晋华宫矿复杂条件下矿井通风系统优化研究

文/孟志斌

山西大同煤矿集团公司晋华宫矿南山井田现为晋华宫矿三大生产区域之一，南山井原有三个进风井和一个回风井，采用抽出式通风。随着矿井开采煤层工作面的变化，其原有通风系统、设备以及通风方案与参数都必须进行升级或优化。按目前实际情况看，南山井在采掘部署调整后仍将缺风1600m3/min，南山井马营沟风井系统的通风能力不能满足生产要求，必须对其通风系统做进一步改造。

一、原通风系统能力与合理性分析

1.通风系统难以满足长远发展要求

南山井共有薄煤层9#、10#和厚度达5～8m的12#厚煤层。目前通风能力只可以满足一个工作面实际需要，但后期须进行9#层、10#煤层和12#厚煤层同时开采，矿井需风量将会大大增加。

2.引风道与风硐断面面积不足

南山井马营沟风井原按照安装1.8m直径主扇设计，其风机主扇引风道和风硐断面分别仅有4.2m2和4.84m2，尽管之后进行过改造扩建，但又在原基础上更换了功率更大且排风量高达5800m3/min的BDK56C-6-No.22对旋式主扇，经实测发现，风硐风速已达到20m3/s，远超过《煤矿安全规程》规定的要求，存在严重的超风速、高损压难题。

3.主通风设备存在问题

南山井使用的对旋式主扇曾多次发生过铜衬脱铆事故。另外，由于主扇叶片锈蚀损坏严重，每年必须对叶片至少更换一次，耗费了大量的维修成本。

二、系统优化方案提出

1.方案技术分析

对于优化方案主要从以下三方面进行考虑：一是寻找新的进风通道或者在原有基础上扩容以增加进风量，二是拓展新回风通道或在原来条件下增大回风能力，三是调整或优化通风参数以提升通风效果。由此提出以下两种方案。

（1）马营沟风井改建方案。首先，提升同风能力，即延长马营沟风井井筒并在地面重新修建风道、主扇基础以及安装相适应的主扇设备；同时，将材料斜井延伸至9#煤层作为其专用进风及运料通道。其次，将现回风斜井断面由原来6m2扩大至15m2以上。

（2）材料斜井改回风井分担通风方案。已有进风井不变，把材料斜井延伸至9#煤层与总回风井贯通作为回风井，地面修建防爆门、风硐和机房等设施并安装主扇，担负9#煤层通风任务。另外，马营沟风井担负12#煤层和10#煤层进风任务。

2.方案技术经济比较

尽管方案二相对于方案一施工较为容易，但工程量较大，施工工期太长而不能满足生产接替要求，对矿井生产影响较大，而且投资较大。因此，方案一优于方案二。

三、新方案参数设计与优化

1.南山矿井采掘工作面分布与风量需求分析

结合实际生产情况，分为通风容易和困难两个阶段或时期。通风容易时期是指目前生产通风需求相对较小且其通风能力仅须满足当前生产及薄煤层开拓的阻力要求即可的阶段，困难时期是指在后续生产中其通风能力必须满足9#薄煤层、10#中厚煤层和12#厚煤层同时高强度开采时的矿井通风阻力需要的阶段。经过计算，通风容易时期和困难时期矿井需风情况分别见下表。

通风容易时期矿井需风量

通风困难时期矿井需风量

2.风阻计算和网络解算

（1）容易时期的最大通风阻力风流路线。容易时期的最大通风阻力风流路线为：副井→9#层副井→9#层材料井→9#层集中轨道巷→9#层盘区巷→8224工作面→盘区回风巷→风硐→回风井。

（2）困难时期的最大通风阻力风流路线。困难时期的最大通风阻力风流路线为：副井→12#层盘区巷→8224工作面→12#盘区回风巷→总回风巷→风硐→回风井。

（3）通风摩擦阻力计算。按所选定的矿井通风容易和困难两个时期的通风阻力最大阻力风流路线，分别计算出各区段井巷的摩擦阻力。计算可得，通风容易时期最大阻力区段摩擦阻力计算2203Pa或224.8mmH2O，通风困难时期最大阻力区段摩擦阻力计算2662Pa或271.7 mmH2O。

（4）确定风硐的通风阻力和自然风压。对风硐的要求是通风阻力h硐一般不超过100～200Pa，因马营沟风井改造引风道较长，风硐的通风阻力取最大值200Pa。自然风压四季不同，但考虑对主扇的影响阻力h自选取200Pa。

（5）通风阻力计算。通风容易时期的通风阻力 h阻易=k局∑h摩易－h自=1909×1.15－200=1995Pa=203mmH2O；通风困难时期的通风阻力h阻难=k局∑h摩难－h自=2308×1.15+200=2854Pa=291mmH2O由于存在外部漏风，通风机排风量Q排必然大于矿井总风量Q，则Q排=k外Q。

式中：k外—外部漏风系数，抽出式通风且风井有无提升任务时分别取1.10和1.05。

（6）通风设备配套选型与实际通风参数分析。按实际要求，确定2K60-No.28主扇作为矿井通风配套设备。考虑本地实际大气压、温度不同于标准状态，选取主扇特性曲线300和400作为通风容易和困难时期的解算，修正后的矿井通风容易时期工况点为：总需风量8141m3/min，通风阻力203mmH2O；矿井通风困难时期工况点为：总需风量9916m3/min，通风阻力291mmH2O。

（7）通风风速验算。通风容易时期最大阻力区段风速显示，3#层到地面回风井风量及风速均最大，分别为129.9m3/s和8.9m/s，备采至采面盘区井风量与风速均最小，分别为24.4m3/s和1.18m/s。通风困难时期最大阻力区段风速验算结果显示，风井回风巷风量及风速均最大，分别为159.5m3/s和11.8m/s，9～12#层副井风量与风速均最小，分别为2.3m3/s和0.2m/s。由此可见，两个时期的通风风速均符合规程要求。

四、结论

经过技术经济比较与分析，选定方案可以满足矿山目前及后期生产的通风系统重新部署条件，能够确保生产通风安全。重新核定的新通风方案的风量、风压等参数以及通风配套设备功率可以满足实际需要，并符合安全规程相关规定。