顾桥煤矿通风系统优化及改造方案

窦怡飞 徐旭昭 高明松

（煤炭工业合肥设计研究院有限责任公司，安徽 合肥 230041）

1 矿井通风系统概况

矿井采取分区式通风，全井田划分为中央区、南区和东区共3个通风分区，目前中央区和南区在生产，东区正在开拓。

中央区工业场地内设有主井、副井、深部进风井和中央回风井4个井筒；南区场地内设有南区进风井和南区回风井；东区场地设有东进风井和东回风井。

中央回风井主要承担北一采区、北二采区和南一采区回风任务；东回风井主要承担东一（1）、东一（2）、东一（3）、东一（5）采区回风任务；南区回风井主要承担南二、南三和东二采区回风任务。

中央区维持2个工作面回采，目前北一下采区和北二采区均有1个综采工作面，未来几年中央区将重点开采北二采区，根据矿井生产接替计划，未来北二采区将出现2个综采工作面同采的情况。目前，北二采区风量8400m3/min左右，无法满足二个回采工作面同时生产的用风需要，且北二采区通风距离较长，因此无法通过在其他采区采取增阻调节的方式实现风量增加。

2 通风系统现状模拟

2.1 模拟解算参数选取

根据矿方提供的资料，模拟时的井巷阻力系数选取主要参考本矿井的通风阻力测定资料。为准确了解部分巷道的阻力分布情况，采取现场实测方式对井下部分巷道进行了阻力测定，作为解算的基础参数。

掘进工作面及主要机电硐室用风作为固定风量参与解算，现状模拟时各采区总风量保证与现状基本一致，以保证模拟结果尽量与矿井实际通风情况吻合[1]。

2.2 通风系统现状模拟结果

现状模拟时以目前通风系统实际风量为标准，由于南区与中央区仅有一条进风巷联系，且本次通风系统优化改造不设计涉及到南区，为简化模拟工作，本次模拟南区不参与模拟。

参照通风阻力测定结果进行网络模拟解算，经过多次网络解算和调整，使得模拟结果与矿井通风系统的实际情况基本吻合。

模拟结果，矿井中央区总进风量29640m3/min，中央风井总回风量21840m3/min、通风阻力3097Pa，东风井总回风量6600m3/min、通风阻力1529Pa；其中中央区通过-780m南翼主胶带机巷向南区进风1200m3/min。

2.3 模拟结果分析

根据模拟解算结果，最大阻力路线为北二采区，其进风段、用风段及回风段的阻力分布见表1，各段阻力分布柱状图见图1。

表1 北二采区现状模拟结果

图1 各段阻力分布柱状图

从模拟结果的通风阻力分布看，北二采区路线的总进风段、采区进风段和采区用风段的占总阻力的比重都比较小，百米阻力也小于全矿井的百米阻力[2]。

而总回风段、采区回风段占总阻力的比重达到了65.8%，要达到降低矿井通风阻力的目的，总回风段和采区回风段是改造的重点。

特别是采区回风段，虽然不是百米阻力最大的区段，但因为其距离较长，其占总阻力的比重达到了42.4%，是通风系统优化的重中之重。

3 通风系统优化改造方案及其模拟分析

3.1 通风系统改造方案

降低总回风段的阻力，较可行的方案是降低总风量；采区回风段阻力大主要是由于巷道变形严重，通风断面不足造成，可采取扩刷巷道及增加并联回风巷道的方式来增加通风断面，降低通风阻力。

3.1.1 将北一11-2下山采区调整由东风井回风

北一11-2下山采区与东风井系统现已贯通，将北一11-2下山采区回风改由东风井承担，可降低中央风井承担的风量，达到降低总回风段通风阻力的目的。

实施方案：将北一11-2下煤层回风下山（一）和北一11-2下煤层回风下山（二）在-880m辅助水平以上用密闭墙进行隔断；调整采区下部的通风设施，通过北一下山瓦斯治理排矸通道将北一11-2下山采区的回风引入东翼采区11-2轨道上山，再由东风井排至地面。

3.1.2 增加北二采区回风断面

3.1 .2.1 在北二采区与北二采区三条煤层回风大巷间，增加一条北二13-1底板回风大巷并联的回风巷 岩巷，长度600m，断面18m2）。

3.1.2.2 扩刷北二采区现有回风巷：将北二回风一联巷段扩刷至20m2，长度415m；北二13-1煤层回风大巷刷大至20m2，扩刷总长度2800m；因北二11-2煤层回风大巷由于有淋水等原因扩刷难度较大，不进行改造。

3.1.2.3 增加一条13-1底板岩石回风大巷与目前北二的三条煤层回风大巷并联回风，巷道净断面18m2，长度2250m。

3.2 通风系统改造的效果

将北一11-2下山采区的回风调整为由东风井回风，对二条北二采区13-1煤层回风大巷的断面刷大，增加一条北二13-1底板回风大巷的并联回风巷及一条与三条北二煤层回风大巷并联的13-1底板岩石回风大巷，改造后经过通风网络模拟解算，北二采区供风量增加到12000m3/min（此时中央风井总风量20880m3/min），中央风井系统通风阻力3118Pa；综合分析，通风设备及网络能够满足要求[3]。

根据模拟解算结果，最大阻力路线为北二采区工作面，其进风段、用分段及回风段的阻力分布见表2。各段阻力分布柱状图见图2。

表2 改造后北二采区阻力分布模拟结果

图2 各段阻力分布柱状图

从改造后模拟结果的通风阻力分布看，各区段阻力所占比重较为均衡，分布较为合理。北二采区最大阻力路线的采区回风段占总阻力的比重大大降低（由42.4 %降至22.1 %），由此可知，对采区回风巷进行改造后取得了较好的效果。根据模拟结果综合分析可知，保证采区回风段的总回风巷道断面是关键所在 模拟解算时北二采区三条煤层回风大巷及新增岩石回风大巷平均总断面为56m2）。

北一13-1下山采区轨道斜石门在-780m排矸通道上段（断面15.5 m2，长度120m）存在局部风速超限达到9.1 m/s），因为该巷道承担了北二采区大部分的风量及部分北一13-1下山采区风量，北二采区风量增加后造成该段风速过大。

3.3 风机叶片调整的潜力分析

中央风井安装2台ANN-3800/2000B型轴流式风机，配备4000kW电动机；目前运行风机叶片角度46°（该型号风机最大叶片角度为55°），风量21898m3/min，负压3060Pa。

因无完整的实测风机性能曲线，本次采用风机出厂特性曲线，对风机目前实际运行工况点及改造后模拟工况点进行比较。从工况点可以看出，目前的叶片安装角度也已经接近极限，且根据矿方实际运行的经验，当风机负压超过3300Pa后，风机运行已出现不稳定的现象。所以，通过调整叶片安装角度增加风量的潜力不大。

通过风机特性曲线可以看出，风机能够满足改造后的用风需求，与目前工况点相比，变化不大，风机角度微调即可。

3.4 提高通风系统可靠性的措施

由于中央风井和东风井风机的运行负压差距较大（1500Pa左右），实际生产中要加强通风设施管理，保证通风系统稳定可靠。主要措施包括：

（1）对在北一11-2采区的两条回风下山的上、下端均进行密闭，并确保密闭质量。

（2）设置风门连锁，加强东风井系统的通风设施管理。

（3）加强对通风设备、设施及通风参数的监控。

4 结论

根据矿井通风系统优化及改造后的模拟结果分析可知，通过本次方案有效解决了北二采区二个回采工作面同采时的供风能力不足问题。矿方应合理安排采掘接替，尽量避免采掘工作面过于集中，造成风井系统的不均衡。