矿井通风系统优化改造

张 标

(中煤平朔集团 井工一矿， 山西 朔州 036002)

矿井通风系统能够稀释、排除井下对人体有害的气体及矿尘，为煤矿井下工作者提供舒适良好的工作环境。合理的通风系统是矿井进行安全生产的重要保障。在投产初期，矿井用风地点较少，井下通风构筑物较少，通风线路较短，矿井通风系统较简单。随着矿井采掘范围的不断扩大，除采掘之外的井下用风地点(硐室、巷道)增加，通风系统的构筑物随之增加，通风系统日益复杂，工作面回采结束后部分工作面绕道、联巷封闭不及时，不仅增大了矿井通风系统管理难度，还增加了矿井需风量和通风功耗。平朔井工一矿通风系统复杂，管理难度大，为此对其进行优化改造，并对改造效果进行分析，以提高矿井通风系统可靠性，提高矿井抗灾能力。

1 矿井概况

平朔井工一矿井田位于平朔矿区中南部，其北侧为安家岭露天矿，矿井主要由安家岭露天矿的西排土场下的上窑采区和七里河西边的太西采区组成，行政区划隶属于山西省朔州区平鲁区，矿井交通运输条件十分便利。井田面积16.16 km2. 矿井核定生产能力为10.0 Mt/a，属现代化大型矿井。

平朔井工一矿采用斜-立井联合开拓方式，其中主斜井、副斜井、进风立井担负矿井进风任务，回风立井担负整个矿井的回风任务。矿井通风方式为中央并列式，通风方法为机械抽出式，回风立井安装2台FBCDZ No.34型主通风机，1用1备，风机配套电机额定功率为2×800 kW. 井下采用倾斜长壁放顶煤工艺开采方法。矿井范围内4号煤及9号煤均具有煤尘爆炸危险性，两煤层为Ⅱ类自燃煤层，矿井为低瓦斯矿井。

9号煤层为当前矿井主采煤层，4号煤层位于9号煤层上方，4号煤层多数区域已回采完毕，仍保留有很多巷道，通风系统较为复杂，两条主要进风路线分别为：主、副斜井→9号煤太西辅运大巷→9-4号煤辅运暗斜井→4号煤太西辅运大巷→4号煤太西各作业地点→4号煤太西回风巷→4号煤太西回风联巷→回风立井；进风立井→4号煤太西辅助进风巷→4号煤太西采区东翼辅运巷→4号煤太西辅运巷→4号煤太西各作业地点→4号煤太西回风巷→4号煤太西回风联巷→回风立井。

2 矿井通风参数测试

为了更加深入了解矿井通风系统，掌握矿井通风系统现状，理清矿井通风系统实际存在的问题，便于为矿井通风系统优化提供数据支持和参考，对平朔井工一矿开展矿井通风基础数据测试工作。

2.1 测试路线及测点布置

矿井通风基础数据测试工作首先是确定测试路线，测定路线要结合待测矿井的生产实际，一般是从进风井、井下辅助运输大巷(轨道大巷)，到达主要用风地点，然后经过采区回风巷和回风大巷达回风井，这条测试路线一般不包含通风设施，即整条测试路线一般不会通过风门、风窗或挡风墙。部分矿井通风构筑物设置不合理时，测试路线可能会通过风窗。测压点选择条件是由这些测压点构成的测试路线应能反映矿井巷道系统的实际状况，测压点应有准确的标高，两测压点之间不易太近，否则难以准确测定两测压点之间的阻力。井下测压点要按序进行编号标记。为了取得真实准确的测定数据，在上述测定路线的风流分岔点之前或后及产生局部阻力(局部阻力由涡流引起，一般出现在巷道断面突然变大或减小、巷道发生拐弯、巷道的分风点和汇风点等处)的地点前后均布置了测压点，风量测量位置一般选择在巷道支护完好、断面规整、前后无杂物、风流稳定的断面内。

结合平朔一矿井下生产布置情况和矿井通风系统实际情况确定了矿井通风基础数据测试路线和测试节点：副斜井→9号煤暗斜井→9号煤太西辅运大巷→9-4号煤暗斜井→太西4号煤辅运巷→14113工作面(已密闭)→太西4号煤回风巷→回风立井。

2.2 测定方法及测定仪器

该次通风基础数据测试采取气压计基点法进行。气压计基点法是准备两台数字式精密气压计，一台放在副井口监测地面大气压力波动情况及地面温湿度的变化情况，每5 min记录一次地面大气参数；另外一台随测试人员下井，结合预先布置好的测试路线及压力测点，逐一测试各节点的大气压力和干湿温度等空气参数。

测试所用仪表设备见表1.

2.3 通风基础数据测试结果

矿井风机房水柱计示数为1 390 Pa，通过计算可得到风硐或风机水柱计安设位置的动压为37.3 Pa，结合矿井通风基础数据计算该条测试路线上的矿井自然风压为31.3 Pa，理论计算矿井通风阻力为：

(1)

表1 通风基础数据测试使用仪器表

通过计算，矿井理论通风阻力为1 384.0 Pa.实测矿井通风阻力为1 333.5 Pa，结合实际需求，按照《数值修约规则》(GB 8170—87)修约为1 334 Pa. 测试过程中因受风门启闭、地表气压波动、井下胶轮车产生的活塞风等多重因素不同程度的影响，测试结果存在着一定不确定性，矿井通风系统阻力测定误差计算公式为：

(2)

式中，hr为实测矿井通风阻力，Pa.

由式(2)计算得到此次该矿井通风阻力实测误差为3.61%，相对误差<5%，测试数据准确可靠。

实测平朔井工一矿通风阻力1 334 Pa，矿井通风系统总回风为240.833 m3/s(14 450 m3/min)，矿井总风阻为0.023 000 N·s2/m8，等积孔为7.847 m2，所以，平朔井工一矿为通风容易矿井。

矿井通风系统三区通风距离比为51.87%∶25.44%∶22.69%，三区阻力比为42.15%∶20.96%∶36.89%. 矿井通风系统三区阻力分布见图1.

图1 通风系统三区阻力分布图

进风段及用风段巷道长度占比明显大于通风阻力比例；矿井回风段通风阻力占比显著大于通风距离占比。矿井阻力分布较为典型。造成矿井上述阻力分布的原因：

1) 矿井进风段巷道为矿井主要进风井、进风大巷等，为矿井主要辅运、行人巷道，此类巷道一般维护较好，无明显变形，与巷道设计断面相差不大。

2) 用风段巷道为采区进回风巷、回采工作面及进回风顺槽，巷道服务时间有限，矿井保护煤柱留设合理，采区进回风巷及工作面巷道维护较好，用风段巷道阻力相对较小。

3) 回风巷道行人较少，巷道发生变形后维护难度较大，且部分回风巷道存在积水、杂物堆积等情况。

3 通风系统优化改造

3.1 通风系统存在问题

1) 通风构筑物较多，管理难度大。除井下密闭外，矿井4号煤通风系统包含通风构筑物(主要指风门、风窗、调节风墙)36处，9号煤通风系统包含通风构筑物43处。

2) 较多的通风构筑物导致矿井内部漏风较大。进回风巷道间的构筑物产生了大量的矿井内部漏风，降低了矿井有效风量率，造成主通风机功耗不必要的损失。

3) 回风巷布置有电气设备。4号煤皮带大巷为回风巷道，巷道中布置有电气设备，存在安全隐患。

3.2 通风系统优化改造方案

结合矿井通风系统存在的问题，将4号煤皮带大巷调整为进风巷道，4号煤太西辅助运输巷为进风巷道，4号煤太西回风大巷为回风的“2进1回”的局部通风系统，同时将太西4号煤主运巷和太西4号煤回风巷间无用的联络巷进行密闭。矿井通风系统优化改造总计构筑密闭墙35道，调节墙2道，风桥2处。

4 改造效果分析

将4号煤皮带大巷由回风巷改为进风巷，同时将一些联络巷砌筑密闭或增设调节设施，得到如下效果：

1) 将上窑9号煤采区除水泵房外的其他巷道全部施工密闭，减少通风系统风门、风窗7处，降低巷道用风量950 m3/min.

2) 封闭太西4、9号煤库房，包括14108辅运巷、14108主运巷、14109主运巷、14109辅运巷、14110辅运巷、14110主运库房、19106主运巷、19108辅运巷、19108主运库房，减少通风系统风门、风窗9处，降低通风系统巷道用风量1 480 m3/min.

3) 上窑4号煤采区全部封闭，减少风门、风窗3处，降低通风系统巷道用风量510 m3/min，减少巷道防尘量1 085 m.

4) 在9号煤太西B段水仓、变电所及相应巷道施工风桥，使得两处用风地点实现独立通风，解决4号煤皮带大巷由回风巷改为进风巷后9号煤太西B段水仓、变电所的回风问题。

矿井通风系统优化后，减少风门、风窗19处，通风系统得到简化，矿井需风量降低2 940 m3/min，地面主要通风机运行频率由45 Hz降低为42 Hz，矿井总风量降低为211.167 m3/s(12 670 m3/min)，理论计算矿井通风阻力降至1 010 Pa，地面主要通风机实际运行功率减少120 kW. 此外，上窑9号煤采区减少排水点3处，减少通风系统巷道2 200 m，每年节约更换排水、防尘管路1 000 m；4号煤、9号煤太西采区共计减少矿井巷道防尘量4 944 m. 因通风系统改造矿井产生的经济效益可达321万元/年。

5 结 语

通过矿井通风基础数据测试结合矿井通风系统实际状况，发现矿井通风系统存在通风构筑物较多、管理难度大、漏风较大，4号煤皮带大巷机电设备处于回风环境中等问题，提出将4号煤皮带大巷由回风巷调整为进风巷，并对关联联巷进行密闭等，矿井通风系统优化改造施工密闭墙35道，调节墙2道，风桥2处。改造后，简化了矿井通风系统，减少了矿井需风量,降低了矿井通风阻力，矿井每年产生经济效益321万元。