平朔矿区井工一矿通风系统特点分析与优化改造

摘  要：该文针对平朔井工一矿矿井采掘布置和通风系统实际状况，对通风系统的特点进行全面分析，通过矿井通风基础参数测试，分析得到矿井存在进风段通风距离较长、阻力较大，同时井下构筑物较多、漏风较大，废弃巷道用风点较多、角联通风巷道多等问题，且4煤太西主运巷兼作回风巷使用，通过对通风系统进行综合分析确定了矿井通风系统优化方案。矿井通风系统优化后，矿井需风量减少2 430 m3/min，矿井负压由1 333.5 Pa降低至1 020.0 Pa，矿井防尘量和主扇功耗大幅降低。

关键词：通风系统;参数测试;阻力分布;优化改造

中图分类号：P641              文献标志码：A

矿井通风系统既服务于生产系统，同时又制约着生产系统，矿井通风系统是否稳定直接影响着矿井的安全生产、灾害防治和经济效益。为确保矿井安全、稳产和高产，提高矿井的抗灾能力，最终提高矿井的经济效益，通风系统必须保持在最佳运行状态。因此，建立完善、合理的矿井通风系统是矿井安全生产和提高效益的基本保证。

矿井通风系统的优化目的：（1）解决通风系统存在的问题，改善井下作业环境，提高通风系统的稳定性和可靠性;（2）减少通风耗能，提高经济效益，达到节能降耗的目的;（3）简化矿井通风网络，提高矿井抗灾能力。

对矿井通风系统优化改造，建立完善可靠的通风系统，是矿井持续安全有序生产的保障。

1 矿井概况

平朔井工一矿井田位于安家岭露天矿南侧，由安家岭露天矿的西排土场下的上窑采区和七里河西边的太西采区组成，行政区划隶属于山西省朔州区平鲁区，矿井交通运输条件十分便利。井田面积16.16 km2。矿井核定年生产能力为10.0 Mt/a，属现代化大型矿井。

矿采用斜井、立井混合开拓方式，其中主井、副井、进风立井进风，回风立井回风。井下采用倾斜长壁放顶煤工艺开采方法。矿井通风方式为中央并列式通风，通风方法为抽出式，回风立井安装2台FBCDZ No.34型主通风机，1台工作1台备用，配套电机额定功率为2×800 kW。矿井煤层具有煤尘爆炸危险性，各煤层均属Ⅱ类自燃煤层，矿井为低瓦斯矿井。

当前矿井主采煤层为4号煤层，矿井2条主要进风路线分别为：

①主、副斜井→9煤太西辅运大巷→9-4煤辅运暗斜井→4煤太西辅运大巷→4煤太西各作业地点→4煤太西回风巷→4煤太西回风联巷→回风立井;②进风立井→4煤太西辅助进风巷→4煤太西采区东翼辅运巷→4煤太西辅运巷→4煤太西各作业地点→4煤太西回风巷→4煤太西回风联巷→回风立井。

2 矿井通风参数测试

为了更加准确地了解平朔井工一矿通风系统实际存在的问题，掌握矿井通風基础参数，便于为矿井通风系统优化提供数据支持和参考，对平朔井工一矿开展矿井通风基础参数测试工作。

2.1 测试路线及测点布置

结合平朔一矿井下采掘布置和矿井通风系统实际情况确定了矿井通风基础参数测试路线和矿井其他主要测试节点。该次平朔一矿通风基础参数测试测定路线为：副斜井→9煤暗斜井→9煤太西辅运大巷→9-4煤暗斜井→太西4煤辅运巷→14112工作面→太西4煤回风巷→回风立井。

2.2 测定方法及测定仪器

该次平朔井工一矿矿井通风基础参数测试采用气压计基点法测试。气压计基点法是预先准备好2台精密气压计，一台留在地面监测地面大气压力波动，每隔5 min记录一次地面大气压力;另外一台精密气压由测试人员携带下井，按照预先布置的测试路线逐点测试各节点的气压和干湿温度。

该次平朔井工一矿矿井通风基础参数测试所用到的仪器见表1，测试所用仪器均经过检验校正，且在有效期之内。

2.3 通风基础参数测试结果

矿井风机房水柱计读数为1 400 Pa，计算得到水柱计安设处的动压及矿井自然风压分别为37.3 Pa和31.3 Pa，理论计算计算矿井通风阻力为：

式中：hr'为矿井理论通风阻力，Pa;hs为风机房水柱计读数，Pa;hv为水柱计安设处的风流动压，Pa;hn为矿井自然风压，Pa。

计算得到矿井理论通风阻力为1 394.0 Pa。实测矿井通风阻力为1 333.5 Pa。矿井通风阻力测试过程中因受到风门开启、地面大气波动、井下活塞风的影响，通风阻力测试结果存在误差，矿井通风阻力测定误差计算公式为：

式中：为实测矿井通风阻力，Pa。

由式（2）计算得到该次平朔井工一矿矿井通风阻力实测误差为4.34%，误差<5%，测试数据准确可靠。

实测平朔井工一矿通风阻力1 333.5 Pa，矿井总回风风量为241.17 m3/s（14 470 m3/min），矿井总风阻为0.0229 N·s2/m8，等积孔为7.86 m2，由此可看出矿井为通风容易矿井。

矿井通风系统三区通风距离比例为

51.9%∶25.4%∶22.7%

矿井通风系统三区阻力比例为

42.2%∶21.0%∶36.8%

矿井通风系统三区阻力分布如图1所示。

矿井进风段阻力比例相对较大，主要是因为进风段通风距离较长。矿井回风区风量较为集中，所以回风区通风阻力比例要大于其通风距离比例。矿井通风总阻力相对较小。

3 矿井通风系统特点分析

通风系统是一个复杂的、随机的、非稳定的动态系统。

3.2 矿井通风系统的复杂性

矿井通风系统是由诸多变量组成的一个复杂系统。网络分支多，角联分支数占中分支的15%左右，通风路线达14 500 m左右。全矿通风设施数目达70多个，用风点达35个，矿井漏风量大，有效风量率低，煤层开采深度不断增加，诸多的因素使通风系统为一个复杂的系统。

3.3 矿井通风系统的动态性

矿井通风系统随着煤矿生产进行而不断发生变化，采掘工作面推進、接替，采区的准备、投产等;通风设施增多，受压变形，漏风增大;各种通风设备性能衰退，通风参数发生变化，由此可见通风系统是一个动态随机的系统。

4 通风系统优化方案

4.1 通风系统存在问题

随着矿井采掘范围的扩大，井下通风设施不断增加，结合矿井通风基础参数测试分析，确定通风系统存在如下问题：

（1）矿井4煤太西主运巷作为回风巷道，巷道中布置有电气设备，存在安全隐患。

（2）通风构筑物较多，通风系统管理难度较大。

（3）通风构筑物漏风较多，废弃巷道多，矿井有效风量率偏低。

（4）角联通风巷道较多，风流不稳定，矿井发生灾变时管理困难。

4.2 通风系统优化改造方案

结合矿井通风系统存在的问题，确定通风系统优化方案：

（1）将上窑4煤、上窑9煤全部封闭。

（2）4煤太西主运巷调整为进风，4煤太西辅运巷为进风，4煤太西回风大巷为回风的“两进一回”的通风系统。

（3）其他废弃巷道、库房封闭。

（4）4、9煤采区变电所、水泵房实现了独立通风。矿井通风系统改造主要施工地点如图2所示。

5 优化效果分析

将4煤太西主运巷改为进风巷，并将相关联络巷进行密闭或调节施工后，矿井通风系统优化得到如下效果：

（1）上窑4煤采区全部封闭，减少巷道防尘量1 085 m。

（2）上窑9煤采区除水泵房外其余巷道全部封闭，减少巷道用风950 m3/min。

（3）封闭太西4、9煤库房，减少巷道用风1 480 m3/min。

（4）4煤太西变电所、9煤太西B段水仓、变电所构筑风桥，实现独立通风。

矿井通风系统优化后，全矿井需风量减少2 430 m3/min，矿井主通风机由原来的45 Hz降频为42 Hz，矿井总风量降低为211.17 m3/s（1 2670 m3/min），矿井负压降为1 020 Pa。

矿井主通风机运行功率降低120 kW;上窑9煤采区减少排水点3处，减少巷道2 200 m，每年节约更换排水、防尘管路1 000 m;4、9煤太西采区共计减少矿井巷道防尘量4 944 m，合计每年经济效益可达321万元。

6 结论

（1）通过矿井通风系统分析，结合矿井实际，发现矿井通风系统存在进风段阻力较大，将4煤太西主运巷调整为进风，保证了通风系统独立。

（2）结合通风系统实际存在的问题，将上窑4、9煤、太西采区废弃巷道、库房封闭，4、9煤采区变电所、水泵房实现了独立通风，保证了通风系统的完善、可靠。

（3）矿井通风系统改造后，减少了矿井风量及主扇风压，减少了矿井防尘量，并大幅降低了主通风机功耗，为矿井、集团公司创造更大的经济和社会效益。

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