煤矿矿井通风降阻方案论证研究

韩院生

（潞安环能股份公司王庄煤矿，山西 长治 046031）

0 引 言

矿井通风阻力对煤矿通风系统具有重要意义,通风系统用以将新鲜风流输送到井下需风点，稀释井下的有毒有害气体以及粉尘的浓度，最大限度的保障井下安全，通风系统稳定运行时安全生产的重中之重[1]。

对肖家洼煤矿通风系统参数普查和通风阻力测试，通风阻力测定采用了以倾斜压差计法为主、精密气压计的基点法为辅的混合测试方法。建立肖家洼矿井通风智能分析系统，将矿井三维通风网络模型与矿井通风网络计算分析有效的结合起来，全面掌握矿井通风压能参数和通风系统阻力分布，以辅助通风和生产决策更好的协调矿井生产和开拓，确保矿井通风系统的最优化和安全稳定可靠运行，创造更好的经济和社会效益[2-4]。

1 矿井概况

肖家洼煤矿采用混合式开拓，现有主斜井、副斜井、回风斜井、进风斜井和回风立井5 个已建成的井筒。矿井实现了分区通风，8 号煤层和13 号煤层形成了独立通风系统，回风斜井风机负担11、12 采区，回风立井风机负担21、22 采区的通风任务。矿井通风方式方法为混合式通风，通风方法为机械抽出式，回风立井主要通风机型号：FBCDZ-8-No30/2×800，回风斜井主要通风机的型号：FBCDZ-10-No34/2×450。

2 煤矿测定结果及数据仿真

2.1 矿井风量测量结果

矿井风量是矿井通风系统的主要组成部分，也是肖家洼煤矿建立矿井智能分析系统的必要数据，故在此次对所有主要巷道的风量进行检测，其风井的结果见表1。当前肖家湾煤矿矿井有效风量为245.61 m3/s，矿井总进风量为276.70 m3/s，用风量占总风量比例计算即有效风量率为245.61/276.70×100%=88.76%，满足一般煤矿的有效风量率。

表1 风井风量汇总表

2.2 通风系统仿真

根据测试各回风井最大阻力路线，其测量结果及其三区通风阻力百分比见表2 和图1。整体分析，到目前为止该矿通风阻力分布较合理，除个别地段外，没有出现明显的高阻力段。因其用风区风量大、路线较长，致使回风区阻力和进风区阻力占比较大。

图1 三区分布比例

表2 三区阻力大小

等积孔计算公式：

式中：A为矿井等积孔，m2；Q为风井总回风量，m3/s；h为矿井通风阻力，Pa。

由公式（1）计算回风立井和回风斜井2 条测定路线的等积孔分别为4.47、2.57 m2。依据《矿井通风难易程度的分级标准》可判定肖家洼煤矿矿井通风难易程度为容易。

本次通风仿真采用的矿井通风智能分析系统（简称VentAnaly）是由煤炭科学研究总院自主开发的通风安全管理分析系统软件进行仿真模拟。系统建立矿井三维通风网络模型，通过实测参数建立数据库，可实现通风系统的数字化和科学化，然后通过一定的算法对风网数据进行处理、解算，使通风网络复杂的计算分析变得可视化、简单化和快捷化[5-6]。以肖家湾煤矿实际通风系统为基础，此次实际测量的通风参数与巷道的实测值、仿真计算值对比，主要巷道计算与实测误差：相对误差均不足5%，而对于测试的个别巷道相对误差大，但是绝对误差很小，且多为联络巷，其仿真结果可以满足生产需要。

2.3 通风系统测定分析

根据测定数据与结果分析可以发现目前矿井通风系统存在如下主要问题：

1）21 采区回风上山设有通风调节设施，如图2所示。21 采区回风上山为主要回风通道，在主要回风通道安装风门对整个采区并不能便捷、准确的调控各个综采工作面通风情况，对22 采区的回风系统也有不利因素，增大回风通道的阻力，造成资源的浪费，故应拆除21 采区回风上山的通风设施。

图2 21 采区回风上山通风设施

2）22 采区辅运下山底部设置有调节风门，调节风门安装在+500 进风石门掘进风机前，22 采区辅运下山为主要采区巷道，不应设置通风调节设施，对22 采区安全生产以及+500 进风石门的掘进通风存在一定的安全隐患。

3）根据通风阻力测定结果，其回风斜井负压偏大。风立井回风量为6 707 m3/min，阻力达到了2 686 Pa，根据“煤矿井工开采通风技术条件AQ1028-2006”规定，风量在5 000～10 000 m3/min时负压应小于2 500 Pa 的标准。回风斜井阻力累加如图3 所示，需对回风斜井路线进行降阻优化。

图3 回风斜井通风阻力累加图

3 矿井通风系统降阻优化改造研究

3.1 22 采区辅运下山通风调节设施改造

22 采区辅运下山底部的+500 处设置有调节风门，并且现设置在+500 井底车场进风石门掘进的局部通风机前。主要采区准备巷道不应设置通风调节设施，局部通风机一般应设置在全风压巷道，该通风设施不利于22 采区辅运下山和+500 石门掘进新鲜风流的输送。该通风设施主要功能是调控22 采区辅运下山的通风系统，以及阻碍+500 进风石门掘进时产生的污风发生逆流，由此不拆除调节风门，根据实际通风情况和软件仿真模拟的结论进行分析，考虑变更调节风门的布置位置。

根据VentAnaly 模拟的压能结果，其压能分析现状如图4 所示。目前在其+500 井底车场的22 采区回风下山末端和22 采区胶运下山末端压能比较接近，拆除该处通风调节设施后，风流不稳定，+500 井底车场易出现风流逆转现象，故只能更换该调节风门的位置不能拆除该风门。

图4 仿真压能分析图

综上所述，拆除22 采区辅运下山底部+500 处调节风门，在+500 井底车场的22 采区辅运下山与回风下山联巷处设置新风门。调节风门的位置调整如图5 所示。既保证+500 进风石门掘进面的安全通风，又能防止+500 井底车场发生逆流的安全事故。

图5 通风位置改造设计图

3.2 11 采区降阻方案

结合煤矿通风系统以及该矿实际情况，软件模拟的回风斜井负压为2 692 Pa，风量约为6 840 m3/min，并且为进一步增加12 采区的通风能力，考虑减小回风系统的阻力，实施降阻工程，增加风量，实现节能减排。根据实际测试和仿真系统模拟，综合分析回风斜井三区分布比率，回风斜井路线的阻力主要消耗在回风区间的11 采区回风下山，该区段消耗阻力达到约1 223 Pa，所占比率为45%。在11 采区回风下山段进行采区降阻措施是回风斜井阻力路线降阻优化的主要地点。

1）方案一的主要方案是扩大11 采区回风下山段的断面面积，减下该段巷道通风阻力系数，由此减少该巷道通风阻力。11 采区回风下山是阻力主要消耗区段，主要措施将11 采区回风断面面积由目前的16.52 m2（包含瓦斯管路）扩大到21.24 m2，断面积扩大约4.5 m2，其巷道施工总长度约1 475 m。

实施方案一以后，通过仿真系统结果见图6。回风斜井最大阻力路线的总阻力由2 686 Pa 降低到约2 200 Pa，其风量基本保持不变。该方法可以满足风井路线降阻要求，巷道扩大断面面积较大、巷道距离较长，致使该方案的施工量大，方案完成周期较长。

图6 方案一仿真结果对比图方案二

2）方案二主要措施是将11 采区胶运上山由进风巷道改造为回风巷道，11 采区由原来的两进一回的通风方式变为一进两回，11 采区胶运上山变为回风巷道将分担11 采区回风上山回风风量，缓解11采区回风上山通风阻力。

方案二的主要目的是将11 采区回风上山和11采区胶运上山都作为回风巷道，但在11 采区胶运上山和11 采区辅运山上之间有3 处联巷，实施方案二需要在每处联巷新建1 个风门，共需要新建3 个风门，防止11 采区辅运上山的新鲜风流与回风巷道直接串联。同时拆除11 采区胶运上山与11 采区回风上山联巷的2 处风门。通风设施改造设计见图7。

图7 通风位置改造设计图

方案实施后通过仿真系统结果分析，回风斜井通风阻力由2 692 Pa 降低到2 430 Pa，风量由6 840 m3/min 增加到约7 560 m3/min，增加了约700 m3/min风量。如果风量维持目前约6 840 m3/min 不变，总阻力降低为2 130 Pa，其回风斜井通风阻力模拟结果与回风立井通风阻力基本保持一致。方案二可以满足增风降阻要求，保持现矿井需风量可以大幅度降低回风斜井通风阻力；也可为以后扩大生产需增加风量时提供可靠的依据。总体分析，该方案对矿井现在以及未来实际的安全生产有合理的可操作性和可控性，可以达到降低通风阻力节能减排的目标，而且回风井的风机不需要进行调节，方案二保持风量不变的的仿真结果见图8。与方案一相比，方案二工程量小，易于施工，可操作性强，工期短等优势。

图8 方案二仿真结果图

4 结 语

综上所述，为保障矿井安全与可持续发展，参考本次肖家洼煤矿通风阻力测定的结果，纵观全矿的通风设施布置和通风系统现状，发现通风系统中2 处不合理的通风设施，针对其通风设施进行重新布置，进一步提高通风系统的可靠性。该矿回风斜井通风阻力偏大并进行降阻优化，对其降阻优化提出2 个可行性方案，方案的主要目的均是减少11 采区回风上山的通风阻力，对比分析2 个方案中风机工况点、效率及经济性等因素进行优选，方案二的优势较为明显，也更有益于本矿未来的安全生产。

此次通风阻力测定为肖家洼煤矿后续开采优化、通风智能化发展奠定基础。本文通过矿井风量、通风阻力测算和软件仿真，对肖家洼煤矿通风系统优化调整，确保了肖家洼煤矿通风系统安全、稳定的运行。并针对该矿现状提出了相对应的技术措施，降低通风耗费提高经济效益的同时，又为该矿后续安全生产提供了有力保障。