矿井通风系统优化改造及通风机选型

贾小鹏

（山西朔州山阴兰花口前煤业有限公司，山西 朔州 036900）

1 项目背景

通风系统能否正常持续运行是井下安全高效生产的关键影响因素[1-5]。口前煤矿通风方式为中央分列式。通风机的工作方式为机械抽出式。主斜井、副斜井进风，回风斜井回风，回风斜井已安装2台FBCDZ-8-No21B型矿用防爆对旋轴流式通风机，风机风量范围为48～107 m3/s，负压范围为670～2 600 Pa，1台工作，1台备用。配套YBFe-355S2-8型隔爆电动机，额定功率132 kW，额定电压380 V，额定转速740 r/min。根据矿井采掘规划，矿井布置“一采、一备、四个掘进工作面”时，经计算矿井总需风量为110 m3/s。目前主通风机额定风量为48～107 m3/s，不能满足矿井生产的需要，须重新更换矿井主通风机。矿井现回风斜井断面积为10.23 m2，总回风巷断面积为12.28 m2。《煤矿安全规程》第一百三十六条规定主要进、回风巷道风速不得超过8 m/s。回风斜井作为矿井的一个安全出口，风速不得超过8 m/s。根据该矿现有的回风斜井和总回风巷断面计算，回风斜井风速为10.75 m/s，总回风巷风速为8.96 m/s，风速超限，需进行井巷工程改造。

2 口前煤矿矿井通风现状

口前煤矿矿井通风方式为中央分列式。通风机的工作方式为机械抽出式。主斜井、副斜井进风，回风斜井回风。

主斜井：倾角22°，斜长300.6 m，直墙半圆拱形断面，净宽3.5 m，净高2.75 m，净断面积8.31 m2。

副斜井：倾角22°，斜长254.0 m，直墙半圆拱形断面，净宽3.8 m，净高3.5 m，净断面积11.75 m2。

回风斜井：倾角21°，斜长273.0 m，直墙半圆拱形断面，净宽3.5 m，净高3.3 m，净断面积10.23 m2。

回风斜井已安装2台FBCDZ-8-No21B型矿用防爆对旋轴流式通风机，风机风量范围为48～107 m3/s，负压范围为670～2 600 Pa，1台工作，1台备用。配套YBFe-355S2-8型隔爆电动机，额定功率132 kW，额定电压380 V，额定转速740 r/min。

主斜井进风量26 m3/s，副斜井进风量57 m3/s，回风斜井排风量87 m3/s。回风斜井断面较小，矿井通风阻力大。

综采工作面采用“U”形通风方式，运输顺槽进风，回风顺槽回风，掘进工作面采用压入式通风，用局部通风设备向掘进工作面输送空气的通风方式，选用FBD-NO6/30防爆对旋局部通风机两台，一用一备。

3 通风系统优化改造及方案比较

本次设计通风方式为中央分列式不变，更换现有主通风机，增大通风能力。对回风斜井和总回风巷进行卧底，增加通风断面，降低风速。本次通风系统改造分为地面与井下两部分工程。地面工程为更换主通风机，井下工程为井巷工程改造，改造方案比较仅对井巷工程进行比较。

3.1 更换主通风机

本次设计对风井工业场地内原有两台主通风机进行更换，通风方式为中央分列式不变，更换现有主通风机，增大通风能力，矿井通风负压及通风能力均得到有效改善。

设计选用2台FBCDZ-8-№26B-2×355型对旋式轴流风机，一台工作，一台备用。风机风量范围为100～170 m3/s，负压范围为2 050～5 080 Pa，1台工作，1台备用；配套YBF系列8极隔爆电动机，电压10 kV，功率2×355 kW。

3.2 井巷工程改造

3.2.1 方案的提出

根据矿井采掘规划，矿井布置“一采、一备、四个掘进工作面”时，经计算矿井总需风量为110 m3/s，矿井现回风斜井断面积为10.23 m2，总回风巷断面积为12.28 m2。总回风巷和回风斜井井筒断面均不能满足通风需求，风速将超过规定允许的最大风速，需要对回风斜井和总回风巷进行井巷工程改造。

回风斜井为半圆拱断面，净高3.3 m，净宽3.5 m。设计对回风斜井进行卧底改造，增加通风断面，卧底后仍为半圆拱断面，净宽仍为3.5 m，净高变为5.3 m，卧底长度273 m。总回风巷断面不足，设计对总回风巷进行卧底改造。

针对总回风巷改造本次设计提出两个方案：

3.2.1.1 方案Ⅰ

启封密闭一段北回风巷作为井田北部四采区的回风巷，总回风巷以北的回采面回风经回风顺槽→回风大巷→北回风巷→总回风巷→回风斜井；总回风巷以南的回采面回风经回风顺槽→回风大巷（采区回风巷）→总回风巷→回风斜井。本方案除启封密闭北回风巷外还需对部分总回风巷进行改造。

1）总回风巷为半圆拱断面，净高3.5 m，净宽4 m。设计对总回风巷进行卧底改造，增加通风断面，卧底后仍为半圆拱断面，净宽仍为4 m，净高变为4 m，卧底长度30 m。

2）在总回风巷北侧，回风斜井南侧，启封密闭一段北回风巷，分担部分总回风巷通风。该段北回风巷断面与总回风巷相同，为半圆拱断面，净高3.5 m，净宽4 m，长度130 m。启封密闭后与总回风巷及回风大巷贯通。

3.2.1.2 方案Ⅱ

回采面回风经回风顺槽→回风大巷（采区回风巷）→总回风巷→回风斜井。本方案只对总回风巷进行改造。

总回风巷为半圆拱断面，净高3.5 m，净宽4 m。设计对总回风巷进行卧底改造，增加通风断面，卧底后仍为半圆拱断面，净宽仍为4 m，净高变为4 m，卧底长度170 m。

井巷工程改造前后对比见表1。

3.2.2 方案比选

1）通风系统改造井巷工程技术方面的比较，方案Ⅰ卧底工程量比方案Ⅱ少140 m，施工工期短，对生产影响相对较小。综合比较方案Ⅰ优于方案Ⅱ。

表1 井巷工程改造前后对比表

2）通风系统改造井巷工程经济方面的比较，方案Ⅰ总投资比方案Ⅱ投资节省68.64万元。

综合以上技术、经济比较，方案Ⅰ卧底工程量比方案Ⅱ少140 m，施工工期短，对生产影响相对较小，且经济上及其他方面也是合理的，故推荐方案Ⅰ作为本次设计的通风系统改造井巷工程方案。

4 通风机设备选型

根据《煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范》（AQ 1055—2018）第3.3.2.1条规定“进、出风井井口标高差在150 m以上或进、出风井井口标高相同但井深在400 m以上时，应计算矿井自然风压，本次设计不考虑自然风压，经计算矿井通风容易时期负压为814.94 Pa，通风困难时期负压为1 166.96 Pa，根据所需风量和负压对通风机进行选型计算如下：

4.1 设计依据

矿井风量110 m3/s；通风容易时期负压814.94 Pa；通风困难时期负压1 166.96 Pa；风井井口海拔高度为风井标高+1 557.245 m。

4.2 通风设备选型计算

4.2.1 风机所需风量及负压的最终确定

根据矿井服务年限，考虑到海拔高度影响及风机能力富余量，最终经计算的风机所需风量及负压为：Q=115.5 m3/s，容易时期负压Hmin=1 157.03 Pa，困难时期负压Hmax=1 558.33 Pa。

根据以上计算，选用FBCDZ-8-№26B-2×355型煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流通风机两台，风量范围66～190 m2/s，静压范围254～3 820 Pa，配套电机功率2×355 kW。

4.2.2 风机工况点的确定

矿井通风网络阻力系数[2]：

矿井在容易时期和困难时期通风网络特性曲线方程分别为[5]：

选用2台FBCDZ-8-№26B-2×355型对旋轴流式风机，采用变频频率为40 Hz，用描点法在风机的性能曲线图上绘出容易与困难时期的网络特性曲线，即得工况点M1、M2两点，见下页图1，风机工况点如下：

M1点：QM1＝126.7 m3/s，HM1＝1 392.3 Pa，ηM1＝76%，叶片安装角度49°/41°。

M2点：QM2＝119.0 m3/s，HM2＝1 654.2 Pa，ηM2＝82%，叶片安装角度49°/41°。

图1 FBCDZ-8-№26B型频率40 Hz风机特性曲线图

FBCDZ-8-№26B-2×355型风机电机功率N：

式中：K为电动机容量系数，取1.15；ηc为传动效率，取0.98。

根据以上计算，选用YBF系列8极隔爆电动机，其功率2×355 kW，转速n=740 r/min，电压10 kV。

最大设计风量和负压的工况点轮叶安装角度比设备允许范围小5°，工况点风压小于风机性能曲线最大风压的90%，满足规范要求，通风机处于稳定运行区，效率不低于60%，符合要求。

5 结论

1）根据对口前煤矿矿井通风系统现状的分析及方案比选，确定了总回风巷改造设计采用施工工期短且工程经济的方案Ⅰ。

2）选用2台FBCDZ-8-№26B-2×355型对旋轴流式风机，可以满足通风功率的要求，通过矿井通防的优化设计，满足了工作面的痛风需求，为矿井安全生产奠定了坚实的基础。