产量表示为：

式中：Ahi为第i 个掘进工作面的年产量，万t/a；Shi为第i 个掘进工作面纯煤面积，m2；rhi为第i 个掘进工作面的原煤视密度，t/m3；bhi为第i 个掘进工作面平均日推进度，m/d。

经过计算，即掘进工作面的年产量为16.6 万t/a。

在现有生产条件下，核定该矿井的通风能力可以满足矿井的煤炭采量为195.4 万t/a。

4 矿井通风能力验证

4.1 通风设备能力验证

该矿在回风立井地面安装2 台型号均为FBCDZ-№28 型轴流式通风机，额定转速740 r/min，配用电动机功率为2×500 kW，通风机的附属装置齐全，操作灵活。2020 年11 月27 日，山西潞安检测检验中心有限责任公司对该矿主要通风机进行了安全性能检测，报告编号分别为：晋煤检[2020]-TF-K0088、晋煤检[2020]-TF-K0089。

核定时，矿井运行2 号风机，叶片角度4.5°，运行频率45 Hz，风机负压2 410 Pa，实测排风量10 458 m3/min。查通风机性能曲线：2 号通风机风压2 237 Pa，风量195.04 m3/s（11 702.4 m3/min），轴功率565.84 kW，效率76.46%；1 号风机风压2 354 Pa，风量191.86 m3/s（11 511.6 m3/min)，轴功率588.38 kW，效率76.14%。从通风机性能曲线可以看出，风机目前的运行工况点位于通风机特性曲线右下侧、单调下降的线段上，通风机系统运转平稳，处于安全合理的运行状态[11]。

2 台主要通风机性能良好，功率相匹配，工况点运行在单调下降区段，运行合理，都大于矿井需风量（9 589 m3/min）。故能满足矿井生产195.4 万t/a的要求。

4.2 通风网络能力验证

根据矿井通风阻力测定结果和通风机性能曲线，分析该矿通风系统：核定时，矿井的排风量为10 458 m3/min，通风机负压2 410 Pa。2020 年5 月15日，晋中市煤炭规划设计院对该矿进行了矿井通风阻力测定，主要测定结果：矿井总回风量9 360 m3/min（191.86 m3/s），测定阻力1 772.46 Pa，等积孔4.41 m2。矿井井下风量分配合理[12]，通风设施齐全，矿井的通风网络能力能够满足矿井195.4 万t/a 的需要。

4.3 矿井稀释瓦斯能力验证

利用瓦斯等级鉴定结果以及矿井瓦斯安全监测仪器检测的结果，验证矿井通风稀释排放瓦斯的能力，各地点瓦斯浓度应符合《煤矿安全规程》的有关规定。井下各用风地点的风量充足，井下巷道无风速超限现象。在核定日井下各主要地点的瓦斯及二氧化碳浓度见表2。

表2 井下各主要地点的瓦斯及CO2 浓度表

根据矿方报表并对照监控系统监测的瓦斯浓度等相关数据，各采掘工作面均无瓦斯浓度超限现象。矿井稀释排放瓦斯的能力能够满足195.4 万t/a 的生产需要。

5 结 论

矿井实际进风10 639 m3/min，需要风量9 589 m3/min，富余风量1 050 m3/min；能够满足195.4万t/a的通风能力要求。矿井总进风量能够满足1 个回撤工作面，1 个采煤工作面，1 个备用工作面，4 个掘进工作面，9 个独立通风硐室和11 个其他用风巷道的风量要求。建议矿井在需风地点发生变化时，合理的计算矿井需风量并调整通风机风量，避免风量不足或浪费。