高庄煤矿通风系统优化与实践

张 超，邱 晗，范 韬

(1.山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地，山东 青岛 266590;2.山东科技大学 矿业与安全工程学院，山东 青岛 266590;3.青岛保税港区安全生产监督管理局，山东 青岛 266555)

通风系统是由向井下各作业地点供给新鲜空气、排除污浊空气的通风网络和通风动力及通风控制设施等构成的工程体系。矿井通风系统与井下各作业点相联系，对矿井通风安全状况具有全局影响，是矿井防尘、防火、防瓦斯的基础工程。

高庄煤矿矿井于2000 年开始进行改扩建，生产能力由90 万t/a 的全水力采煤扩大为180 万t/a 的混合式采煤。近年来，随着矿井生产能力的提高，矿井产量不断提升的同时，需风量也随之增加。但目前矿井通风系统存在着风路折返性强、通风阻力大等问题，导致矿井实际风量无法满足生产需求，严重影响了矿井的安全生产及职工的健康。因此，高庄煤矿通风系统亟需进一步的改造和优化。

1 通风状况的技术参数校核

首先针对矿井通风阻力、风机性能等基本参数进行测算校核，进而对矿井的有效风量及漏风通道进行测定分析，以此为基础进行矿井通风系统优化方案的设计。为确保技术参数的准确性，测试地点选择风流路线长、用风场所多、风流量大的3上510 采煤工作面。

1.1 矿井通风阻力测定

将矿井通风系统按进风段、用风段、回风段划分后，分别进行累计计算，便可得到矿井通风系统的阻力分布情况，见表1.

表1 矿井通风阻力分布表

由表1 可知，回风段通风阻力为889 Pa，占矿井总通风阻力的49%，是矿井高阻区段，其余各井巷分配的风量大小较合理，风流较稳定，通风网络中的通风阻力分配合理且与风量相匹配，用风地点的风量可以满足生产要求。

1.2 矿井通风机性能测定

根据矿井通风系统优化的实际需要，测定矿井通风机在一定转速或叶片安装角度下实际运行的个体特性数据。由于采集的数据过多，因此，将数据整理为图形，见图1，图2.

由图1，2 分析可得出以下结论:

图1 北台风机试验数据和计算结果综合图

图2 南台风机试验数据和计算结果综合图

1)矿井正常通风情况下，北台风机风量均值为142.6 m3/s，风压均值为1 725 Pa;南台风机风量均值为142.1 m3/s，风压均值为1 618 Pa. 结合图1，2 分析运行工况点位于通风机特性曲线驼峰点的右下侧、单调下降的直线段上，且实际工作风压小于通风机最大额定风压的90%，这说明风机处于安全运行状态。

2)矿井正常通风情况下，北台风机的效率为66.3%，南台风机的效率为72.66%，均大于60%.这说明通风机运行效果较好，处于经济的运行状态。

1.3 矿井有效风量与漏风通道的测定与分析

在掌握了矿井总进风量和实际回风量的基础上，进行矿井有效风量的测算及漏风通道的测定分析，从而计算矿井的外部漏风率和有效风量率。矿井通风系统主要技术参数见表2.

表2 矿井通风系统主要技术参数汇总表

通过测定和计算可以看出，内部漏风量为940 m3/min，占总漏风量的76.3%. 分析其原因是矿井为中央并列式通风，系统比较复杂，通风设施多，风门、密闭不很严密。外部漏风量大的原因是主井提升兼回风，井塔及井塔风门漏风较大。矿井外部漏风率较大，有效风量率低，分析原因在于:矿井风硐断面小，仅为6.9 m2，巷道阻力大，造成风硐风速超限为21 m/s.因此，必须扩大风硐断面，降低风硐风速。

2 通风系统改造方案拟定

由参数校核可知，高庄煤矿通风系统存在的问题主要是由风硐设计不合理造成的，因此对高庄煤矿的风硐进行合理改造。

2.1 风硐改造设计

为解决风硐风速超限，须采取增大风硐断面的方案，初步确定了3 个方案:

1)将风井主锁口加高，新建钢风道通过钢架跨越原风道上部的栈桥，在风机房外侧下拐与原风道相连。在加高的锁口一侧设置防爆盖。

2)在原风道的上方新建一风道与原风道并联，新风道底与老风道顶相邻，新旧风道在风机房以外相连。风井锁口相应加高，在其上部增设防爆盖。

3)在原风硐上直接刷大断面，达到所需断面，重新支护完整。

2.2 方案比较

对以上3 种方案的优、缺点进行对比:

1)方案1 优点:该方案实施后，不影响该处的道路畅通。缺点:工作量大，由于采用钢风道，投资较大、技术难度大、施工难度大、周期长，对矿井生产影响较大。

2)方案2 优点:该方案工程量小、投资少、施工方便、施工周期短，对矿井生产影响最小，将所有工程完成后再开凿新旧风硐的连接口，可在较短的时间内完成。该方案不足之处是将道路截断。

3)方案3 优点:能够达到预期的效果。缺点:施工期间矿井必须全面停产，影响生产时间很长。

清除旧风硐上的浮土，用旧风硐的钢筋混凝土的顶作底，重新用钢筋混凝土筑建并联风硐，新风硐宽3.4 m，高2.1 m，净断面为7.1 m2，新风硐一端与风井的井口房相连，另一端在旧风硐顶入口处切开2 m×2 m 的切口连接。

为保证风硐顺利合茬，在风硐切口两侧留2个可进出设备和材料的小门。使用2 台液压混凝土切割锯同时对两口切割，每个岔口切割为3 块，每块重量约为1. 5 t，切下的水泥块通过小门转出，施工完毕清理结束后，两处小门用混凝土浇筑严实。

3 风硐改造后效果分析

风井和风硐改造后，对井下及主扇风机有关参数进行了测定，结果见表3，表4 和表5.

表3 改造前后矿井风量漏风率测算结果表

表3 中数据说明:

1)矿井总进风量由改造前7 400 m3/min 增加为7 797 m3/min，增加风量397 m3/min.

2)风井提升设备及管道拆除，增设防爆盖后，矿井外部漏风由原来1 066 m3/min，降减为292 m3/min，减少外部漏风774 m3/min，漏风率3.43%，符合《煤矿安全规程》要求。

表4 主扇电器有关参数变化情况表

表5 改造前后风硐有关参数变化情况表

3) 主扇排风量由原8 886 m3/min 降为8 515 m3/min，降低371 m3/min.

由表4 可以看出，风井风硐改造后，矿井负压降低了60 Pa，主扇风机电机功率降低了18 kW，电耗每年可降低15.8 万kWh，效果良好。

表5 中数据说明:

1)改造后风硐风速由原来的21.5 m/s 降为10.2 m/s，满足《煤矿安全规程》不超过15 m/s 的要求，解决了风硐风速超限问题。

2)改造后风硐断面由原6.9 m2增加为14 m2，扩大断面1 倍以上。

3)风硐风阻值降为0.001 Ns2/m8，风硐阻力由原102 Pa 降为70 Pa，降低32 Pa.

4 结 论

通过对高庄煤矿矿井风硐的优化改造，成功解决了矿井总进风量不足，外部漏风严重以及风硐风速超限、风硐风阻过大等问题，提高了矿井通风系统的稳定性，保障了煤矿的安全生产。

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