矿井通风系统优化与实施

【摘 要】随着矿井开采深度增加，煤层瓦斯涌出量逐渐上升，矿井瓦斯等级增高，面对矿井生产规模迅速扩大，矿井通风阻力增大和煤矿安全生产标准的提高。通风系统调整、改造工作迫在眉睫。为此，开展了通风系统调整方案及其优化。

【关键词】通风系统；模拟现状；通风调整；优化系统

1 概况

1.1 矿井生产能力与开拓现状

中国平煤神马集团某矿原设计能力为0.6Mt/a，经过两次改扩建，产量增至3Mt/a，矿井为混合多水平开拓。矿井分中央和西区两个相对独立的生产和通风区域，西区有一对进、回风井；中央区目前有主井、副井、新主井和新副井四个生产、进风立井，南风井和中央回风井。

矿井分两个水平开拓：一水平大巷标高-180m，二水平大巷标高-593m。现有四个生产采区，一水平丁戊六采区，二水平有己二、二水平丁六采区和丁二两个采区，其中己二采区采用上下山开采，西区为准备采区。

1.2 主要通风机参数

矿井南风井（斜井）主要通风机（航空工业沈阳发动机研究所改造）的型号为BDK-8-NO28，配套电机功率为500KW×2，转速为739r/min，额定电流62 A。

中央风井两台主要通风机为ANN-2884/1400N型轴流式风机，额定转速为990r/min，叶片为11片。主要通风机配套电机为Y560-6型电动机，额定转速990r/min，功率1250KW，额定电流140.7A。

西风井安装两台主要通风机为ANN-2650/1250B 型轴流式风机，额定转速为990r/min，叶片为16片。主要通风机配套电机为Y560-6型电动机，额定转速990r/min，功率1200KW，额定电流140.7A。

2 矿井原通风系统优化模拟

2.1 模拟目的

随着矿井开采深度增加，煤层瓦斯涌出量逐渐上升，矿井瓦斯等级增高，巷道布置、主要通风机参数不能符合新的规范要求。如高瓦斯矿井要求生产采区有专用回风巷（如二水平丁六采区没有瓦斯专回）。

为了实现矿井通风系统更加安全和可靠，决定进行系统大调整。为预测调整后的通风系统状况，进行本次系统模拟和预测。通过通风系统现状反复模拟，可使风机工况点和井巷通风参数更加符合实际，为通风系统方案调整、优化和预测提供可靠的基础数据。

2.2 模拟条件

通风系统模拟的主要条件有符合实际的风机特性曲线、采掘布局和用风地点配风表。

（1）主要通风机特性

以风机出厂特性曲线为基础，结合实测数据和现状实际工况点，确定模拟使用的特性曲线（叶片安装角）。

（2）矿井采掘布局

矿井的4个生产采区包含采煤工作面7个、掘进工作面12个、硐室17个，其它用风地点9个。

2.2 主要通风机工况点

根据建立的矿井通风系统数据库，利用《矿井通风系统分析与优化》软件进行了矿井通风系统模拟，并取得试验数据。

2.3 各系统进风、用风和回风三区段阻力分布

南风井系统通风路线较长，回风段阻力占57.8%，比例较大；中央风井系统进风段路线占53.2%，偏大。

2.4现状模拟结果分析

（1）主要通风机工况点较合理；

（2）用风地点风量分配基本合理，可保证安全生产需要；

（3）中央风井系统进风风路偏长，占系统总总长57.9%。

（4）风速≥6.9m/s和百米阻力≥100Pa的巷道多在二水平丁六、丁戊组石门及己二回风下山。

3 矿井通风系统调整方案及其优化

3.1 优化目的

由于二水平丁六采区部分作业地点的回风至中央系统，部分至南风井系统；且该采区没有瓦斯专用回风巷。为解决水平丁六采区统一回风和专用瓦斯巷问题，矿井拟在2015年5月调整，需要预测调整效果和存在问题。

3.2 调整方案

可选择的调整方案有：分采区、分煤层和分水平。

分水平通风即是南风井服务一水平，中央风井服务二水平。

分煤层通风，不同煤层瓦斯涌出量不同，可根据瓦斯涌出定制采区通风系统。

分采区通风既考虑了煤层又考虑了瓦斯涌出，更具有灵活性和安全性。通过对矿井采掘布局和已有巷道系统的分析，按照分采区划分系统的服务范围，提出两种通风系统方案：

南风井：服务己二采区；

中央风井：服务丁戊六、二水平丁六和丁二采区。

3.3 调整通风系统

3.3.1 优化条件

4项改造工程基本完成，大部分巷道维修结束。这四项工程是

（1）-180集中运输巷贯通（S=11.9m2，L=160m）；

（2）二水平丁六2#回风斜（S=15m2，L=1135m）；

（3）二水平丁六2#回风平（S=15m2，L=600m）；

（4）-593西大巷并联巷道（S=16m2，L=420m）。

3.3.2 优化结果

（1） 优化后矿井主要通风机工况点及工作叶片角

现状的叶片角为40度，现状的工况点与现场的实测曲线41度相差较远，而在厂特性40度曲线上，调系统后的工况点大约在35度曲线附近。

南风井调整通风系统后风机工作的叶片角度推算：

1）关于南风井风机实际特性曲线

实测-5°/-7°曲线与出厂-3°曲线重合；实测-9°/-11°曲线比出厂-6°曲线稍高一点；实测曲线与出厂曲线相差较大。

2）现状的叶片角为-13/-15°。

3）现状与调系统后的工况点如图所示。由图可见，调系统后的工况点基本上在实测的-9/-11°曲线上。

（2）各系统通风流程及进风、用风和回风三区段阻力分布

优化调整系统后各系统通风困难路线上的风路长度、进风、用风和回风区段阻力所占的比例。优化后各系统风速较大（>7m/s）和百米阻力较大的巷道为各风井及回风石门。

4 结论与建议

4.1 结论

（1）调整系统后，中央系统的通风困难路线与调整前基本相同，流程9712m；南风井通风困难路线经已14-15-22110备用采面，流程达10621m。

（2）根据系统调整时期的采掘布局所模拟的主要通风机工况点，将其画在两个风机的出厂和实测的特性曲线上，确定调整系统时中央和南风井风机的叶片安装角度分别为36～37.5度和-8/-10～-7/-9度。

4.2 建议

（1）在构成通风系统时可以采区为单元形成独立的通风系统，以使两个系统能力充分发挥。这要在采区设计注意进行通风系统优化和预测，并符合规程和相关的安全规定。

（2）通风系统中回风路线上部分巷道变形严重，导致风速偏高，百米阻力偏大，应尽快进行维护。

（3）矿井在安排采掘布局和采掘布局有重大调整时，应同时进行通风系统预测，使通风系统满足按需供风要求；将通风系统作为制约采掘布局的重要因素之一。

（4）通风管理中要明确通风系统的最困难路线，对进回风瓶颈（风速大、阻力大的）的巷道进行改造和增加并联巷道。

（5）每个井的两个风机可以有两个角度，是差2度。

作者简介：

冯永杰（1970-）男，河南鲁山人，1994年6月毕业于河北工程大学采矿专业，工程师，现为河南省许平煤业有限公司生产技术处，长期从事煤炭技术管理工作。