矿井通风系统优化及主扇改造技术研究

＊冯 超

（1.山西环保能源开发股份有限公司 山西 046000 2.山西潞安化工集团五阳煤矿 山西 046000）

引言

矿井通风系统为矿井建设生产中的重要组成部分，随着采掘衔接向深部开采，通风系统路线变长，通风阻力加大，通风系统优化改造是保证矿井通风系统科学化管理的重要手段之一，通风系统优化将对通风系统现况下存在的问题进行改造升级，最终达到降阻优化并提供通风系统通风能力的结果。

1.矿井西风井通风系统概况及原主扇性能概述

矿井西风井通风系统概况：XX矿目前核定生产能力为400万吨/年，矿井通风系统为多风井系统，采用混合式通风方式。回风井有三个，分别为南风井、北风井和西风井，通风方法均为抽出式；进风井四个，分别为主斜井、副井1、副井2和南进风井。西风井主扇担负区域为二采区和五采区，未来二采区和五采区将布置七个回采工作面，分别为519工作面、520工作面、521工作面、522工作面、202工作面、206工作面和208工作面。

西风井主扇概述：西风井安装两台2K60-4№28型轴流式风机，承担着为二采区、五采区的生产供风任务，主扇安装叶片角度为36°，工况为：风压为2940Pa，主扇排风量为7200m3/min。

2.西风井通风阻力分布分析

西风井担负区域二采区路线和五采区路线通风阻力分布情况见图1。

图1 通风阻力分布图

由图1可知，回风区阻力偏高，阻力分布不合理。主要原因是由于回风区巷道断面较小。建议对二采区回风区、五采区回风区和西风井总回风区进行降阻优化。

3.西风井通风系统改造方案

(1)方案内容

3#轨道巷改为进风，5#进风巷调整为西风井回风巷，开掘二采区总回风巷，对西风井1#总回风巷和2#轨道巷进行扩断面改造，二采区回风经由二采区总回风巷、2#轨道巷、西风井总回风巷回至西风井。

(2)工程量汇总

①新开掘的二采区总回风巷断面按20m2锚网支护考虑；

②2#轨道巷扩断面至20m2（二采区回风），锚网支护；

③1#总回风巷均扩断面至20m2，锚网支护；

④五采区施工一条回风大巷，断面16m2，锚网支护；

⑤建议将原西进风井改造为西风井并联回风井来解决回风井风速超限问题。

4.西风井通风困难时期通风系统预测研究

西风井通风系统改造升级后，应尽可能考虑矿井可能存在的通风困难程度。根据二采区和五采区的开采范围及两者可能存在的时间关系，把西风井服务范围划分为以下三个假定的情况：

一是五采区正常回采，期间二采区备用，均配备掘进衔接工作面；

二是五采区和二采区共同回采，均配备掘进衔接工作面；

三是五采区回采结束，采区封闭，二采区回采。

(1)五采区正常回采，二采区备用通风系统预测分析

预测在五采区通风困难时期，521工作面回采，522工作面两顺槽掘进，在五采区正头考虑1000m3/min的不可预见风量（含备用或回收工作面风量），同时考虑一个采区变电所和一个材料硐室。

五采区通风系统依据五采区设计及五采区通风系统改造方案（施工专用回风巷回风）。

根据五采区通风系统预测，进行矿井通风网络模拟解算，主要结果见表1。

表1 矿井通风网络模拟解算

此阶段，存在的主要问题是1#回风巷和西风井井筒风速超限，其中1#回风巷风速达8.8m/s，西风井井筒风速达到18.3m/s。

(2)五采区和二采区共同回采通风系统预测分析

如果五采区工作面已经贯通形成系统，同时东周村搬迁在短时间内完成，则二采区工作面可具备回采条件，即与五采区存在同时回采的可能性。

根据上述假设，进行二采区与五采区工作面同时回采的可能性分析（仅从通风系统角度分析）。

目前，在二采区通风系统是由西进风井或南大巷通过3#皮带巷进风，经过3#轨道巷/皮带巷，通过二采区总回风巷（新掘）、1#回风巷和2#回风巷回至西风井，二采区回风与六采区回风通过六采区回风巷南端分区设施分开。

根据上述系统预测，进行两采区同时生产时的通风网络预测解算，主要结果见表2。

表2 回采通风系统预测分析

此阶段，存在的主要问题与前述相同，1#回风巷和西风井井筒风速超限，其中1#回风巷风速达9.8m/s，西风井井筒风速达到20.3m/s。

(3)五采区回采结束，采区封闭，二采区回采预测分析

从矿井底板等高线来看，二采区往西煤层埋深逐渐加深，参考临近601工作面瓦斯涌出量，煤层埋深，瓦斯含量逐渐加大，故推测二采区等工作面瓦斯涌出量会有增大趋势，在这种情况下，这几个工作面回采时配风量应参考601工作面配风，配风量应不低于2000m3/min，而从解算结果来看，在西风井主扇负压达到3920Pa时，524回采工作面风量只能达到1000m3/min，达不到需风要求，需要进行通风系统改造。

在东周村搬迁完成后，二采区回采工作面可具备生产条件，届时，二采区通风系统已经完成改造升级。

表3 回采区预测分析表

由上述解算结果可知，二采区系统改造后（各增加一条进、回风巷的情况下），二采区困难时期二采区布置“一采一备两掘进”情况下，回采工作面风量能达到1865m3/min。此时，1#回风巷风速为8.7m/s，西风井筒风速为17.9m/s。

5.西风井主扇改造方案

上述预测建立在东周村搬迁的假设基础之上。如果假设成立，根据上述通风系统预测，现主扇满足不了二采区正常生产时的排风能力需求，需要进行主扇改造和采区通风系统改造。

西风井通风系统改造升级后，应尽可能考虑矿井可能存在的通风困难程度。根据五采区和二采区的开采范按照上述分阶段用风点布置时，通过网络解算分析各时期主扇运行工况预测见图2。

图2 各时期主扇运行工况预测图

西风井主扇型号为2K60-4№28型，由于服务时间较长的原因，设备存在电机发热、配件难购等问题，如果对现有风机进行改造困难较大。根据以上不同阶段困难时期对西风井进行选型参数预测。确定AGF606-2.8-1.8-2型轴流式风机，配套电机功率1250kW×2，并配套变频调速装置。详见图3新主扇性能曲线图。

图3 新主扇性能曲线图

图3中黑色曲线为新主扇性能曲线，a曲线为现西风井主扇性能曲线，①②③点为上述各时期满足生产用风时的预测工况点，④点为现况下西风井主扇工况点。

从西风井新主扇性能曲线来看，性能曲线范围满足五采区及二采区正常生产时的工况需求。

6.结束语

（1）通过以上对比分析，西风井主扇改造后，配合井下通风系统改造，可以基本满足五采区及二采区生产用风需求。

（2）由于二采区通风距离长，通风困难，二采区通风路线必须改造。对于1#回风巷和西风井井筒超速的问题，必须进行改造降阻，同时通过加强二采区内部漏风管理，减少无效风量。

（3）单个主扇担负多采区通风任务时，主扇匹选型分析应结合矿井实际生产情况，确定未来通风困难时期，如果选择的困难时期不合理，将导致未来开采接替期间主扇风量不足，最终导致采掘失衡。

（4）本次研究充分考虑XX矿未来西风井担负区域各采区可能出现的采掘变化情况内，通过与原主扇的匹配性分析，确定原主扇性能无法满足未来全矿井通风需求；并根据本次研究结果确定了XX矿西风井新主扇型号，为西风井主扇改造提供了理论依据。