矿井通风系统的改造及其效果分析

豆小勤

(山西晋煤集团金明矿业有限责任公司，山西 晋城 048006)

引 言

“一通三防”是保证煤矿安全生产的核心。所谓“一通三防”指的是在有效通风系统的作用下对煤矿综采工作面中的煤尘、瓦斯以及火灾等事故起到预防作用，可见通风系统对于煤矿生产的作用性。但是，在实际生产中由于工作面的不断扩展，在设计初期设计的通风系统并不能够完全满足实际生产的需求，尤其对于衰减矿井而言必须要根据实际情况对通风系统进行改造，保障工作面生产的安全性[1]。本文着重对某衰减矿井通风系统进行改造，并对改造后的运行效果进行验证。

1 衰老矿井的界定及通风现状分析

1.1 衰老矿井的界定

所谓衰减矿井指的是其开采煤炭储量与其当前生产系统的能力需求不匹配，且其通风系统中的通风设备已出现老化、通风距离过长以及通风阻力大等问题的矿井。总的来说，衰减矿井的特征可总结归纳如下：

1) 矿井生产能力下降；2) 矿井生产的安全性较差；3) 矿井所配置的生产系统布局不合理；4) 矿井的竞争力弱等。

此外，针对衰老矿井，其通风系统存在通风路线过长对应通风阻力过大、所配置通风设备与通风能力不匹配以及存在较为严重的漏风现象等特点。

某矿井在设计初期的生产能力为1.5 Mt/a，剩余可采储量约为40 Mt，对应可开采年限小于10 年。结合衰老矿井的相关判定指标，确定该矿属于衰老矿井。

1.2 通风现状分析

目前，该矿井采用中央并列式通风，其对应进风口主要为主斜井和副立井两个，对应的回风井分别位于该矿井的东西两侧。随着工作面开采的不断进行及开采条件的日益复杂，导致当前通风条件和通风效果处于相对较差的状态，具体表现为：工作面通风段面积较小，导致通风过程中的阻力较大；在现有通风条件下东侧回风井和西风井存在严重的漏风现象，严重威胁着工作面的安全生产[2]。

因此，针对该矿井通风系统的改造旨在降低通风过程中的风阻，提高工作面风量的利用率，解决东、西两个回风井的漏风现象。对该矿井24501工作面的风量及风阻进行测量，风量测定结果如表1所示，风阻模拟如图1所示。

表1 24501工作面当前风量测定结果

图1 24501工作面各个风段的风阻现状值及标准值

经对表1和图1中的数据进行综合分析，可将24501工作面当前通风系统所存在的问题进行定量分析，具体总结如下：24501工作面通风阻力较大的位置主要集中于工作面的回风段，而进风段和用风段的阻力较小；且该工作面当前通风系统对应的总风阻大小为2.511 7 kPa，远大于《煤矿井工开采通风技术条件》中所规定的2 kPa。

2 通风系统改造方案的确定

根据24501工作面矿井通风系统现状综合分析的基础上并结合当前可采用改造方案的基础上，针对24501工作面特拟定如下3种改造方案：

方案一：在现有西回风井的基础上，将原东回风井进行封闭，并将东回风井原通风断面面积扩大为8 m2，并对应地将西风井通风机重新进行选型，保证其满足4 500 m3/min的通风要求；

方案二：在现有西回风井的基础上，将原东回风井进行封闭，东回风井原通风断面面积保持不变，并对应的将西风井通风机重新进行选型，保证其满足4 500 m3/min的通风要求；

方案三：将原通风系统对应的东、西两侧回风井均封闭，同时，将工作面中的皮带斜井作为新的回风井，原进风井依然为主斜井和副立井。即，将原“二井二回”的通风方式改进为“二进一回”。

上述三种通风改造方案的优缺点分析如下：

1) 方案一需对东回风井进行扩巷操作，其对应的工程量较大，该方案并未解决西回风井漏风现象严重的问题；但是，方案一将东回风井封闭，节省了东侧通风机运行的费用，降低能耗；

2) 方案二与方案一相比，并未对东回风井进行扩巷操作，在当前风量的条件下容易导致巷道内风速超过限值，从而增加工作面主通风机的能耗；

3) 方案三将东西两侧回风井均进行封闭，启用皮带斜井作为新的回风井，解决了原回风井漏风严重的现象；此外，采用一个回风井可有效降低工作面的能耗。此项改造方案仅需将原东西两回风井中对应的通风机搬至皮带斜井即可，工程量较小[3]。

因此，综合对比上述3种通风改造方案的优劣势，最终选择方案三为最佳改造方案。需要注意的是，基于方案三对现有通风系统进行改造需根据改造后的通风情况对通风设备进行重新选型。

3 改造方案的具体实施及效果评价

基于方案三对24501工作面通风系统进行改造，为保证改造后工作面通风系统的高效性需根据改造后工作面的通风情况对通风设备进行选型[4]。经数值模拟分析，对通风系统采用方案三进行改造后其通风条件如表2所示。

表2 改造后工作面通风条件

对改造后工作面矿井各个段的通风阻力进行测定，其对应阻力分别如下：工作面进风段的阻力值为431.89 Pa；工作面用风段的阻力值为532.08 Pa；工作面回风段的阻力值为888.03 Pa。

根据表2中改造后工作面的通风条件，为其配置新的通风机的型号为BDK-2-NO.20，并结合“一用一备”的原则为其配置2台通风机。该通风机的额定转速为940 r/min，配置防爆电机的额定功率为160 kW。

此外，针对该改造方案除了选择合适的通风机外,为保证工作面生产的安全性，还需将工作面的消防材料库、火药库以及变电站等移送至回风巷道内[5]。

对原通风系统进行改造后，整个工作面通风系统的布局更加合理、科学。经改造后，工作面通风阻力值由原2.511 7 kPa降低至1.940 kPa，满足《煤矿井工开采通风技术条件》中所规定的风阻小于2 kPa的要求。

4 结语

通风系统为矿井“肺部”，其为工作面提供新鲜的空气，在保证工作面安全生产的同时，为作业人员提供较为舒适的工作环境。随着矿井工作面生产的不断推进，原通风系统在风量、风阻等参数上不满足实际生产的需求，且在回风巷存在严重的漏风现象。本文以24501工作面为例对其通风系统的原回风井进行封闭，重新选择皮带斜井为新的回风井的“两进一回”的通风方式，并为其配置BDK-2-NO.20的通风机。经实践表明，经改造后工作面风阻由2 511.7 Pa降低至1 940 Pa。