大型矿井复杂通风系统优化改造实践

赵石豪

（山西焦煤集团西山煤电西曲矿，山西 古交 030200）

余吾矿年产原煤600万t，立井开拓，现主采3号煤层，共划分为6个采区，南北两翼同时开采，整个矿井通风系统采用分区对角抽出式，现设有西、南、北三个风井回风，北风井风机服务于北风井东、西翼的北一、北二采区；西风井风机主要服务于南一、南二采区、北翼辅助运输大巷、北翼胶带运输大巷；南风井风机刚投入使用不久，目前只服务南风井井底车场及南五采区掘进工作面。随着矿井的开拓延伸，供风不足与生产需要之间的矛盾愈加凸显。

因此，本文基于Ventsim仿真软件，对该矿复杂通风系统优化改造工程进行研究分析，以期为其他矿井提供参考。

1 矿井通风优化流程

矿井通风系统优化改造是在对原有通风系统进行调查监测、评价分析的基础上，找出矿井通风系统存在的问题和原因，针对存在的问题提出优化改造技术方案，并对方案的可行性和有效性进行评估，再次优化，进而确定最佳优化措施[1-2]，通风系统优化改造技术路线流程见图1。

图1 通风系统优化改造流程

2 通风系统仿真模拟

将矿井开拓布置、通风系统平面图等CAD图纸导入Ventsim软件中转化为实体巷道3，如图2所示[3]。将前期调研、测算到的各巷道的断面尺寸、风量、风阻、摩擦阻力系数等风网参数赋值给三维通风系统模型中相应的巷道（见图3），并对整个矿井通风系统进行风网解算，得到的矿井主要通风机及各主要巷道模拟解算风量与实测值的相对误差均小于5%，满足风网解算误差允许范围的要求，说明实测的各项风网参数真实可靠，可用于通风系统优化的模拟分析[4]。

图2 通风系统模型

图3 风网参数赋值

通过对矿井通风系统的现场调研和阻力测定结果进行评价，得知该通风系统主要存在以下不足之处：

（1）由于早期开采时巷道支护不当，造成部分巷道垮塌严重，巷道风阻值变大；作业地点变化频繁，采掘工作面和其他主要用风点风量需求大，供风路线长，通风阻力过大，尤其是北风井，进风段的巷道百米通风阻力分别是进风段、用风段的两倍以上，通风阻力分布不合理。

（2）该矿所在地区昼夜温差大，进、回风井标高相差也大，自然风压变化明显，易导致南风井主、副井反风，造成风流紊乱。

（3）井下采掘作业面分散，供风路线复杂，风量分配不合理，供需不协调，风质合格率低，且通风构筑物设置不够合理，影响整个通风系统的风量供需调节。

（4）西风井风机和北风井风机的运行风压均已接近最大运行负载，难以进一步提升风量供应。当前通风系统虽能勉强满足矿井生产的风量需求，但随着南二采区二期扩能工程的推进，必然会削减南一采区供风量，一旦南一采区S1310备用工作面投入生产，其需风量至少增加53m3/s，若不进行风网优化改造，将出现风量供应不足的困境，埋下瓦斯超限、环境温度过高等安全隐患。

3 通风系统优化改造

3.1 优化方案

针对上述不足，提出以下几方面的优化改造措施：

（1）对垮塌变形的巷道断面进行扩刷、加固，采用锚网喷支护替代原有的工字钢棚支护，既提高了巷道的支护强度，也减少了风流摩擦阻力；将巷道突变、拐弯、分风及汇合处修整成圆弧形，降低局部通风阻力。

（2）调整局部通风系统，优化、调节通风构筑物，对北翼已采完区域废弃的巷道进行永久密封，缩短通风线路，减少无效风量损耗。

（3）在辅运下山115m处、进风下山243m处、胶带下山275m处的联络巷、1#总回大巷与胶带下山交叉点位置分别设置调节风窗，且面积均不超过1m2，缩小南五采区现有的调节风窗面积；清理瓦排回风联巷南侧1#回风大巷内堆积的材料，并对1#回风大巷进行修整降阻，如图4所示。

（4）将南风井风机叶片角度调整至-16°，转速增加至为600 r/min，并将西风井风机叶片角由45°降至34°，缓解西风井的运行负荷，并对进风立井回风巷设置风门或调节风窗，保障S1310工作面的供风需求。

图4 风窗、风门设置调整

为检验通风系统优化方案的有效性，利用Ventsim仿真软件对优化改造前、后的通风系统进行模拟解算，结果如表1、表2所示。

从表1中看出，通风系统改造对北风井几乎无影响，西风井风机供风量减小了62.32m3/s，风压减小了363.1Pa，运行负荷得到有效缓解；而南风井风机改造后的供风量较改造前增加了119.15m3/s，风压增加了1277Pa，有效解决了S1310工作面供风不足的问题。

由表2可知，改造后的通风系统较改造前，总通风量增加了56.83m3/s，井下巷道局部通风机数量增加了3个，总的供风功率由326.8kW增加至383.5kW，供风效率增加了6%，整个通风系统阻力有所减小，说明优化改造方案是行之有效的。

表1 改造前、后主要通风机模拟运行工况对比

3.2 优化效果检测

该矿经过几个月的技术改造，逐项落实了优化方案，形成了新的通风系统，新旧通风系统的主要指标如表3所示。数据对比表明，优化后的通风系统有效解决了原系统存在的主要问题，局部用风点供风不足、风量分配不合理的局面得到明显改善，通风系统的有效风量率、风量合格率、风质合格率得到显著提高，确保了整个矿井通风系统的平稳运行。

表2 改造前、后矿井风网解算对比

表3 通风系统改造前、后评价指标对比

4 结语

（1）通过对该矿井原通风系统进行分析，掌握了矿井通风系统运行状况，找出了存在的问题与不足之处。

（2）优化改造方案的实施，切实有效地解决了风量供应不足、阻力过大等通风难题，确保了S1310工作面按时顺利投入生产，保障了后续的开拓部署稳定推进。

（3）大型矿井复杂通风系统的工况是持续变化的，在生产实际中，要定期对矿井通风系统进行通风阻力测定和风网解算，形成问题分析和优化改造并存的长效机制，不断提升矿井通风系统的稳定性，为安全生产提供可靠保障。