矿井通风系统的改造及效果分析

聂建永

（山西吕梁离石西山亚辰煤业有限公司，山西 吕梁 033000）

引言

矿井通风系统是煤矿生产必不可少的系统，其主要任务是为工作面提供新鲜空气，降低工作面的瓦斯浓度、粉尘浓度，为工作面作业人员和生产设备提供一个舒适、安全的环境。但是，在实际生产中随着工作面的不断深入和生产能力的增加，矿井初期所设计的通风能力无法满足实际生产的通风量需求，对应的通风阻力较大，在无法保证煤矿安全生产的同时还增加了煤矿生产的能耗[1]。因此，在实际生产中需对通风能力进行实时评估并针对性地提出改造实施方案。

1 某矿井通风现状分析

1.1 1017 工作面工程概况

本文以1017 工作面为例开展研究，该工作面的切眼长度为180 m，工作面可采煤储量为111.6 万t。工作面煤层厚度为4.9～5.91 m，平均煤层厚度为5.7 m；煤层倾角范围为-8°～-2°，煤层平均倾角为-5°。1017 工作面的顶底板情况如表1 所示。

表1 1017 综采工作面顶底板情况

经探测，1017 工作面瓦斯绝对涌出量为89m3/min；工作面的最大涌水量可达15 m3/h，正常涌水量为6 m3/h。目前，工作面采用走向长壁后退式放顶煤一次全采高全部垮落式综合机械化开采工艺。

1.2 1017 工作面所属矿井通风现状

1017 工作面所属矿井采用抽出式通风方法，所配置通风机的具体型号为FBCDZN0-8-30B，共包括两台，在实际生产中一台备用另一台运转。通风机电机的功率为450 kW，额定负压为4 100 Pa。

1017 工作面所属矿井采用“两进一回”通风布置，对应的通风方式为中央并列式通风。其中，进风巷为主斜井和副斜井，回风巷道回风斜井，各个巷道内的通风参数如表2 所示。

表2 “两进一回”通风巷道通风参数

如表2 所示，1017 工作面所属矿井总的进风量为6 600 m3/min，总回风量为6 700 m3/min。目前，在实际生产中1017 工作面主要用风地点包括运输顺槽掘进工作面、材料下山掘进工作面、回风顺槽工作面、高抽巷掘进工作面、1017 工作面等。

随着1017 工作面的不断推进和相邻旧工作面的回收封闭，矿井主要用风地点和实际风量处于动态变化状态[2]。比如：1017 工作面相邻的1013 工作面随着进入回收阶段，工作面需风量由1 300 m3/min降低至750 m3/min。经对1017 工作面实际需求风量测算可知：当1013 工作面最终回收并封闭后，在当前通风方案布置下可为1017 工作面提供风量788.22 m3/min，而实际上1017 工作面需风量大概为1 400～1 500 m3/min。因此，为保证1017 工作面的连续生产任务，急需对其工作面通风系统进行改造。

2 1017 工作面通风系统的改造及效果分析

2.1 新增回风立井

鉴于1017 工作面当前通风系统所供的风量与实际需求风量差距较大的问题，本工程拟通过为该工作面更换立井回风系统，并配置相匹配的通风机。同时，当1017 工作面通风量对应增加后为保证巷道内风速不超过限值，需对巷道的断面面积进行扩大。具体改造方案如下：

在当前“两进一回”通风方案下，将原回风井改为进风井，并为整套通风方案新增一个回风立井，并为其配置通风机的型号为FBCDZ-8-No32/2×900。通风机不同叶片安装角度为巷道所提供的通风能力不同，具体如表3 所示。

表3 不同叶片安装角度对应的通风能力

综合对比可知，当通风机采用-6°的安装角度时，为矿井提供的风量大于-3°时的情况，对应工作面的负压较小[3]。因此，将FBCDZ-8-No32/2×900通风机的安装角度设定为-6°，对应可为1017 工作面提供的实际风量为1 891.47 m3/min，满足1013工作面回收封闭后1017 工作面1 400～1 500 m3/min需风量要求。除此之外，还需对通风设施作出如下改造：

1）将工作面60～61、55～57 的调节风门拆除；

2）在工作面45～46 和50～51 的节点之间，新增正方两道调节风门，要求所建设的调节风门能够承受进风和回风带来的压力；

3）同时，为了保证1017 工作面的风量满足要求，在1019 运输顺槽、回风顺槽等工作面增加对应的风控点。

2.2 扩大回风巷道

矿井通风系统未改造前，矿井回风巷道总共的通风能力为11 340 m3/min。但是，矿井通风系统改造后矿井的总的通风量可达13 000～16 000 m3/min。经计算，当通风量为13 000 m3/min 时，所需回风巷道的断面面积为13.2 m2；当通风量为16 000 m3/min时，所需回风巷道的断面面积为19.4 m2。

2.2.1 巷道断面面积扩大至13.2 m2

通过计算可知：当巷道断面面积扩大至13.2 m2时，各个巷道的风阻均降低一个量级。将巷道扩大后的风阻加入通风网络中得出对应通风机的工况为：通风量为176m3/s=10560m3/min，通风机负压为3316.09 Pa。工况不满足总风量13000m3/min 的要求[4]。

2.2.2 巷道断面面积扩大至19.4 m2

通过计算可知：当巷道断面面积扩大至19.4 m2时，各个巷道的风阻均降低一个量级。将巷道扩大后的风阻加入通风网络中得出对应通风机的工况为：通风量为255.42 m3/s=15 325.2 m3/min，通风机负压为4 484.73 Pa。工况不满足总风量16 000 m3/min 的要求。

2.2.3 巷道断面面积扩大至25.2 m2

将巷道扩大后的风阻加入通风网络中得出对应通风机的工况为：通风量为268.12 m3/s=16 087.2 m3/min，通风机负压为4 377.73 Pa。工况满足总风量16 000 m3/min 的要求。

2.3 效果分析

在原通风系统的基础上将回风斜井改为进风井，同时为其增加回风立井，在新增加通风机的基础上，主要对通风设施的巷道断面进行扩大操作。通过分析可知，将巷道断面面积增加至13.2 m2和19.4 m2时，虽然能够在一定程度上缓解风速超限的问题，但是对应的风量无法满足实际需风量的要求[5]。因此，将巷道断面增大至25.2 m2才能够满足实际通风量需求的同时，还能够有效防止巷道风阻超过限值的问题。

3 结论

通风系统作为综采工作面的呼吸系统，其主要任务是为工作面提供新鲜空气，降低工作面瓦斯、粉尘浓度。但是，在实际生产中随着工作面的不断推进和相邻工作面的回收关闭等情况均会导致工作面通风情况发生变化，进而导致工作面通风量不足的问题，继而影响工作面的安全、高效生产。本文重点以1017 工作面为例开展研究，并总结如下：

1）1013 工作面的回收封闭导致1017 工作面的供风量远小于其实际需风量；

2）将原通风系统的回风井改为进风井，同时为其新增一个回风立井，采用“三进一回”的通风方式，并为其配置FBCDZ-8-No32/2×900 的通风机；

3）为解决通风量增加导致巷道风速超限的问题，将巷道扩大至25.2 m2，且对应巷道的最大通风量可达16 087.2 m3/min，通风机负压为4 377.73 Pa，满足实际生产的要求。