古城煤矿鲍店风井投运预测分析

纪 宇

(山西潞安矿业(集团)有限责任公司 古城煤矿，山西 长治 046100)

古城矿井采用斜立混合开拓方式，达到800万t/a生产能力时，共布置5个井筒，即在主井工业场地布置主斜井，在副井工业场地布置副立井和中央回风立井，在桃园风井场地布置桃园进风立井和桃园回风立井。其中主斜井担负煤炭提升任务，兼作进风井及矿井安全出口；副立井担负矿井全部人员、材料和设备的升降，兼作进风井及矿井安全出口；中央回风立井担负北一、北二和北三盘曲的回风任务，兼作矿井安全出口；桃园进风立井担负南一、南二和南三盘曲的进风任务，兼作矿井安全出口，预留整体提升大采高综采支架等超大件的条件；桃园回风立井担负南一、南二和南三盘曲的回风任务，兼作矿井安全出口。根据采区衔接计划，古城煤矿为解决矿井远端北二盘曲与北四盘曲通风问题，计划投运一对进回风井。在已建立好的仿真系统基础上，针对新风井投运后形成的新系统，分别从通风容易时期和通风困难时期进行通风系统预测分析。

1 矿井通风管理信息系统

为提高通风管理水平，古城煤矿与辽宁工程技术大学合作，通过对全矿井通风系统进行全面考查、矿井通风系统阻力测试、通风系统参数测试及数据预处理，以实测风量和经过计算所得巷道风阻为基准，实测风量为目标条件，对全矿井巷道风阻进行连续的优化调整，使通风网络模拟结果与实际测定各巷道风量基本符合，建立近乎接近目前矿井通风状态的仿真系统[1-2]。

2 需风量计算与新增巷道参数确定

对于新风井投运的通风系统预测工作，首先需要确定矿井需风量与新增巷道的风阻值，在此基础上分别建立通风容易时期与通风困难时期智能通风设计系统进行预测研究[3-4]。

2.1 新增巷道参数确定

由于新通风系统暂未形成，无法进行通风阻力测定，矿井各盘区大巷支护形式、巷道断面积基本一致，新设计巷道参数参考典型巷道风阻值进行了确定[5]，确定结果见表1.在此基础上分别建立了古城煤矿通风容易时期与通风困难时期系统预测模型[6]。

2.2 容易时期通风系统预测

2.2.1 风量分配分析

1) 生产布置及用风地点配风量。北二采区：布置3个掘进工作面，分别为N2323掘进面辅助运输巷(2 400 m3/min)、N2321掘进面胶带输送机巷(2 400 m3/min)、西翼辅助运输大巷岩巷掘进(1 200 m3/min)。布置3个工作面，分别为N2315回采工作面(3 600 m3/min)、N2317备用工作面(2 400 m3/min)、N2319备用工作面(2 400 m3/min)。

2) 通风容易时期仿真分析。根据以上采掘布置，为满足以上采掘生产要求，进行通风系统仿真。容易时期仿真系统布置如图1所示。

图1 通风容易时期仿真系统图

3) 通风系统阻力分析。鲍店风井投运后，对通风系统容易时期总阻力进行计算，总阻力为2 786 Pa，最大阻力路线在N2315采煤工作面。得到通风容易时期鲍店回风井参数：风量390 m3/s，阻力2 786 Pa，等积孔8.79 m2，功耗1 086.54 kW.

通风容易时期鲍店回风井总阻力为2 786 Pa，符合AQ1028-2006《煤矿井工开采通风技术条件》规定，经过计算矿井等积孔为8.79 m2，属于通风容易矿井。根据通风路线的长度，目前进风区、用风区通风路线长度分别为923 m、3 506 m和847 m，占总通风路线的比例分别为17.49%、66.45%和16.06%，容易时期用风区通风路线占比较高。

2.3 困难时期通风系统预测

2.3.1 风量分配分析

1) 生产布置及用风地点配风量。北四采区：布置5个掘进工作面，分别为N4315掘进面辅助运输巷(2 400 m3/min)、N4313掘进面胶带输送巷(2 400 m3/min)、西翼辅助运输大巷煤巷总掘(2 400 m3/min)、西翼胶带输送机大巷煤巷综掘(2 400 m3/min)、西翼进风大巷岩巷综掘(1 200 m3/min)。布置3个工作面，分别为N4307回采工作面(3 600 m3/min)、N4309备用工作面(2 400 m3/min)、N4311备用工作面(2 400 m3/min)。

2)通风困难时期仿真分析。根据以上采掘布置，为满足以上采掘生产要求，进行通风系统仿真。通风系统仿真系统布置如图2所示。

图2 通风困难时期仿真系统图

2.3.2 通风系统阻力分析

对鲍店风井投运后通风系统困难时期总阻力进行计算，总阻力为4 328 Pa，最大阻力路线在N4307回采工作面。

通风困难时期鲍店回风井总阻力为4 328 Pa，超过AQ1028-2006《煤矿井工开采通风技术条件》规定408 Pa.经过计算，矿井等积孔为10.49 m2，属于通风容易矿井。根据鲍店回风井最大阻力路线对进风区、用风区、回风区阻力大小及所占比例统计分析。最大阻力路线中进风区、用风区和回风区的阻力占比分别为43.35%、20.31%和36.34%，进风区消耗阻力明显偏大，由于通风路线过长，造成进风区和回风区阻力值过高，因此后续需要对进风区和回风区降阻。

根据通风路线的长度，目前进风区、用风区和回风区通风路线长度分别为3 941 m、2 398 m和4 187 m，占总通风路线的比例分别为37.44%、22.78%和39.78%，困难时期回风区通风路线占比较高。

在通风容易时期向通风困难时期过渡过程中，通风路线由5 276 m增加到10 526 m，系统需风量增加，总阻力呈平方关系增加，巷道维护量大，通风阻力大，通风安全管理困难。对于目前预测通风困难时期不能满足AQ1028-2006《煤矿井工开采通风技术条件》的规定这一问题[7]，为确保困难时期通风系统稳定，制定以下两个方案进行通风系统优化。

2.4 主要通风机参数确定

矿井的自然风压值确定，夏季的自然风压一般情况下反对主要通风机风压，hn是负值，矿井风量减少；冬季的自然风压一般情况帮助主要通风机运转，hn是正值，矿井风量增加[8]。

2.4.1 通风系统容易时期

1) 主要通风机风量。因有外部漏风，通过主要通风机的风量Qf1必大于矿井总风量Q1，则：

Qf1=1.05Q

=1.05×390

=409.50 m3/s

=24 570 m3/min

式中：Qf1为主要通风机风量；1.05为抽出式通风矿井的外部漏风系数；Q为矿井总风量，取390 m3/s.

2) 主要通风机装置静压。考虑矿井自然风压的作用，以及考虑通风机局部阻力损失100 Pa，则通风容易时期主要通风机装置静压(相当于通风机的全压)为：

h1=hr-hn+△h

=2 768+55+100

=2 923 Pa

式中：h1为通风机装置静压；hr为风机负压；hn为矿井自然风压；△h为局部阻力损失。

2.4.2 通风系统困难时期

因有外部漏风，通过主要通风机的风量Qf2必大于矿井总风量Q2。则：

Qf2=1.05Q

=1.05×580

=609.00 m3/s

=36 540 m3/min

式中：Qf2为主要通风机风量；1.05为抽出式通风矿井的外部漏风系数；Q为矿井总风量，取580 m3/s.

2) 主要通风机装置静压。考虑矿井自然风压的作用，以及考虑通风机局部阻力损失100 Pa，则通风容易时期主要通风机装置静压(相当于通风机的全压)为：

h1=hr-hn+△h

=4 382+55+100

=4 483 Pa

2.4.3 确定通风机装置静压

通风机风量、风压根据上面论证确定，电机功率输入功率等参数见表2.

所选风机需满足表2主要参数值要求，通风主要参数是指风量、风压，相应的电机能满足风机需要即可，电机功率按照正常使用进行计算得出。实际使用中如果风机效率偏低，则电机功率选择要偏大。

表2 预选主要通风机特征值

2.5 优化措施

1) 降低工作面设计需风量。根据AQ1024-2006《煤矿瓦斯抽采基本指标》的规定：回采工作面绝对瓦斯涌出量在大于100 m3/min时，工作面的瓦斯抽采率不应小于70%.目前，采煤工作面最大绝对瓦斯涌出量为138.0 m3/min，按照80%抽采率进行瓦斯抽采。经计算，抽采后采煤工作面风排瓦斯涌出量为27.6 m3/min.按照83%抽采率进行瓦斯抽采，抽采后采煤工作面风排瓦斯涌出量预计为23.46 m3/min，按采煤工作面瓦斯涌出量设计需风量为3 285 m3/min，经风速验算后符合要求。同时，设计备用工作面需风量为1 900 m3/min，其他需风地点设计风量保持不变。

方案模拟结果表明，当设计采煤工作面需风量为3 209 m3/min，备用工作面为1 900 m3/min时，总阻力为3 896 Pa，相较前文设计降低了432 Pa，后续需要加强工作面沿空留巷的维护。该方案可行，能够满足AQ1028-2006《煤矿井工开采通风技术条件》的规定，调试后采煤工作面仿真风量见图3.

图3 新施工并联回风大巷(m3/min)

2) 新施工一条并联回风大巷。在西翼回风大巷1的北侧新施工1条并联回风大巷，长度为3 069 m，断面积为24.8 m2.具体位置与仿真结果如4所示。

方案模拟结果表明，新施工并联回风大巷担负N4307采煤工作面回风任务，仿真风量为6 492 m3/min，此时通风困难时期总阻力为3 886 Pa，降阻能力低于方案一。但是一般来说，按掘进费用1万元/m计算，实施方案二将花费较高开拓巷道费用。该方案理论可行，但经济费用较高。

因此，选择方案一对通风困难时期进行降阻，方案实施后总阻力为3 896 Pa，鲍店回风立井总回风量为33 600 m3/min.

3 结 语

本文以古城煤矿通风系统为研究对象，通过对古城煤矿通风容易时期、困难时期系统进行预测分析，得出的主要研究结论如下：

1) 鲍店进、回风井投运后，经过通风容易时期与通风困难时期系统预测，仿真系统预测总阻力分别为2 786 Pa和4 328 Pa，其中通风困难时期阻力超过规定范围，需要加强工作面沿空留巷的维护，增加盘区回风巷道，根据生产衔接，保证鲍店风井能够满足生产要求。

2) 成功地建立古城煤矿矿井通风管理信息系统，使古城煤矿矿井通风管理更具有科学性、可靠性。

图4 新施工并联回风大巷(m3/min)