灵东矿通风阻力测定与通风系统优化研究

秦坤鹏 谢国强 张连超

（1.扎赉诺尔煤业有限责任公司，内蒙古 满洲里 021410；2.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院，辽宁 葫芦岛 125105；3.辽宁工程技术大学矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室，辽宁 葫芦岛 125105）

矿井通风系统正常运行、保持高质量风流，可为矿井生产带来充足的新鲜风流，带走有毒有害气体和粉尘，为生产创造有利的工作环境。矿井生产的进行和接续，意味着矿井通风系统在不同生产时期要进行相应的调整、改造或者优化。矿井通风仿真系统是矿井通风系统调节[1-3]、改造[4]和优化[5-11]的有力工具，在矿井通风系统风机调节和投运[12]、巷道贯通或废止[13-16]、通风系统优化改造方案论证[17-21]中得到了广泛的应用。本文就扎赉诺尔煤业有限责任公司灵东煤矿通风系统上层通风系统改造进行论证分析，2023 年初对2023 年及2025 年矿井通风系统进行了模拟分析研究，对通风系统高质运行提供有力的支持，为后期工程推进提供重要参数。

1 工程背景

灵东煤矿瓦斯绝对涌出量2.191 m3/min，相对涌出量0.196 m3/t，属低瓦斯矿井。煤层有自燃倾向性，煤层为Ⅱ类自燃煤层，自然发火期44 d。煤尘爆炸指数39.72%，具有爆炸性。矿井无冲击地压倾向。受承压水威胁，矿井正常涌水量160 m3/h，最大涌水量230 m3/h。矿井通风方式为中央并列式。

2 通风阻力测定

实测之前需要收集矿井采掘工程平面图、通风系统图，收集井下通风设备和设施的安装布置情况、生产作业情况、风机运转、巷道规格、井下漏风以及自然通风等资料。矿井通风阻力测定依照《矿井通风阻力测定方法》（MT/T 440-2008）进行。依照此标准，共有三种方法：倾斜压差计法、气压计基点法和气压计同步法。本次通风阻力测定主要以倾斜压差计法为主，辅以气压计基点法进行数据的补充。

矿井的通风阻力由各段巷道的通风阻力在通风网络中的整体表现决定，巷道阻力由巷道风阻和风量两项参数决定，它表明了当前通风系统的通风能量主要消耗在哪里，对矿井最大阻力路线的分析和矿井通风阻力大的巷道的分析是实施矿井通风降阻的基础。根据阻力测定结果，灵东矿的通风总阻力是550 Pa，总风量为5930 m3/min，属于通风容易矿井。最大阻力路线：副井→井底车场→轨道大巷（西翼）→轨道下山车场→轨道下山→西一采区西翼轨道大巷→联络巷→212301 上运输顺槽→212301 上工作面→212301 上回风顺槽→西一采区西翼回风大巷→西一采区南翼回风大巷→回风下山→联络巷→回风大巷（西翼）→回风井。其中，主要巷道的参数见表1。

从表中数据可以看出，矿井通风阻力不大，这主要与以下几种因素有关：

1）巷道断面较大，对于巷道减少通风阻力贡献较多；

2）建井时间短，巷道变形量小，由于巷道变形引起的巷道风阻增加可忽略不计；

3）矿井通风路线较短，除工作面外，巷道的总长度只有4000 m 左右，矿井总风量不到100 m3/s，因此矿井通风阻力不大。

3 通风系统仿真模拟

3.1 仿真系统建立

将灵东煤矿的三维系统单线图导入Ventsim 通风仿真系统，生成三维通风仿真系统。经过图的连通性检查、进风井与回风井检查，根据通风阻力测试数据，对仿真系统的巷道进行摩擦风阻赋值，最后进行仿真系统的精度验证。灵东煤矿仿真系统的主要巷道风量与实测风量比较情况见表2。从表中的数据可以看出，通风仿真系统的主要巷道仿真风量与实际风量的误差最大为2.13%，最小只有0.30%，均小于工程误差5%，说明仿真系统精度已经满足要求，可在此基础上进行通风方案的模拟。

表2 灵东煤矿仿真系统风量误差分析

根据建立的通风仿真系统，对现在及将来生产格局调整与生产衔接计划进行仿真系统的模拟分析。针对Ⅱ2-1煤层西翼已经开采结束，对关闭其大部分巷道，只留部分服务于Ⅱ3层煤的巷道，进行通风系统模拟分析。结合生产衔接计划，对2023 年、2025 年矿井通风系统进行模拟分析。

3.2 关闭Ⅱ2-1 巷道通风系统模拟

由于Ⅱ2-1煤层已经采完，对该系统巷道拟进行封闭处理，可以简化通风系统，减少有效风量损失。以矿井2022 年生产系统为基础，对关闭Ⅱ2-1大部分巷道时通风系统情况进行模拟分析。Ⅱ2-1关闭的主要巷道有：西翼轨道大巷、西翼运输大巷和西翼回风大巷以及相关的联络巷。模拟的条件：矿井按照一个生产工作面和两个掘进面的用风进行模拟，设定总风量区间5500～5930 m3/min，由矿井通风仿真系统自己调整适应，给出相关工作参数。矿井在Ⅱ3生产时，矿井的阻力路线比Ⅱ2-1要长，主要是轨道下山和回风下山这两条巷道。因此，如果设定矿井总风量为2022 年10 月份的风量，则矿井总阻力要比2022 年的阻力大，按照矿井主要通风机特性曲线的一般形式，矿井的总风量要小于设定风量。以2022 年10 月份通风系统通风阻力为固定值进行模拟分析，此时模拟分析的风量会略小于实际风量，因为矿井通风系统的特性曲线发生变化，此时设定的负压值比实际工况点要略小。

仿真分析结果表明，关闭Ⅱ2-1系统巷道，总风量为5930 m3/min 时，矿井负压为630 Pa，因为矿井风量主要集中在Ⅱ3通风系统，采煤工作面风量近1580 m3/min，比Ⅱ2-1巷道关闭前工作面风量增加了近300 m3/min，两个工作面掘进风量达到1200 m3/min，较Ⅱ2-1巷道关闭前工作面风量增加了近200 m3/min。当矿井总风量为5500 m3/min 时，矿井总阻力550 Pa，采煤工作面风量1411 m3/min，比Ⅱ2-1巷道关闭前工作面风量增加了111 m3/min，两个工作面掘进风量达到1100 m3/min，较Ⅱ2-1巷道关闭前工作面风量增加了近100 m3/min。

通过以上分析可得到，在关闭Ⅱ2-1巷道系统后，矿井的风量在5500～5930 m3/min 区间调整时，矿井总阻力在550～630 Pa 区间变化，采煤工作面风量和掘进面风量提升潜力得到释放，风量保障均有一定程度的提高。

3.3 灵东煤矿2023 年通风系统仿真分析

依照矿井采掘接续计划，2023 年进行212302上工作面的开采，届时，按照矿井“一采两掘”进行配风，开展2023 年通风系统的模拟。同样，与考虑关闭Ⅱ2-1巷道通风系统模拟类似，按照关闭与未关闭两种条件进行模拟，将矿井实际工作状态下的工况限定在模拟区间，得到的模拟结果可对将来的实际通风管理进行指导和参考。

模拟结果表明，在2023 年开采212303上工作面后，矿井总风量为5930 m3/min，此时，关闭Ⅱ2-1巷道，矿井总阻力701 Pa，212303上工作面风量1444 m3/min，两个掘进面风量达到1115 m3/min，此时，矿井总风量主要集中在II3通风系统；未关闭Ⅱ2-1巷道，矿井总阻力660 Pa，212303上工作面风量为1100 m3/min，掘进面配风量按照两个掘进面达到1000 m3/min，此时工作面风量与掘进面风量存在不足的情况。关闭Ⅱ2-1巷道，Ⅱ3通风系统有效风量增加，矿井通风阻力特性曲线变陡，风机工况点上移，矿井总阻力有一定程度增加。

3.4 灵东煤矿2025 年通风系统仿真分析

2025 年通风系统的模拟条件与2023 年通风系统的模拟分析前提基本相同：

1）关闭Ⅱ2-1巷道通风系统部分巷道。

2）模拟按照固定风量和固定风压两种条件进行。在此模拟条件下，可以将矿井实际的工作状态下的工况限定在模拟区间，得到的模拟结果可对将来矿井的实际通风管理进行指导和参考。

2025 年计划开采212304上工作面，此时通风系统如果以固定风量5930 m3/min 作为分析系统的前提，矿井负压将升至896 Pa，因为此时矿井最大阻力路线的长度将超过5200 m，同时矿井的主要风量在Ⅱ3通风系统，此时Ⅱ3系统风量为3763 m3/min，212304上工作面风量为1120 m3/min，两个工作面掘进风量为1010 m3/min。如果以矿井阻力550 Pa 为模拟分析前提条件，此时矿井总风量为4089 m3/min，Ⅱ3系统风量为2949 m3/min，212304上工作面风量为794 m3/min，两个工作面掘进风量为893 m3/min，此时工作面的配风量将存在不足。因此考虑增加矿井阻力700 Pa 为模拟分析前提条件，在此前提下，矿井总风量为4600 m3/min，Ⅱ3系统风量为3313 m3/min，212304上工作面风量为1000 m3/min，两个工作面掘进风量为900 m3/min。通过以上分析可以看出， 2025 年212304上工作面开采时，同时保证两个掘进面供风，矿井的最大阻力路线长度为5200 m 左右，如果矿井工作面风量保证在1200 m3/min，矿井阻力将超过900 Pa。通过合理的控风与调节，如果工作面保证在1000 m3/min，阻力在700 Pa，此时矿井工况点将根据工作面的配风量，工作阻力区间在700～950 Pa 之间，风量在5000～5900 m3/min 之间。

4 结论

通过对灵东煤矿通风阻力测试，构建三维通风仿真系统，针对关闭Ⅱ2-1部分巷道对通风系统现状及后续生产时期通风系统影响进行分析对比，得到以下结论：

1）在关闭Ⅱ2-1巷道系统后，矿井的风量在5500～5930 m3/min 区间调整时，通风总阻力在550～630 Pa 区间变化，采煤工作面风量和掘进面风量提升潜力得到释放，风量保障均有一定程度的提高。

2）2023 年开采212303上工作面后，矿井总风量为5930 m3/min 时，关闭Ⅱ2-1巷道，通风总阻力701 Pa，212303上工作面风量1444 m3/min，两个掘进面风量为1115 m3/min；若未关闭Ⅱ2-1巷道，通风总阻力660 Pa，212303上工作面风量为1100 m3/min，两个掘进面配风量为1000 m3/min，如再需要增加风量，需对主扇进行调节增加矿井通风能力。

3）2025 年开采212304上工作面后，矿井最大阻力路线增长，矿井阻力增加。