矿井通风系统的优化及关键设备的选型

张剑波

（阳煤寺家庄有限责任公司防突队， 山西 昔阳 045300）

引言

煤炭安全生产一直都是备受关注的问题，煤矿安全生产是保证其产量的基础。影响煤矿安全生产的主要因素包括有煤层中蕴藏的瓦斯、地下水以及综采设备是否可靠等，为确保煤矿安全生产需针对性地采取防范措施。其中，针对综采工作面煤层中蕴藏的瓦斯，主要通过矿井通风系统降低工作面的瓦斯浓度[1]。矿井通风系统作为矿井生产系统的重要组成部分，其性能的优劣性直接决定其瓦斯、粉尘浓度是否符合《煤炭安全规程》的相关标准要求。因此，需建立合理、完善的矿井通风系统为煤矿的安全生产提供保障。鉴于某煤矿年代久远，需对其矿井通风系统进行优化并完成其关键设备的选型。

1 通风现状

目前，该矿井所采用的通风方式为中央并列式，其通风路径为：主井、副井进风，西风井回风的路径。当前某矿通风系统所存在的问题总结如下：

1）随着工作面的深入，通风路线不断加长，导致其风阻增大；

2）该矿的年代相对久远，其设计初期的设备相对老化，效率低，其通风量无法满足实际生产的需求；

3）鉴于该矿井煤层特点，其同时参与工作的掘进工作面的数量较多，导致各个掘进工作面的通风量较小[2]；

通过验算可得，以该矿井现有的通风系统仅可维持年产值120 万t 的生产需求。但是，该矿的年规划产值为210 万t。因此，急需对综采工作面现有的通风系统进行优化设计。

2 矿井通风系统的优化

2.1 矿井通风系统优化方案的设计

基于对当前矿井通风系统现状研究的基础，设计如下四种通风系统的改造方案。具体阐述如下：

改造方案一：维持当前通风系统设计不变的基础上，仅更换通风系统的关键设备通风机。具体操作为：将当前通风系统的G4-7328D/400 的两台通风机更换为通风量更大的FCBD29/630 对旋式轴流通风机。为实现通风系统的节能生产，改造后的通风机采用变频调速系统，使其能够根据通风需求控制通风机电机的转速得到所需的通风量[3]。

改造方案二：在当前通风方式的基础上，新增一个回风井。其中，新增回风井主要服务于4 号、6 号煤层的开采；原西回风井服务于3 号、5 号煤层的开采。将原先的中央并列式通风方式该为混合式通风方式。

改造方案三：在矿井东西两侧各新增一个回风井，实现两侧对角式通风。具体实施为：在矿井西侧6号煤层附近新增一个回风井，主要服务于4 号、6 号煤层的开采；在矿井东侧5 号煤层附近新增一个回风立井，服务于3 号、5 号煤层的开采。将原有的中央并列式通风方式优化为对角式通风方式。

改造方案四：新增辅助通风系统。根据《煤炭安全规程》的相关规定，当工作面的通风量不足时可适当增加辅助通风机。针对该矿情况，在矿井西侧6 号煤层、东侧5 号煤层新增辅助通风系统，并为其配置4 台辅助通风机，从而解决通风线路长、风阻大的问题。但是，矿井的通风方式保持不变[4]。

2.2 通风系统优化方案的确定

根据矿井实际情况，提出四种通风系统优化方案。现将四种优化方案的优劣势对比如下：

1）方案一与其他改造方案对比具有工程量小、工期短的特点。但是，基于改造方案一随着工作面的深入，其通风阻力不断增大，虽然更换了功率较大的通风机。但是，经换算可知通风困难时期其效率仅为94%，且耗电量很大。

2）方案二新增回风井可有效增加回风巷道的距离，从而减小风阻。经计算，方案二的矿井在困难时期的风阻比方案一小320 MPa。缺点在于：改造方案二的工程量大、工期长，且通风方式由并列式通风更改为混合式通风，在后期的管理相对复杂。

3）方案三在矿井东西侧各新增一个回风立井，其在缩短回风巷道距离的同时，大大降低了矿井在困难时期的风阻，具体值约为980 MPa。此外，基于方案三改造完成后新增了矿井的安全出口，确保矿井风压相对稳定[5]。但是，方案三的工程量更大、工期更长。

4）基于方案四中的辅助通风机可实现对巷道中风压的平衡，在不增加矿井巷道风压的基础上实现工作面风量的增加。但是，方案四需要较为严格的管理模式，容易导致与辅助风机并联风路中风量不足。

综上所述，方案一具有相同工程量下工期短的明显优势；方案四尽管能够增加巷道的风量，但是其仍无法满足将来210 万t/d 的工作需求。为进一步甄选出较为合适的优化方案，本文对前三种方案的改造成本进行对比分析。对比结果如表1 所示。

表1 三种方案改造成本分析 万元

综上所述，从技术、经济、安全以及管理等方面对比分析，方案一为最优方案。

3 矿井通风系统关键设备的选型

方案一的关键是为矿井通风系统匹配最佳的通风机。因此，根据相关计算得出通风机的型号和规格。

3.1 选型依据

方案一仅对通风机进行选型，其基础通风方式未改变。因此，通风机的选型依据为：通风方式为中央并列式通风方式，其中主、副斜井进风，回风斜井回风。

经前期测算，该矿井在实际生产中所需的风量为135m3/s；在通风困难时期矿井巷道的负压为4163.2Pa、通风容易时期矿井巷道的负压为3 597.2 Pa。

3.2 通风设备的选型确定

考虑通风系统在实际通风过程中的漏风损失和阻力损失后，要求通风机风量满足如下要求：

通风机风量为135 m3/s×1.05=141.75 m3/s；

基于对通风机风量的计算，并对通风机相关产品的选型对比，拟采用方案一中通风机的型号为FCBD29/630 对旋式轴流通风机。安装两台，其中一台工作，另一台为备用。

4 结语

通风系统作为保证综采工作面巷道瓦斯、粉尘浓度满足《煤炭安全规程》相关标准的措施之一，其性能优劣直接决定工作面生产的安全性。对于年代久远的矿井而言，随着巷道的推进，出现通风量不足、设备老化等问题。因此，需根据矿井实际情况对其通风系统进行优化，以确保其满足实际生产需求。