平煤股份十矿己四回风井主要通风机选型

蒋亚伟

（平顶山天安煤业股份有限公司十矿，河南 平顶山 467000）

0 引言

矿井通风系统的安全高效运行对于煤矿的安全开采具有十分重要的意义。在矿井开采初期，通风系统处于安全、经济的运行状态[1-3]。但是随着开采的进行，煤矿井下通风线路和通风面积发生变化，矿井通风系统的运行状况变差。矿井通风系统运行状况变差后，不仅会导致系统的供风能力变差，还会导致主通风机的运行效率大幅度降低，提高了煤矿的运行成本[4-5]。为此，在煤矿生产过程中，需要不断地对矿井通风系统进行优化，从而保证矿井通风系统的高效安全运行。本文从矿井通风系统性能的影响因素入手进行论述，重点探讨了矿井通风系统的优化措施《煤矿安全规程》明确规定：新井投产前必须进行1次矿井通风阻力测定，以后每3年至少进行1次。矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定[6-7]。

通过矿井通风阻力测定，可以达到下列目[8-9]：

1）了解通风系统中阻力分布情况，发现通风阻力较大的区段和地点，了解矿井井巷的维护状况，了解矿井通风能力与潜力，便于正确调节风量以满足生产的需要，确保矿井通风系统经济合理地运行。

2）提供紧密结合矿井实际的井巷通风阻力系数和风阻值，使通风设计与计算更切合实际，使风量调节有可靠的依据。

3）为调节风压法控制火灾提供必须的基础资料，使这一方法的应用更合理、有效，并为发生事故时制定灾变处理计划提供重要的基础资料。

4）为矿井通风自动化及矿井通风系统优化、改造提供基础数据等[10-11]。

1 矿井概况

平煤股份十矿位于平顶山市东北部，距市区中心约6 km，行政区划属平顶山市卫东区。采用立井、斜井，多水平开拓方式，分区与中央并列混合式通风方式。平煤股份十矿全矿井现有2个生产水平，5个生产采区，即-140水平戊七采区、-320水平已二采区、己四采区、北翼中区、北翼东区。

十矿具备完整的独立通风系统，供风能力满足安全生产要求，采用分区抽出式通风，全矿共有5个进风井（院内副井、北翼副井、皮带斜井、乘人斜井、三水平进风井），4个回风井（戊组回风井、己四回风井、戊七回风井、北三回风井）分别担负着北翼中区、东区、己四、己二采区和-140水平戊七采区的通风任务。

2 矿井通风阻力测定

2.1 测定路线选择原则

并联风路中应选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路；选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路；选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路。

2.2 测点布置

根据通风系统的具体情况，选择3条主测路线：

主测路线1（己四风机担负区域）：乘人斜井→乘人斜井→己四轨道→-320行人石门→己四采区轨道下山→己17-24060机片→己17-24060采面→己17-24060风巷回风川→回风川→己四西翼瓦专→己四回风井。

主测路线2（北二风机担负区域）：北二副井→-870行人石门绕道→己三采区轨道下山→戊七轨道上车场→戊七轨道下山→17010机巷车场→己15-33200机片→己15-33200采面→己15-33200风片→己三采区西翼瓦专→-870总回风巷→北二回风井。

主测路线3（戊组风机担负区域）：北一副井→戊七大巷→-320大巷→中区轨道→戊组集中轨→戊组集中运输巷→戊三采区轨道下山→戊9-20200机巷片盘→戊9-20200备用面→戊9-20200风巷→20200风巷回风川→戊组总回风巷→戊组回风井。

2.3 测定结果分析

矿井通风阻力沿程分布状况分别如图1-3所示。矿井3段（进风段、用风段、回风段）通风阻力的百分比情况见表1。

图1 平煤十矿己四回风井担负区域通风阻力沿程分布状况图

图2 平煤十矿北二风井担负区域通风阻力沿程分布状况图

表1 平煤十矿通风3段阻力分布情况

从图1—图3和表1可以看出：

图3 平煤十矿戊组风井担负区域通风阻力沿程分布状况图

1）己四回风井担负区域通风总阻力为2 335.6 P a，进风段阻力所占的百分比为20%，用风段的阻力占总阻力的38.9%，回风段阻力占总阻力的40.1%，从这些数值上看，通风3段阻力分布基本合理。

2）北二回风井担负区域通风总阻力为2 485.6 P a，进风段阻力所占的百分比为18.7%，用风段阻力占总阻力的70.9%，回风段阻力占总阻力的10.4%，从这些数值上来看，回风段通风阻力稍微偏大，这主要是回风段风量较集中且巷道断面较小造成的。

3）戊组回风井担负区域通风总阻力为2265.3 P a，进风段阻力所占的百分比为35.6%，用风段阻力占总阻力的42.0%，回风段阻力占总阻力的22.4%。从这些数值上看，通风3段阻力分布基本合理。

3 平煤十矿-己四主要通风机选型

3.1 己四通风机更换必要性

平煤十矿采用分区抽出式通风，全矿共有6个进风井（院内副井、北一副井、主斜井、乘人斜井、北二副井、戊七进风井），3个回风井（戊组回风井、己四回风井、北二回风井）分别担负着戊组中区、己四采区和己三采区的通风任务。目前矿井有2个生产水平，分别为二水平、三水平；3个生产采区，分别为己四采区、戊组中区、己三采区。

矿井通风系统调整优化的原因如下：

1）己四采区存在风量紧张局面。目前己四回风井担负着己四、己二采区的供风任务，供风量10 598 m3/min，根据矿井采掘接替计划及任务安排，从2021年1月份采掘头面逐渐增加，至10月份己四采区共产生3个采煤工作面（己17-24060采面、己15.16-24070采面、己17-33010采面），1个备用工作面（己17-24090备用面），5个掘进工作面（己15-24120中上底板巷、己15-24120中下底板巷、己15-24120机巷底板巷、己17-24080机巷、己三排矸巷上段），届时己四采区需风量将达到14 736 m3/min，与目前己四回风井供风量相比较，己四采区风量缺口4 138 m3/min，将难以维持己四采区供风需求。风量增加的同时，通风路线变长通风系统阻力增大，风机负压增长较大，己四回风井主要通风机风量、负压将不能满足生产需要。

2）设备老化严重。己四回风井主要安装2台2K60-№28型轴流式通风机，通风机于1996年挂网，实测风量176.6 m3/s、负压2 200 P a，该风机经过25年运行现已老化、锈蚀严重，通风效率较低，主扇叶片可调角度为0°～40°，实际叶片安装角度37.5°，回风道净尺寸3.7 m×3.7 m，净断面积12.32 m2，风道风速14.33 m/s，从风速来讲己四回风井主要通风机已达到满负荷运行。困难时期若调大扇叶角度，仍然利用该风道承担245 m3/s的回风任务，风速将会达到19.9 m/s，不符合《煤矿安全规程》风硐风速不超过15 m/s的规定，会造成电机轴温过高，且易发生风机喘振等现象，将严重影响矿井通风安全。

因此，己四回风井主要通风机必须改造、矿井通风系统必须进行优化，确保矿井后期安全生产需要。

3.2 己四通风机选型

3.2.1 通风系统改造方案提出

结合己四回风井面临的问题，根据己四采区需风量要求，提出以下2种通风系统改造方案：

方案1：正规装备北二回风井主要通风机，按照设计院原方案北二回风井安装GA F3.75-19-1FB型号主要通风机，前中期配套电动机1250 kW，后期配套电动机2 500 kW，安装不停机自动倒台系统，风道长95 m，净断面5.8 m×5.8 m，配备通风机房、电控系统和主通风机监控系统。挂网运行后，停运北二临时主要通风机，与现己四回风井主要通风机联合运行，有效解决井下各采区供风需求。

方案2：将现有己四回风井主要通风机更换为大功率风机，新施工大断面回风道消除风速限制，更换后的己四风机仍担负己四、己二采区供风任务，与北二回风井主要通风机联合运行，能够保证己四采区长远采掘接替布置风量需求。

3.2.2 通风系统改造方案对比分析

方案1优点：①完全能满足己组采区通风任务，能有效解决井下各采区供风需求；②与己四回风井主要通风机联合运行，可实现分区通风；③可解决己组采区开发伴随的瓦斯治理和高温因素，极大改善己组采区采掘安全和工作环境温度，彻底解决风量不足问题；④可停运北二临时主要通风机，原回风井筒（φ8 m）（副井）能够腾出进行井筒永久装备。

缺点：①北二原进风井筒（φ6.5 m风井）正规装备轴流式主要通风机、风道、主扇房及电控设备等，投入大，工期长；②原临时回风井筒（φ8 m副井）需要进行提升设备的永久装备；永久装备之前需要将现临时风机的风道调整到永久装备主扇的风井，实现2个井筒功能转换，届时将形成风井回风并兼做提升，违反突出矿井的相关规定。

方案2优点：①更换现有己四风机，解决设备老化严重问题，消除不安全隐患；②改造后的己四风机仍担负己四采区通风任务，能够解决采掘接替风量缺口问题；③己四风机更换后，与北二临时风机联合运行，在分区通风原则下，合理担负部分己三采区工作面风量，解决己三采区风量紧张局面。

缺点：①更换改造风机投入相对较大，需重新施工风道及风硐，新购置对旋式主要通风机及电控设备；己四采区服务时间较短（5～10年），后期仍需要对北二回风井进行永久主要通风机的装备，造成一定的浪费；②更换己四风机后，由于己四西翼瓦专部分巷道断面小，系统阻力大，负压将由现在的2 200 P a增至5 957 P a，需实施己四瓦专降阻工程扩修高阻力段巷道断面（总工程量约300 m）和施工东西翼专回第二联络巷（总工程量约48 m），以保证通风系统阻力降低到合理的范围内，新更换的主要通风机才能正常运行。

3.2.3 通风系统改造方案确定

根据以上2种方案优、缺点对比分析，结合实际生产情况，建议选择方案2：即更换己四回风井主要通风机，同时实施己四瓦专降阻工程，己四风机继续担负己四、己二采区供风任务，与北二回风井主要通风机联合运行，能够满足井下正常生产通风需求。

矿井解算主要通风机工况见表2。

表2 平煤股份十矿主要通风机工况

图4为山西巨龙有限公司研发的轴流式巨龙风机性能曲线，通风机型号为FB CDNo38。

图4 FB CDNo38装置性能曲线

将2020年10月阻力测定时期作为己平煤十矿-己四风机担负区域通风容易时期，结合通风困难时期解算结果可得己四风机选型工况为：

通风容易时期：风量170.9 m3/s、负压2 303 P a；通风困难时期：风量245.6 m3/s、负压3 621 P a。为保证通风系统能满足矿井生产需求，根据图4可知通风容易时期风机的叶片角度应调整为36°/24°；通风困难时期叶片角度应调整为48°/36°。

4 结论

1）全矿井经过通风阻力测定可知己四回风井、北二回风井、戊组回风井担负区域的通风难易程度均为容易。其中己四回风井、戊组回风井担负区域从数值上看，通风3段阻力分布基本合理；北二回风井数值上来看，回风段通风阻力稍微偏大，主要是由回风段风量较集中且巷道断面较小导致。

2）探讨了风机更换必要性。通过分析了全矿井通风系统现状、设备运行现状找出系统存在的问题：随着矿井开采进行，矿井风量增加的同时，通风路线变长通风系统阻力增大，风机负压增长较大，己四回风井主要通风机风量、负压将不能满足生产需要，部分风硐风速会超标，风机也会存在安全隐患。

3）通过对比确定风机工况。提出新作己四东、西翼瓦专联络巷及对己四西翼瓦专及己四东翼瓦专部分路段实施刷巷降阻方案，方案实施后可以使己四风机负压降低至3 621 P a；根据通风容易时期和困难时期解算结果，确定了己四主要通风机选型的工况：170.9 m3/s、2 303 P a，36°/24°；2 45.6 m3/s、3 621 P a，48°/36°。

4）己四东、西翼瓦专联络巷及己四东、西翼瓦专降阻工程对己四系统调整改造意义重大，建议矿方对其开工实施，以确保后期北二风机正式装备，保证系统运行稳定。