深部开采矿井通风系统的优化改造

王 超

（华阳集团山西新元煤炭有限责任公司，山西 晋中 045400）

1 工程概况

1.1 地质概况

山西某矿升级生产能力为220 万t/年，井田开采面积为3.69 m3，批准开采2 号、3 号、7 号、9 号及11 号煤层。矿井已回采超过50 年，浅部的煤炭资源已回采完毕，现采掘工作面逐步向深部的9 号以及11 号煤层转移。9 号煤层厚度平均3.9 m，瓦斯含量9.5 m3/t，顶底板岩性以泥岩、粉砂岩为主；11 号煤层厚度平均5.9 m，瓦斯含量10.8 m3/t，顶底板岩性均为砂质泥岩。矿井9 号煤层以及11 号煤层回采工作面均采用综采回采工艺，由于9 号煤与11 号煤层间距在60 m 以内，11 号煤处于9 号煤保护开采范围。

1.2 矿井通风概况

矿井通风方式采用中央并列式，在回风风井布置2 台主要通风机（型号FBCDZ54-6-No18），配套使用的电机功率为2×75kW，回风井净断面为11.5m2，采用料石砌碹支护。矿井主要回采巷道均采用砌碹、锚网索或者U型钢支护。

随着矿井采掘深部的增加，回采的煤层瓦斯涌出量增大、通风线路边长、风阻增加，同时井下分布有多个用风点，给矿井通风系统可靠性带来较大的挑战。

2 矿井通风现状分析

2.1 通风阻力测定

为了准确掌握矿井通风系统现状，并为后续的通风系统优化提供切实可行的参考。提出采用气压计法对矿井通风系统各段风压进行测定，并通过风表、卷尺以及温度计等测定各断面风速、断面以及温度[1-3]。采用的2 台气压计使用前先对时间进行校对，其中一台布置在进风口、一台对测定线路内各段风压进行测定，每间隔1 min 测定一次气压数据，同时测定巷道内风速、断面以及温度等参数。

在井下通风阻力测定线路中选择时应遵循下述原则[4-6]：选择通风风量较大且经过采煤工作面的通风路线作为测定路线；测定路线内应具有较长的通风路线且包含多种形式的巷道类型、支护形式；选用便于测定且沿主风流方向的路线作为测定路线。根据上述原则并结合矿井实际情况，井下选择有3 条测风路线。

2.2 通风阻力测定结果分析

具体确定的3 条测定路线中风阻测定值以及占比情况见表1，通风阻力分布见图1。通过对通风阻力测定以及分析，发现矿井通风系统存在一定问题。

表1 风阻测定值以及占比情况

图1 通风阻力分布图

1）I 线路中进风段、用风段以及回风段通风阻力分别为303.78 Pa、197.56 Pa 以及635.57 Pa。用风段通风阻力占比较小，为17.38%，主要是用风段长度较小导致；回风段通风阻力测定值为635.57 Pa，占比达到55.90%，回风段通风阻力占比较高的主要原因为：回风段内杂乱布置有各类杂物，同时部分位置巷道变形严重、断面积较小，从而使得局部通风阻力显著增加。II 线路中进风段、用风段以及回风段通风阻力分别为275.61 Pa、345.67 Pa、583.64 Pa，回风段通风阻力占比较高，主要是由于回风段中3 采区运输巷局部通风阻力较大，从而使得回风巷段通风阻力占比增加。线路III 中由于5 采区回采接近结束，在通风线路中增加布置有通风调节措施，使得通风线路中局部风阻有所增加，虽然用风段长度较短，但是通风阻力占比可达到50.81%。

2）井下通风网络及通风系统均较为复杂，通风巷道多、用风点分散，如井下3 采区部分巷道仅有少量微风，部分巷道存在通风风流不稳定问题。

3）通风系统中局部位置通风阻力高，选用的3条测定线路中回风段风阻普遍较高，主要是回风段巷道内摆放有杂物且码放不整齐，通风断面小以及部分位置巷道变形严重等导致。在II 测定路线中由于用风段布置有多个风量调节设施，从而导致风阻显著增加。

4）井下通风线路中布置有多处通风设施，但是存在通风设施安装质量不到位、漏风量较大等问题，从而使得通风系统中存在较高的内部漏风量，现场实测为26.6%。

3 通风系统优化

3.1 通风系统优化方案设计

通风系统优化后不仅可满足当前阶段通风需要，而且可兼顾后续生产时间内矿井通风要求。根据矿井后续开采计划，优化后的通风方案应可以满足后续9 号煤层3906、3908 综采工作面以及11 号煤层51102、51106 等综采工作面通风需要。为此，提出以下三种通风优化方案：方案1，提升回风井主要通风机能效，并采取合适措施降低通风系统内部、外部漏风率；方案2，更换回风井主要通风机；方案3，刷扩矿井回风段通风阻力较大巷道段断面、及时密闭不需要用风位置、拆除部分通风机，并将主要通风机风片角度增加至9°。

3.2 通风优化方案优选及实施

采用计算机对各通风方案进行通风网络解算，从而得到最合适矿井实际的优化方案。采用方案1时，矿井总风量在3 000 m3/min 以内时，矿井通风总风阻应在1 500 Pa 以内，但是矿井现阶段总风阻已经达到1 388.7 Pa，采取封堵漏风点、降阻措施后可满足通风需要；方案2 虽然也满足井下通风需要，但是存在改造成本高、对矿井正常回来影响大、优化效率低等问题；方案3 对矿井回风段高阻区进行针对性降阻，且密闭不需要用风点、拆除无用的通风设施等措施，此种改造方案在矿井正常生产时即可完成，增加风叶角度增加至9°后可满足井下各用风点风量需要，同时该方案通风优化成本较低、效率高。为此，矿井通风采用此方案。

具体通风系统高阻段主要分布在3 采区运输巷、5采区回风段以及主回风大巷等，需针对性进行修整。

4 结语

采用降低井下通风阻力、密闭采空区、修整或者拆除通风设施，增加主要通风机风压角等通风系统优化措施后，可满足矿井深部回采时通风需要。研究成果可为其他矿井通风系统优化提供经验借鉴。