基于风阻对通风系统的优化

李 巍

（西山煤电马兰矿通风区通风二队，山西 古交 030205）

一直以来，煤矿安全生产备受企业和操作人员的关注。瓦斯超标、透水事故、机械故障等均是威胁煤矿安全生产的因素；其中，瓦斯超标极易导致综采工作面发生爆炸事故，危害巨大。在实际生产中，通常主要采用两项举措保证工作面的瓦斯浓度满足《煤炭安全规程》的具体指标，其为瓦斯治理和有效的通风系统[1]。但是，随着工作面的推进，工作面瓦斯的涌出量存在增大的情况，而且还表现为通风阻力增大、风量不足等问题，为保证生产的安全性需要对原通风系统进行优化[1]。本文将结合实际生产对综采工作面通风系统进行优化，并对多个优化方案进行对比。具体阐述如下：

1 工程概述

济宁一号矿井设计生产能力为8 Mt/a，该矿井采用综合开采方式生产，配套有斜井和立井。鉴于该矿井属于高瓦斯矿井，尤其得保证综采工作面的通风效率，避免瓦斯爆炸事故发生。目前，综采工作面在水平穿口和回风联巷中分别配套有一台通风机，通风机的具体型号为K45-6-No19 型。

为了充分掌握该矿井的通风现状，需要对其通风风量、风阻等参数进行测定，根据煤矿通风系统的实际情况及巷道的布置情况，重点对该矿井一采区和三采区的阻力进行测定，并分为进风段、回风段和用风段，测定结果如表1 所示：

表1 煤矿各测段通风风量及阻力的测定结果

分析表1 中通风阻力的测定结果可知，该煤矿一采区用风段的阻力值较小，会导致该区域在正常生产过程中存在需风量大于供风量的情况；同时，在三采区的回风段的通风阻力相对较大，从而造成了三采区风能的浪费。

2 通风系统的优化

结合煤矿实际生产需求，一采区的主要用风地点包括有正在生产的两个综采工作面、10103 回顺掘进和运顺掘进、回风下山掘进、皮带下山掘进、轨道下山掘进、炸药库、充电硐室、井下变电所等；三采区的主要用风地点包括有30304 采煤工作面、35203 运顺掘进、35203 回顺掘进、30305 运顺掘进、消防硐室以及井下变电所等。

参照《矿井风量计算方法》得出，该煤矿一采区所需的进风量为5 592 m3/min，三采区的所需进风量为2 754 m3/min。两个采区的进风总量为8 346 m3/min；考虑1.1 倍的余量系数，为两采区所配套的通风机的风量为9 181 m3/min。

2.1 通风系统优化方案

2.1.1 通风系统优化方案一

结合该煤矿量采区的风阻测定和风量计算结果，对该煤矿通风系统优化方案一的总思路为：保持两个采区进风井和回风井不变的基础上，实现“三进两回”的通风方式[2]，采取如下措施对当前通风系统进行优化：

1）通过永久风门将相邻联络巷隔断，从而实现了相邻联络巷风流的阻断；

2）将运输顺槽掘进时用于回风的立眼进行封堵处理；

3）将综采工作面中的集中巷和回风顺槽通道打通，两个打通的巷道强化对综采工作面的通风能力。

4）密闭隔断两个采区集中回风巷联络巷，将30305运顺掘进巷该为用于三采区集中回巷。

基于优化方案一的通风系统网络如图1 所示：

图1 优化方案一的通风系统网络

2.1.2 通风系统优化方案二

结合该煤矿量采区的风阻测定和风量计算结果，对该煤矿通风系统优化方案二的总思路为：将三采区回风井变更为进风井，总体上采用“四进一回”的通风方式[3]，具体改造措施如下：

1）将三采区的回风井变更为进风井的基础上，对整个采区的通风线路进行改造，具体如下：新鲜风流通过进风平硐、回风平硐以及主斜井等通道达到综采工作面的各用风地点；用过的新鲜风流最终通过水平回巷排出。

2）针对一采区的供风需求，优化改造后主要通过轨道运输巷实现其功能。

3）针对三采区的回风需求，优化改造后主要通过回风巷实现其功能。

基于优化方案二的通风系统网络如图2 所示。

图2 优化方案二的通风系统网络

2.2 通风系统优化方案对比

两种优化方案的优劣势对比如表2 所示。

表2 通风系统优化方案优劣势对比

矿井两采区所配套通风机的风量要求>153 m3/s。根据方案一和方案二优化方案，对于方案一需要在一采区和三采区均配置通风机，而对于方案二仅在一采区配置通风机。其中，基于方案一中一采区配置通风机的风量为110m3/s，三采区配置通风机的风量为43 m3/s；基于方案二中一采区配置通风机的风量为153 m3/s。

根据矿井对两种优化方案下改造的通风系统通过测算软件对改造后的通风阻力等参数进行测算。测算结果如表3 所示。

表3 两种优化方案对应通风机工况点

如表3 所示，改造后两种优化改造方案所配套选型的通风机均可在其工况点稳定运行，通风能力满足煤矿生产的通风需求[4]。

但是，采用方案二通风机仅布置在一采区，其主通风巷道的通风压力较大，尤其是对于主回风巷经过测算可知在其回风巷内的通风风速为8.37 m/s；大于《煤炭安全规程》中规定要求巷道内的风流风速8 m/s。因此，为保证风速在合理范围之内，需要对主回风巷道进行拓宽，其开采成本较高；而对于方案一，仅需重新布置通风设施即可。因此，方案一比方案二成本低。

同时，方案二三采区的通风系统是借助一采区实现的，对后期煤矿的持续开采存在隐患；也就是说保留三采区独立通风是十分有必要的。

综上所述，选用方案一对该煤矿通风系统进行优化，结合实际工况设计的一采区和三采区通风机的运行参数如表4 所示：

表4 方案一通风机运行参数

2.3 优化方案实施效果评估

将优化方案一按照相关规范在煤矿中进行实施后，对其改造后的通风效果总结如下：

1）自该煤矿采用方案一进行改造后，煤矿所属的两个综采工作面的通风阻力均明显下降；同时，对应通风机的负荷也降低从而电能消耗也降低，每年节约电费11 万元。

2）矿井的通风能力明显增强，总进风量可达11 141 m3/min。

3）经核算可知，改造后一采区的等积孔面积为5.84 m2，三采区的等积孔面积为2.40 m2，整个矿井的通风难易程度为容易，对应的通风效率高达91.2%。

3 结语

通风系统是煤矿生产必不可少的分系统，随着工作面的不断推进和生产能力的不断提升，煤矿通风系统主要面临着风量不足、风阻增大等问题，影响着煤矿的安全生产[5]。因此，对煤矿通风系统的优化需结合实际生产进行。本文对济宁一号煤矿一采区和三采区的通风系统进行优化，不仅达到了节约通风机电能费用的目的，而且整个煤矿改造后的通风效率高达91.2%，通风能力得到明显提升。