华盛虎峰煤业井下通风系统优化研究

邢永生

（大同煤矿集团 华盛虎峰煤业有限公司，山西 运城 043300）

1 概 况

华盛虎峰煤业位于山西省中北部，主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，主采盘区煤层稳定性低，煤层伪顶为0.7 m 的粉砂岩，直接顶厚度为6.2 m 的细砂岩。为低瓦斯矿井。目前矿井采用边界式通风方式，新风由主副斜井进入，向下通风石门流经井下各区段，为井下作业区、回采区和运输巷道等区域供风，循环井下空气，回采作业面装设局部通风机进行正压供风，井下回风通过矿井东翼回风井配置的FBCD-4-12.5/55 kW 抽出式通风机抽出至矿井地面。实际测量中发现矿井部分区域通风风量偏低，且风质明显低于合格标准，调大通风风机风量后，仍无法有效改善，需要对井下通风系统进行优化改造[1-10]，优化各区域的通风状况，保证井下作业时空气环境的舒适性。

2 矿井通风系统现状分析

2.1 通风系统测定

明确矿井当前通风系统存在的问题是开展优化设计的前提，为此对矿井巷道断面参数、风速、风量、风质以及巷道摩擦阻力和风阻值等数据测量，测点布置在通风系统进风井入风联巷和回风联巷顿工作面进回风巷、硐室进、回风巷以及其他拟进行通风测量的点位，监测点位前后15 m 范围内不能有大角度弯道且无阻碍通风效率的障碍物，保证通风参数测定的准确性。研究确定了风速、风量监测点位共30 个、风质监测点位13 个、风阻监测点位10 个。测定过程采用的仪器设备见表1。

表1 华盛虎峰煤业矿井通风参数测定仪器表Table 1 Huasheng Hufeng coal mine ventilation parametersmeasuring instrument table

测定了主副斜井、各阶段平巷、掘进工作面、回风巷硐室进回风巷道等监测点位风速、风量、粉尘浓度以及主通风机、回风机和局部通风工况下风量、全压以及效率等数据，根据《AQ1028-2006煤矿井工开采通风技术条件》 规定的指标计算方法，引入《金属非金属地下矿山通风技术规范通风系统》合格率评价指标，该指标指测定符合技术条件中规定的需风点数与总需风点数的比值，对各项监测值进行合格率计算，结果汇总见表2。

表2 通风系统综合评价结果Table 2 Comprehensive evaluation results ofventilation syste

通风阻力测定时将风路按照进风段、用风段和回风段进行划分，其阻力分布情况为，测点1～4（进风段）测定长度为804 m，占总测定长度的13.3%，通风阻力为121.54 Pa，占总阻力的19.5%；测点5～8（用风段）测定长度为1 914 m，占总测定长度的32.1%，通风阻力为147.68 Pa，占总阻力的23.8%；测点9～10（回风段）测定长度为3 198 m，占总测定长度的54.6%，通风阻力为351.51 Pa，占总阻力的56.7%%，绘制阻力坡度与风阻分布如图1 所示。

图1 阻力坡度与风阻分布图Fig.1 Resistance slope and wind resistancedistribution map

2.2 通风系统存在的问题

通过对风速、风量、风质、风机效率、风量供需比合格率和风阻分布测定，表明当前系统通风整体效果不好。

（1）通风网路布局不合理。+258～+348 m 段通风量小，通风网路不完整，总回风巷道路线太长，且弯道较多，局部风压损失过大。

（2）风路漏风量大，通风效率不高。主运输巷与采空区距离较近，巷道裂缝多漏风量大；通风风路中设置的四道风门存在不同程度的漏风现象；+365 m、+371 m 阶段段平巷与采空区联通，未设置密闭墙，导致漏风。

（3）工作面空气质量差，工作面粉尘浓度大，是由于工作面供风不足，主要由于供风路线长、风筒悬挂不平直和风筒的破损漏风。

（4）风阻测定结果表明通风系统部分区域配风量较大，总体风阻较小，但回风段风阻过大。

3 矿井通风系统优化方案分析

针对当前通风系统存在的问题，进行优化方案设计，分别对西翼风巷以及东翼总回风进行优化设计。

3.1 西翼风巷优化方案

方案一：在+227～+315 m 处沿着矿界设置回风巷道，在+315～+348 m 处利用当前已设置的回风联络斜巷，为了保证下部风不会反流，开采方式采用前进式推进方式，利用下平巷进风，用上部+360 m 阶段平巷回风，开采完成后设置密闭墙（图2）。

图2 西翼风巷优化方案一示意Fig.2 The optimization scheme l of west wing windtunne

方案二：在+227 m 阶段西翼平巷的矿界侧设置回风斜巷，一直延伸至+284 m 阶段西翼平巷的矿界侧，并与之联通，如图3（a）所示，回风通过+284 m 阶段西翼平巷进入到东翼的回风斜巷，在平巷与行人盲斜井的交汇处设置风桥。+315～+348 m 阶段煤炭开采时同样采用前进式推进式，从运输平巷进风，污风从上部平巷回风至东翼，如图3（b）所示，开采完成后设置密闭墙。

图3 西翼风巷优化方案二示意Fig.3 The second illustration of the optimizationscheme of the west wing wind lane

3.2 东翼总回风优化方案

西翼风巷的2 种改造方案均通过回风巷道将污风流入到东翼回风斜井中，所以东翼回风斜井中的风量和风速均大，东翼现有回风巷布置如图4 所示，+360 m 阶段东翼平巷经回风斜巷到+373 m 阶段平巷，经过回风斜巷汇合至总回风斜井。为了降低当前回风段风阻，采用2 种改造方案。

图4 当前东翼回风巷布置Fig.4 The current layout of the east wing windane

方案一：调整回风斜巷，在图4 现有回风斜巷的最左边斜巷下端与+360 m 阶段和+373 m 阶段间的回风斜巷上端对接，其上端从绞车房回风巷下方穿过，可新掘联络巷贯通。

方案二：调整回风斜巷，如图5 所示，现有回风斜巷左侧靠近的中间斜巷作为回风斜巷，连接绞车房回风巷，然后统一汇合至总回风斜井。

图5 东翼回风巷改在方案二示意Fig.5 East wing wind lane change in scheme 2

3.3 方案确定

西翼风巷改造方案对比发现，方案一的掘进工程量为387 m，回风路线最长为1 423 m，按照方案一改造后西翼下部开采时，回采的污风不会污染到东翼，但井底硐室回风风量会串入阶段回风联络斜巷以西资源回采；方案二的掘进工程量为242 m，回风路线最长为1 025 m，按照方案二改造需要设置风桥。对比工程量并结合开采作业计划，决定采用方案二进行改造通过系统。

对比东翼总回风改造方案发现，现有的回风巷的弯道最多，因此方案一和方案二在降低风阻方面均有优势，虽然方案二比方案一会多掘进约30 m延伸斜巷，但能够与下部回风巷道直接对接，形成的回风斜巷更加顺直，因此选定方案二进行改造。

4 应用效果

对华盛虎峰煤业矿井通风系统西翼风巷和东翼总回风巷改造后，按照新的通过网络调整了采掘布局、风机供风量后，按照2.1 内容进行通风系统参数测定，结果见表3，虽然仍有部分指标没有合格，但有明显提升，说明通风系统的优化改造效果明显。

5 结论

为了解决华盛虎峰煤业矿井部分区域通风风量偏低，且风质明显低于合格标准的问题，进行通风系统优化改造研究，形成以下结论。

（1）通过对当前通风系统风量、风速、粉尘浓度、风阻等参数监测发现通风系统存在通风网路布局不合理、通风效率不高、污风回风不畅以及回风段风阻大等问题。

（2）针对西翼提出在+227～ +315 m 处设置回风巷和在+227～284 m 设置回风巷，并在在平巷与行人盲斜井的交汇处设置风桥两种改造方案，对比两种方案的工程量决定采用后者方案。

（3）针对东翼总回风巷提出两种调整回风斜巷方案，为了进一步降低回风段风阻，决定采用方案二进行改造。

（4）监测了改造后通风系统参数后，风量（风速）、风质、风机效率和风量供需比合格率明显提升。