通风系统测定及降阻优化

张尚伟

（山西华阳集团新能股份有限公司煤层气开发利用分公司， 山西 阳泉 045008）

引言

通风系统为煤矿生产的重要组成部分，其是保证煤矿能够安全生产的关键，主要承担降低工作面瓦斯浓度、粉尘浓度，为综采设备和人员提供一个安全、舒适的工作环境。近年来，随着煤矿不断向深部资源进行开采，与此同时，采煤的机械自动化水平明显提升；随着巷道的延伸，对应通风线路增加，通风阻力明显增加；随着工作面产量和生产效率的增加，通风量也明显增加。总体而言，随着矿井生产能力的增加，对其通风能力的稳定性、有效风量率及通风阻力等指标提出更高的要求[1]。因此，开展煤矿通风系统测定并采取相应的降阻优化措施是十分必要的。

1 通风系统测定与分析

本文以周源山煤矿为例开展研究，该煤矿目前采用中央边界抽出式的方式进行通风。其中，进风井包括主井、副井和新副井；回风井包括南回风井和北回风井。南回风井中配置了两台通风机，北回风井中配置了一台通风机[2]。具体参数如表1 所示。

表1 通风系统通风机关键参数

1.1 通风系统的阻力测定

针对通风系统的阻力测定，本工程基于基点气压法为原理进行测定，主要涉及的测量仪器包括CZC5矿井通风多参数测定器、空压盒、干球温度计、湿球温度计及激光测距仪等。根据现场情况，本次制定了三条测定路线，具体如下：

线路1：新副井→-650 m 西配风井→24 运煤上山→2442 工作面→24 总回风巷→北风井→地面；

线路2：新副井→-650 m 北大巷→32 轨道下山→32 总回风巷→21 皮带下山→-370 m 东大巷→111 轨道上山→11 回风上山→南风井→地面；

线路3：新副井→-650 m 西配风巷→22-600 石门→2110 运道→22110 风巷→111 上山→南风井→地面[3]。

基于上述3 条通风线路上的阻力测定，分别对北风井和南风井的关键参数进行测定，结果如表2所示。

表2 通风系统阻力测定结果

根据实测的结果分析，该煤矿北风井的通风难易程度属于中等，而南风井的通风难易程度属于容易。

1.2 通风系统风机性能的测定

北风井和南风井均采用“一用一备”的原则布置通风机。针对南、北通风井通风机性能的测定，本次测定采用JFY-8 通风多参数检测仪、DZFC-1 型电能综合分析测试仪、空压盒、皮托管和橡皮管等仪器。为保证所测定数据的准确性和实用性，本次采用不停产挂网条件下部分风流短路的方式对通风机性能进行测定[4]。

结合通风系统通风机性能的测试结果，并参照1.1 中测定的通风阻力的结果得出如下结论：

1）当前矿井南风井和北风井的通风阻力均超过2940 Pa；考虑到矿井在未来生产的可持续发展，应在后续生产中加强对其通风管理，并采取相应有效的措施达到降阻优化的目的。

2）当对本矿井通风网络结构进行调整后发现，矿井南风井和北风井的阻力均明显降低，对应的通风线路上的风量明显增大。其中，南风井通风机的运行功率增加4.4 kW，而北风井通风机的运行功率减小10.6 kW，综合对比得出，矿井通风机的总运行功率降低6.2 kW。

2 通风系统的降阻优化

2.1 通风系统降阻优化方案的设计

结合1 中对通风系统阻力和配置通风机性能参数的测定结果，并参照国外常采用的降阻优化措施，包括刷大巷道断面面积、对通风线路中存在风量集中情况和局部系数阻力较大的问题进行解决[5]。因此，在结合该矿井实际情况和通风系统现状的情况下特制定如下四类降阻优化方案：

方案一：在-370 m 和-150 m 采区中间增加增阻调节风门；将24 采区上山通道改进为回风上山通道；将矿井北侧采区的进风巷由当前的2 条缩减为1 条。基于方案一改进后的矿井通风系统简图如图1 所示。

图1 基于方案一优化后的通风网络结构简图

方案二：从整体上对当前通风系统结构进行简化，并在矿井-650 m 水平北大巷和-370 m 的水平南大巷配置风门，优化后通过-650 m 水平南大巷实现对南翼采区进行供风，该种优化方案从某种程度上缩短了南翼和北翼采区的公共通风巷道。基于方案二改进后的矿井通风网络结构简图如图2 所示。

图2 基于方案二优化后的通风网络结构简图

方案三：将当前矿井的通风网络结构简化为一个大三角形通风网络。结合该矿井的实际情况所设计的大三角形通风网络结构如图3 所示，AB 段为整个矿井的进风段；BC 段和BD 段分别为矿井北风井与南风井的用风段；CE 段和DF 段分别为矿井的北风井段和南风井段。

图3 基于方案三的大三角形通风网络结构简图

方案四：根据通风巷道的阻力分布情况，在不改变当前通风网络结构的基础上，扩大南翼采区和北翼采区的回风断面面积，并将对应14 采区回风巷道的调节风门拆除。基于方案四所得的通风网络结构简图如图4 所示。

图4 基于方案四的通风网络结构简图

2.2 通风系统降阻优化方案的综合评价

为综合评估上述四种方案下对应优化效果，通过对不同降阻优化下矿井风压、风量、通风机功率、通风机效率、矿井等积孔、通风成本、通风系统稳定性、抗灾能力和工程量进行评估，并根据上述考核参数赋予不同的权重。基于设计的优化评估模型，得出四种降阻优化方案的特征值如下页表3 所示。

如表3 所示，四种不同降阻优化方案分别实施后，方案一对应的评价特征值均为最高。因此，本工程采用方案一对该矿井通风系统进行改造。

表3 不同降阻优化方案对应改造效果特征评价

3 结语

通风系统为保证综采工作面安全生产的关键分系统，其承担着降低工作面瓦斯浓度、粉尘浓度，为现场设备和人员提供一个舒适、安全工作环境的重任。但是，随着工作面的不断推进和生产能力的不断增加，最初设计的通风系统存在阻力增大、风量不足等问题。因此，本文在对矿井通风阻力和通风机性能参数测定结果分析的基础上制定了降阻优化方案，并对最终方案进行综合评价，得出：采用增加巷道断面面积，减少通风线路的方式达到降阻优化的目的。