多风井矿井通风系统优化改造

王志玉　高军军

(1.晋城煤业集团寺河煤矿；2.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院；3.矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室)



多风井矿井通风系统优化改造

王志玉1高军军2,3

(1.晋城煤业集团寺河煤矿；2.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院；3.矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室)

摘要针对目前寺河煤矿2#井多风井矿井部分地点存在供风能力不足、阻力分布失衡等问题，基于对通风系统参数的测定分析结果及矿上后续生产工作的部署，对以上问题进行了分析及研究，提出2个切实可行的矿井通风系统改造方案，并从风量、通风阻力、经济合理性、通风公共段阻力所占百分比及三区阻力分布5个方面进行对比分析，最终确定方案二为最优通风系统改造方案，可有效改善通风阻力分布，增大供风量，保证井下生产安全。

关键词多风井矿井通风系统优化改造阻力分布

煤炭是我国重要的生产能源，随着井工开采时间的增长和开采深度的增加，矿井生产布局和通风系统面临越来越多的问题，通风路线加长、阻力增大、风机超负荷运行等严重制约着高产高效矿井的发展，因此准确掌握井下通风系统参数，以风定产，对现有通风系统进行合理优化，按采掘衔接合理布置生产格局，对煤矿中后期安全高效生产具有重要意义。

1矿井概况

寺河煤矿2#井位于寺河井田东部，矿井工业广场位于晋城市泽州县川底乡和村西北部，开采面积为11.97 km2，可采煤层为9#、15#。井田基本构造形态为走向北北东、倾向北西西的单斜构造，可采煤层总厚10.6 m。煤层走向为北东向，倾向北西。煤层平缓，倾角为2°～10°，一般为5°。

矿井采用主斜+副立综合开拓方式，核定生产能力为180万t/a，为高瓦斯矿井，采用分区式通风方式、机械抽出式通风方法，共有6条井筒，3条进风井(主斜井、副立井、3#进风立井)，3条回风井(1#回风立井、2#回风立井、3#回风立井)。矿井总进风量为15 389 m3/min，总回风量为17 105 m3/min，总等级孔为4.05 m2。盘区主要巷道采用两进一回三巷布置，分别为盘区轨道巷、盘区胶带巷和专用回风巷。

2通风系统存在问题及改造必要性

矿井稳步持续正常发展，必须满足基本风量，但随着寺河煤矿2#井生产工作的持续，矿井通风系统越来越复杂，导致井下回风距离加长、矿井负压增大、风量利用率降低且部分地点风量供应不足等现象出现，又由于目前矿井进、回风井较多，各风井相连巷道相互影响较大，各风井通风系统存在扰动现象，导致通风阻力增大、风量降低，同时造成风机功耗额外增加。通过建立寺河煤矿2#井解算网络，并进行模拟，发现目前通风系统主要存在以下问题：

(1)矿井通风阻力不合理。根据实测各分区通风系统的风量和负压可知，目前1#回风立井回风总量为2 499 m3/min，回风负压为2 280 Pa，依据《煤矿井工开采通风技术条件》有关规定[1-2]，1#回风立井负压超出规定阻力780 Pa；2#回风立井回风总量为5 006 m3/min，回风负压为3 130 Pa，超出规定阻力630 Pa；3#回风立井回风总量为9 600 m3/min，回风负压为3 130 Pa，超出规定阻力630 Pa。在目前通风条件下，3条风井总回风为17 105 m3/min，系统总阻力达8 540 Pa，超出《煤矿井工开采通风技术条件》的规定值2 040 Pa，通风系统需要优化改造。

(2)用风地点风量分配不合理。根据现场实测，1#回风立井担负的西轨大巷主要硐室(理论需风量660 m3/min，实际供风量2 559 m3/min)和3#回风立井担负的九七盘区(理论需风量4 995 m3/min，实际供风量5 983 m3/min)供风满足要求外，2#回风立井担负的十五一盘区(理论需风量4 866 m3/min，实际供风量4 216 m3/min)和3#回风立井担负的九四东盘区(理论需风量2 110 m3/min，实际供风量1 945 m3/min)、九四西盘区(理论需风量4 888.8 m3/min，实际供风量3 827 m3/min)风量均匮乏，其中1#回风立井的风量较为过剩，可见矿井各盘区用风地点风量分布已经失衡，应采取合理调节措施对通风分区进行优化，合理分配矿井风量资源。

(3)阻力分布失衡。通过阻力测试并分析发现，寺河煤矿2#井1#回风立井用风区阻力分布偏高(53.55%)、2#回风立井进风区(36.37%)和回风区(52.39)阻力分布偏高，3#回风立井进风区(33.17%)和回风区(34.38%)阻力分布略微偏高[3]。针对1#回风系统应着重针对用风区域系统优化，针对2#、3#回风系统应着重优化整改进风区和回风区的通风系统。

3通风系统优化改造

3.1方案的提出

针对原通风系统，通过建立通风系统解算网络，模拟风机运行状态，决定将原三进三回通风系统改造为四进两回通风系统，即主斜井、副立井、1#进风立井(原3#进风立井)和2#进风立井(原3#回风立井)进风，1#回风立井和2#回风立井回风。按照预期采掘生产计划，改造后整个矿井的通风系统需风量见表1。

m3/min

根据各盘区用风地点及主要硐室需风量计算，矿井总需风量为17 250 m3/min。矿井通风系统的优化改造需尽量利用原有巷道，本着工程量低、投资少、见效快、技术经济指标合理的原则，不仅要满足现有通风系统需风要求，而且要兼顾矿井今后一段时期的生产部署[4-10]。因此，提出以下2种方案。

方案一：在目前通风系统下，在南回风大巷顶部增设一道调节风窗，在九三盘区回风联络巷与南回风大巷连接处前部增设一道永久风门。

方案二：在南回风大巷回风暗立井与九三盘区回风联络巷段增加一处双向风门。

3.2方案比较

3.2.1矿井风量

从安全角度来讲，矿井风机能够提供的风量要高于矿井实际需风量才能够满足生产需求，对方案一、方案二进行解算网络模拟，矿井风量见表2。

表2　矿井风量比较

从表2可以看出，方案一总回风量为19 110 m3/min，方案二总回风量为19 164 m3/min，均超过原系统总回风量17 105 m3/min和理论需风量17 250 m3/min，并且用风地点风量充足，说明改造后的矿井系统在通风能力上都满足要求，同时，其回风量分别与矿井需风量的差值相差不大，分别为1 860和1 914 m3/min，但方案二回风量略大于方案一，故方案二优于方案一。

3.2.2矿井通风阻力及经济合理性

对原通风系统改造后，方案一和方案二的矿井通风阻力和功耗见表3。

表3　矿井通风阻力及功耗

从表3可以看出，方案一通风阻力值超出《煤矿井工开采通风技术条件》规定值4 734 Pa，方案二超出规定值4 362 Pa，同时两方案通风系统总阻力均超过原系统阻力值，但在风机功耗方面均比原系统低，其中方案一为469 kW，较原系统下降387.9 kW，方案二为443.1 kW，较原系统下降413.8 kW；从通风阻力差异性方面分析，方案二通风阻力差异性为7.36%，较方案一53.08%低45.72个百分点，风机运行更稳定。从矿井通风阻力的合理性、功耗和通风阻力差异系三方面来看，同等条件下方案二较方案一超出规定值较小，在满足用风地点风量的情况下，方案二较方案一更优，风机运行更经济有效，系统更加稳定，同时要优于原矿井通风系统。

3.2.3公共段阻力分析

公共段最大阻力占分区通风系统通风阻力百分比见表4。

表4　公共段最大阻力占分区通风系统通风阻力百分比

从表4可以看出，方案一中1#、2#回风立井分区风机主扇在联合运转过程中，公共通风段最大阻力为1 572 Pa，约占最小主扇负压的39.1%，超出合理比例约9.1个百分点；方案二中1#、2#回风立井分区主扇在联合运转过程中，公共通风段的最大阻力为1 577 Pa，约占最小主扇的33.4%，超出合理比例约3.4个百分点，较方案一低5.7个百分点；同时2种方案均比原系统公共段阻力超出合理比例要低，优于原通风系统。因此，方案二中公共段阻力对整个矿井通风系统造成的影响较小，风机主扇在联合运转过程中相对更稳定，优选方案二。

3.2.4矿井三区阻力分布

按方案一和方案二对矿井通风系统进行三区阻力计算与模拟，得到三区阻力分布及其基于最小二乘法的优化判据s2[11](图1)，s2为实际三区阻力分布比例值与三区阻力合理值离差的平方和。

图1　方案一与方案二三区阻力分布及优化判据

图1可以看出，方案一s2为0.271 695，方案二s2值为0.235 83，较小，其三区阻力分布与合理的三区阻力分布较为接近，较方案一相对合理，同时优于原系统(0.322 485 1)，故优选方案二。

3.3方案优选

综合考虑矿井通风系统上述5个方面评判指标，对比结果见表5。可以看出，方案二中各项指标均优于方案一，因而确定方案二为四进两回通风系统投运时期改造方案，即1#回风立井担负九四西盘区和一五一盘区、15煤准备盘区通风任务，2#回风立井担负九四东盘区、九七盘区通风任务。方案二中，通风系统部分指标不符合规定(如矿井的系统阻力偏高)，后期将提出优化方案。

4结论

(1)通过对寺河煤矿2#井通风阻力的测定，发现现有通风系统存在矿井通风阻力不合理、用风地点分配不合理和阻力分布失衡等问题，并提出2种切实可行的改造方案。

表5　通风系统改造方案指标对比

(2)根据寺河煤矿2#井的实际情况，通过系统改造，从风量、通风阻力、经济合理性、通风公共段阻所占百分比及三区阻力分布5个方面对提出的2种方案及原方案进行对比分析，确定方案二优于方案一，也优于原系统，建议采取方案二对现有通风系统进行改造。

(3)采取方案二进行系统优化改造，系统由原来通风不足变为风量富余，但在风机稳定运行期间，方案二中有部分指标不符合规程规定，将在后期通风系统内部优化时整改。

参考文献

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(收稿日期2015-12-09)

王志玉(1973—)，男，硕士，高级工程师，048019 山西省晋城市泽州县。