矿井通风系统改造的四大问题及对策

1 引言

福建省天湖山能源公司的前身是天湖山矿务局，地处闽南三角州，公司共辖四对生产矿井，最早的建于1956年，最迟的建于1995年。煤层赋存条件复杂，煤层产状极为不稳定，地质构造十分复杂。公司建矿四十多年来，最早的矿井进行了4次通风系统改造，最迟的矿井也进行了1次改造。改造的实践告诉人们，在煤矿生产建设中，虽然在矿井设计时已考虑了生产后期(即通风困难时期)的通风问题，但往往因设计时依据的地质资料与现场实际的出入、生产计划的变更，特别是周边小煤井的无序开采等诸多因素的干扰，使得预定的后期通风计划难以实施，于是许多矿井在生产后期便采取实施通风系统改造来解决。本文以天湖岩矿的通风系统改造为例，对其通风系统改造过程中的新思路，新做法以及出现的一些失误加以总结、分析，希望能为同行们提供一点参考。

2 问题与对策

2.1 问题之一：通风系统是否要进行改造，如何改造才能使有限资源达到优化配置。

2.1.1 天湖岩矿的生产状况

根据天湖岩矿最新的地质储量年报，目前尚有可采储量50万吨，矿井设计年生产能力为4万吨，因煤层较薄，原煤回采率为50%左右，矿井的服务年限还有6年。因该煤矿原煤回采难度大，成本一直居高不下，造成赢利困难。

显然，对这样的矿井，再花巨资进行通风系统改造从经济上和企业效益上是不合算的。但职工的再就业压力使决策层进退两难。

2.1.2 天湖岩矿的通风现状

(1) 通风系统方面：平洞上山转下山开采后，通风系统的回风道过长过多过杂，风门漏风量剧增(无效风量约占总进风量35%)。上部周边小煤的无序开采，使矿井总长约2km的回风巷遭受严重破坏，使得回风巷外部漏风率高达60%以上，且破坏仍在继续，维护相当困难，通风系统已基本处于瘫痪状态；

(2) 局部通风方面：由于地质构造复杂，煤层赋存极不稳定，长期以来基本上是属于边探、边掘、边采的情况，难以形成较为周全的通风布局，大多是利用现成的一些废巷与上下水平的采煤贯通点加以改造之后进行通风，造成进风、回风较为紊乱，下山水平进、回风压差不明显，风量少且不稳定，局部串联通风严重。

根据国家2001年煤矿安全生产专项整顿工作和福建省实施方案，特别是2001版《煤矿安全规程》明确规定，生产矿井必须具有较为完善的通风系统，否则必须关停整顿。不立即进行通风系统改造，这显然是属于关井对象。

2.1.3 解决办法

天湖山能源实业有限公司目前有矿井四对，高山地形。天湖岩矿处于最上部，主平峒标高+805水平，准备水平为+775水平，主平洞+825及以上水平仅剩几个回收煤柱的零星作业点。经过几十年的开采，公司其它矿井也都在往深部移，出现了各矿井在原划定的井田边界上的一些未采部分。公司领导十分重视，在煤炭资源逐渐枯竭的今天，加大了对该区段的探矿力度，随着地质资料的进一步明确，认定该区域有较高的开采价值，并从大局出发，打破原井田边界的块段划分法，并提出新建两个采区“新村一采区和含春二采区”由天湖岩矿与含春矿就近联合开采的构想，预计四年后可完成采区基建并投产，上部由天湖岩矿就近先下山开采，下部由含春矿以后就近上山开采，预计生产能力为6万吨，服务年限30年。由含春矿+565主平峒和+710辅助平峒进风，回风系统由上部天湖岩矿目前的下山通风系统+含春矿二采和新一采区回风平巷+825总回风平巷、+825～+875总回风上山、+875总回风巷+风硐、抽风机构成完善的通风系统的战略部署。

经全面的分析论证，一致认为这个方案可行，并于2001年决定立即进行通风系统改造，是时要求新系统既要考虑目前天湖岩矿的安全生产需要，也必须能满足下部两下新采区联合开采的需要。

2.1.4 分析

采取新建采区而不是新建矿井，并采取分水平由现成的矿井进行联合开采的办法，这是个创新性较强的思路，其优点有：

(1) 采取联合开采的形式，只是在已有的矿井内就近新建了两个采区而已，其规模比新建矿井要节省投资近三分之二。

(2) 扩大了天湖岩矿的生产能力、延长了矿井服务年限。

(3) 一并解决了天湖岩矿、含二、新一采区的通风安全难题，通风系统改造投资更趋于合理与优化。

2.2 问题之二：如何制定出所有可能的改造方案，并通过技术、安全、经济等方面的比较、筛选出最优方案。对于通风系统改造这是个理论与实践交替进行，反复验证的过程。

2.2.1 天湖岩矿通风系统改造扔复杂性

一是七十年代采用的是边建矿边采煤的模式，加上+825以上水平本矿的采空区，特别是小煤井的破坏十分严重，很难找到一条较为理想的总回风巷和地面回风井。

二是需风情况较为复杂，初期是天湖岩矿独立用风，需要的风量较小，中期是天湖岩矿与下部联合开采共同用风，需要的风量较大，后期是天湖岩矿停产，只有下部联合开采用风，其间风量差别较大。

2.2.2 对策

2.2.2.1收集尽可能多的与矿井通风安全相关的技术、管理(特别是“一通三防”)方面的资料。

2.2.2.2 收集矿井的各种自然条件资料作为参考(包括交通位置、地形地貌、地质构造、煤层赋存、井下温度、水文地质情况、气象等)。如天湖岩矿井田属地温正常区，从本矿历年开采情况表明，采掘工作面和机电洞室温度均低于规程规定，无热害危险；矿区内无大的地表水体，由于相对高差大，地表水、地下水排泄条件良好，因此本区无洪水危害。

2.2.2.3 详细了解矿井瓦斯、煤尘及煤的自燃情况：根据本矿进仍至本矿区三十多年的开采资料，没有发生过瓦斯突出、瓦斯爆炸事故及其它通风事故。煤尘亦无自燃发火和爆炸倾向，本矿历年来的井下气体检测数据表明，在矿井的各个用风点从未发生瓦斯浓度超限的现象。因此只要通风良好，瓦斯危害就不大。

2.2.2.4 搜集所有已掘巷道的开拓开采平图。因矿井开采时间较长，一些矿井往往为简化图纸，把一些已打上密闭或栅栏的旧巷从图纸上省去。因此，在制订方案时一定要在包括所有已开拓开采巷道的平面图上进行，本着经济合理地充分利用已有的井巷及设备，设计出安全可靠、先进合理、施工期短的最佳方案。

2.2.2.5 各矿井对周边小煤井均进行过普查，采用最新最全面的普查图纸作为制订方案的参考依据。原则是远离小煤作业区，回风系统尽量往深部移。

2.2.2.6 风井位置的交通情况，水文地质情况也不能忽视，这关系到几吨重风机的运输与安装问题和日后风机及装备的安全管理问题。

2.2.2.7 综合考虑上述因素，天湖岩矿初选改造方案五个，经实地考察之后，精选2个方案再加以全面比较。方案一：利用+834小煤废井筒作回风井；方案二：在+975标高处有一个原本矿临时出风井峒，利用其作为回风井。经过反复对两个方案的技术性、安全性、经济性和可行性进行比较，最后选定方案二，投资量预计为60万元左右。

2.2.2.8 方案最终的选定原则：一是必须对初步选定的方案进行实地勘察，确立可行性，并核定工程量；二是主导思想应把回风系统往矿井的深部移，往矿井的中央移，以确保回风巷尽可能少受小煤井的再次破坏。

2.3 问题之三：改造中一项较大的投资就是风机及其装置的选取与安装，是继续使用原有的旧风机还是另行购置先进的新风机，值得全面考虑。

2.3.1 风量需求。天湖岩矿最大用风量为8.15m3/s，新村一采区与含春二采区在通风容易时期实际需风量之和为25m3/s，在通风困难时期的实际需风量之和为28.75m3/s，因联合开采进行到困难时期时，天湖岩矿已结束生产即不再用风，所以总设计用风量应为33.15m3/s。

2.3.1.2 矿井负压计算。因天湖岩矿的总回风道计划与新设计的“含春二采区和新村一采区”联合开采时共用，本矿井的服务年限仅有8年，矿井通风处在与下部联合开采时的容易期内，采用增阴调节法对各用风点的回风道处对各用风点加以调节，使风量分配达理想的效果。根据下部联合开采的测算数据：矿井通风容易时期要求负压达627.30Pa，困难时期的负压880.15Pa，(此数据由福建煤炭设计院在《天湖山矿区新村与含春井田联合开采设计说明书》中提供，困难时期同)。

2.3.1.3 通风设备选型。根据上述计算的风量值和负压值，原风机4-72-11№16B虽仍能适用，但机械老化，耗电多，安全性差，搬迁等辅助费用高，所以考虑新置风机。通过对市场的了解、充分结合风机技术的进步，选用改进型BD-11型弯掠组合正交型隔爆对旋轴流式通风机，可较好地担负起该矿井下各个时期的安全通风。此风机一个最大的特点是采用两台相互独立，叶片角度相反，旋转方向相反的风扇对轴串接而成，高能高效。实践表明，在天湖岩矿开采期间，下部联合开采未与上部总回风贯通之前，通过对风机实际工况点的分析情况来看，采取只开其中独立的一节来通风应该是合理而可行的。

2.3.2 对策

天湖岩矿通风系统改造对风量、负压在前后期的需求情况：

2.3.2.1 依据《煤矿安全规程》要求进行矿井的需风量计算：天湖岩矿保持目前的生产规模，最大需风量为8.15m3/s。新村一采区与含春二采区的基建任务由下部水平的另一矿井含春矿实施。5年后的投产初期，新村一采区与含春二采区实际需风量之和为25m3/s，投产后期的实际需风量之和为28.75m3/s，因联合开采进行到投产后期时，原天湖岩矿将不再生产用风，所以总设计用风量最大为33.15m3/s。

2.3.2.2 矿井通风负压计算：原天湖岩矿满足通风的矿井负压为256.7Pa，其服务年限还有8年，通风处在与下部联合开采的容易期内。根据新村一采区与含春二采区的联合设计负压测算数据：矿井通风容易时期要求负压达627.30Pa，困难时期的负压为880.15Pa。由于天湖岩矿最长通风线路明显较下部两个采区要短的多，可采用增阻调节法，使风量分配达理想的效果。

2.3.2.3 主通风机的选用、试运转和评价情况

(1) 综上所述，天湖岩矿选用BD-Ⅱ-6-№13轴流式抽风机。该抽风机电机功率2×30kW，出厂性能特性为静压71Pa至880Pa，风量(28.75～36.75)m3/s，叶片安装角度可根据需要进行调节，选择最佳工况点，以最大限度地提高风机效益。

(2) 天湖岩矿主通风机在安装调试完毕后，在厂家的协同下共同对风机进行了试运转操作，第一次启动便成功，电流、电压、功率均正常，风量稳定。

(3) BD-Ⅱ-6-№13型风机在天湖岩矿运行半年时间的安全性评价

a.该风机运行半年时间未出现任何故障。

b.该风机采用电机与叶轮直联的形式，把电机裹在叶轮的芯部，结构紧凑，运转平稳，摒弃了一般轴流主通风机的长轴转动，可消除传动装置易于损坏变形的现象，使维护更方便。

c.选用隔爆型电动机，电机安装在风机风筒中的隔流腔仙，隔流腔具有一定的密封性能，保证电机与风机流道中含有瓦斯的气体相互隔绝，隔流腔中有偏管与大气相通，使新鲜空气不断进入，流过电机使电机散热后流出，并使腔内空气在风机运行时保持正压状态。

d.该机可以直接通过风机反转来实现反风，并且能满足反风要，不必另设反风道，可以减少外部漏风，有反风速度快的优点。

e.当空气流入第一级叶轮获得能量后并经第二级叶轮排出，第二级叶轮兼备着普通轴流风机中静叶的功能，在获得整直圆周方向速度分量的同进，增加气流的能量，从而达一到普通轴流式风机不能达到的高效率、高风压。

f.该风机的叶片采用的是弯掠组合正交在维扭曲技术，改善了风机风叶与气流的接触面，从而提高了性能参数(与其它类型风机比效率提高6%，噪音降低了11dB)。

g.两级风机既可联合也可独立运行，有较大的灵活性，从特性曲线上看与两台性能相同的鼓风机串联使用有点类似，但较好地提高了性能。

(4)BD-Ⅱ-6-№13型风在天湖岩矿运行半年来的经济性评价

a.主通风机的三分之二安装在风峒内，只有扩散塔在外面，通过电览，由两个轻巧的控制柜控制其运行，不需要专人值班。具体做法是通过电缆把控制柜移到150m外的压风机房。由压风机司机兼任抽风机司机，可省安期投资6万元和两个工人工资2.5万元/年。

b.两级风机分开独立运行，在通风初期，只要满足天湖岩矿的生产用风需要就可以，因此实际只要开启一级风机就够用了，一年可省电费：15.767万元。

c.风机可直接反风，不需要外设反风道，前期投资可节约3万元。

d.该风机一个最大的缺点是一旦电机烧坏，难以在短时间内换好，因此一定要做好备用的准备。

总之，通风系统改造与新建矿井的通风设计依据的标准相同，不同的是系统改造是在矿井生产过程进行，各项可预知的因素增多，并且以尽量利用原有巷道节省投资，加快工期为原则。因此，系统改造具有更多的选择性和灵活性，也更具挑战性，我们切不可认为那只是在人家设计的基础上进行修修补补而轻视做好这项工作的重要性。