亨元煤业矿井主通风系统改造实践

马永元

（山西煤炭运销集团寿阳亨元煤业有限公司，山西 晋中 045400）

0 引言

山西煤炭运销集团寿阳亨元煤业有限公司为兼并重组资源整合发单保矿井，位于寿阳县城北，直距约11 km的解愁乡陈家河村，行政区划属解愁乡管辖。井田面积为6.236 6 km2，东西长约2.405 km，南北长约3.550 km，呈不规则多边形；地理坐标范围：东经113°09′06″～113°11′36″，北纬37°56′44″～37°59′58″，设计生产能力60万t/a，为高瓦斯矿井，现开拓开采3#、6#、8#煤层，均为不易自燃煤层，均有煤尘爆炸性，开采煤层为3#～15下#煤层。该矿区距寿阳—盂县的S216省道3 km，经该公路可达寿阳县城，307国道、石太铁路线、太旧高速公路均从寿阳经过。井田内有黄丹沟煤矿铁路（东湾铁路）专用线通过，距草沟煤站10 km，运输条件较为便利。

1 矿井通风现状分析

1.1 矿井通风概况

矿井现由主斜井、副斜井进风，回风立井回风，通风方式为中央并列式。矿井生产采区为东二采区，装备1个回采工作面、2个顺槽掘进工作面、1个大巷综掘工作面。回采工作面采用“一进一回”U型通风方式，掘进工作面所需风量由局部通风机对其压入式供给。矿井现总配风量75 m3/s，矿井负压1 740 Pa，平均等积孔2.1 m2；主扇风机为2台轴流式对旋风机，一台使用，一台备用，配用电机功率均为132 kW×2。井下掘进工作面采用双风机双电源装置，FBDY（7.5 kW×2、11 kW×2、22 kW×2）及DBKJ（18.5 kW×2）型局扇风机配合600 mm和800 mm抗静电阻燃风筒供风。通风主要设备见表1，井下各用风地点实际供风量见表2。

表1 通风主要设备表

表2 井下各用风地点实际供风量

根据矿井总需风量及通风系统分析，随着矿井开拓开采的延深，矿井通风阻力将进一步增加［1-3］，同时由于巷道的变形、损坏，巷道的风速超限问题将进一步加大，用风点的风量将无法稳定、充足供给。为保证通风系统与生产系统能力相适应、风量充足、风流稳定，抗灾能力强，对矿井进行通风系统的改造势在必行。

1.2 矿井通风系统存在的主要问题

目前矿井的生产布局基本合理，矿井的通风系统不合理，矿井现有风量不足，通风阻力较高，风机运转不稳定，但总供风量偏小、部分回风段井巷风速偏高等问题对井下安全生产构成了威胁，制约矿井生产。另外，矿井现回风立井井筒净直径为3.2 m，净断面积8.04 m2；副斜井净宽3.2 m，净断面7.46 m2；主斜井斜长438 m，净断面积10.7 m2，主要进回风巷道断面偏小。由于矿井开采年久，随着开采深度和接替采区的延深，随着工作面接替至东二采区南部位置，通风距离逐渐增长，通风阻力将随之增大，矿井通风将进入困难时期，现有井筒断面和通风系统已不能满足矿井后期接替采区安全生产需要。

当矿井需风量进一步增加至130 m3/s时，回风立井、进风联络巷等都将无法满足安全生产的需要［4-6］。随着工作面位置变化至困难时期通风的形成风量不足、通风阻力增大、风机运转不稳定、通风系统不合理等问题将愈加突出［7-10］。改造的必要性具体表现为：①风门、调节设置不合理，如胶带大巷、胶带顺槽均设置有通风设施，使井下风量不好控制，增加了通风阻力；②配风不合理，有些掘进时使用的临时联络巷道没有及时密闭，导致用风点风量不足；③已有的部分巷道断面偏小，风速超限，阻力大；④部分巷道通风系统与有关规定相抵触；⑤随着开采深度和接替采区的延深，通风系统不能满足正常生产的需要。

2 改造方案及主要工程内容

2.1 改造方案简述

现矿井回风立井井筒净直径3.2 m，浇注混凝土支护，壁厚300 mm，净断面积8.04 m2，不能满足通风要求，设计维持矿井原主、副斜井不变，现有回风立井改造为进风立井，改造后新建回风立井245 m（井筒直径5.5 m），本次通风改造，新配回风立井一次落底下组煤的15#煤层，落底标高+874 m，在6#煤层留设马头门服务上组煤+950 m水平，+950 m水平以下回风立井井筒施工完成后封闭处理，待开采下组煤时再启用。新增总回风联络巷162 m，新增进风联络巷110 m，与已有系统相贯通。井下其它巷道利用已有系统（同时考虑了建设期间采掘活动井下增加巷道），则本次设计新增井巷工程517 m，掘进体积12 656 m3，增加FBCDZ-8-№28（n=580 r/min）型矿用防爆对旋轴流式通风机2台。

2.2 矿井通风系统改造过程

经过通风改造后，维持原主斜井、副斜井不变，将原回风立井改为进风立井担负矿井的主要进风任务，届时矿井将由新建回风立井独自担负回风任务，矿井将形成“三进一回”的通风系统。

井田开拓方案：根据本矿井实际情况，利用井田中部主井场地沿铁路线向东、南或北3个方向扩建作为矿井的工业场地，并利用井田中部风井场地现有的设施。采用斜井开拓方式，利用井田中部主井场地沿铁路线向北侧扩建作为兼并重组后矿井的主井工业场地，利用井田中部现有的风井场地扩建作为矿井的新风井场地，利用矿井现有副井工业场，利用主井工业场地的主斜井，利用原副井工业场地的副斜井，原回风立井改为进风立井，同时在风井场地布置新回风立井井筒。运输系统改造后矿井通风系统为中央分列式，通风方式仍为机械抽出式。改造后，通风按照开采6#、8#煤层时矿井通风容易时期和困难时期的通风系统考虑。掘进通风和硐室通风井下掘进工作面采用独立通风方式，掘进工作面所需风量由局部扇风机压入式供给。井下永久避难硐室等硐室采用独立通风。

矿井风量、负压及等积孔计算：矿井开采8#煤层时，矿井总需风量取为110 m3/s，其中：主斜井进风量为30 m3/s，副斜井进风量为30 m3/s，进风立井进风量为50 m3/s，回风立井回风量为110 m3/s。矿井开采6#煤层时，矿井总需风量取为130 m3/s，其中：主斜井进风量为30 m3/s，副斜井进风量为40 m3/s，进风立井进风量为60 m3/s，回风立井回风量为130 m3/s。

风量分配：将矿井总风量分配到井下各用风地。矿井通风容易时期为矿井开采主副井底西侧西采区时的工作面，位于6#、8#煤层中部东侧；矿井通风困难时期工作面位于东二采区靠近矿井南部边界的工作面。经计算，开采6#煤层时，通风容易时期：Hmin=1 792.91 Pa（182.95 mmH2O）；通风困难时期：Hmax=2 485.30 Pa（253.60 mmH2O）。开采8#煤层时，通风容易时期：Hmin=1 124.26 Pa（114.72 mm H2O）；通风困难时期：Hmax=1 740.35 Pa（177.59 mmH2O）。经计算，矿井开采6#煤层时通风容易时期和困难时期等积孔分别为3.65 m2、3.10 m2，矿井通风容易时期、困难时期均属通风小阻力矿井；矿井开采8#煤层时通风容易时期和困难时期等积孔分别为3.90 m2、3.14 m2，矿井通风容易时期、困难时期均属通风小阻力矿井。开采6#煤矿井风量分配见表3，开采8#煤矿井风量分配见表4。

表3 开采6#煤矿井风量分配表

表4 开采8#煤矿井风量分配表

2.3 矿井主通风设备的选择

选型依据：矿井开采6#煤层时，回风立井回风量130 m3/s，通风容易时期负压1 792.91 Pa，通风困难时期负压2 485.3 Pa；矿井开采8#煤层时，回风立井回风量110 m3/s，通风容易时期负压1 124.26 Pa，通风困难时期负压1 740.35 Pa，回风立井井口标高+1 120.0 m。

通风设备选型计算：对通风机所必需的风量和负压计算，并换算为标况下的性能参数，通过管网阻力曲线方程，得出通风设备选型计算值见表5。

通风设备选型及工况点确定：根据计算，选择两台FBCDZ-10-№28（n=580 r/min）矿用防爆对旋轴流通风机，一台工作，一台备用。通风机配套10 kV隔爆型2×355 kW变频电动机。为满足矿井开采不同煤层时通风的需要，设计采用变频器调速方式取得最佳调节效果，使风机在不同时期都运行在高效区。表6、7分别为矿井开采6#、8#煤层时通风机运行工况点参数。通风机扩散塔装有消音装置，以降低噪音对环境的污染。通风机采用反转反风方式。通风机可在10 min内实现反风，反风量大于正常供风量的40%，反风时均通过了电动机容量校验。

表5 通风设备选型计算表

表6 通风机运行工况点参数（矿井开采6#煤层）

表7 通风机运行工况点参数（矿井开采8#煤层）

通风机房配电控制：通风机房两回10 kV电源引自风井场地10 kV变电所。设高、低压配电室，选用KYN28型高压开关柜用作高压配电保护，10 kV高压接线方式为单母线分段接线。两回380 V低压电源由高压室两台所用变压器柜供给，为通风机入口风门、控制及照明等低压380/220 V负荷提供电源。通风机采用变频控制，不仅能调节风机运行工况，以适应开采不同煤层时风量负压的变化，保证风机运行在高效区，还能实现通风机的软起动及软停车。此外，通风机房配备一套通风机在线监测装置，用于实时监测通风机运行各项参数，包括风量、负压、轴承温度、瓦斯浓度等，确保风机安全可靠运行。

3 结语

新配回风立井通风系统改造后，既满足了产量要求，又为矿井安全生产创造了有利条件；不仅有较好的经济效益，而且产生良好的社会效益、环保效益；项目建设不仅是必要的，而且是可行的。新布置回风立井对矿井安全生产提供了可靠的保障，建议加强日常检查维护保证矿井通风系统的可靠稳定运行，同时做好监测发现问题及时跟踪处理。