常村煤矿花垴回风井主要通风机投运方案论证

洪寅峰

(潞安环能股份公司 常村煤矿，山西 长治 046102)

矿井随着生产的延续、规模的加大，新采区的开拓、准备、回采，通风系统需要进行相应的调整[1]。对于多主要通风机运行的复杂通风网络，新投运主要通风机必然会对其他主要通风机产生影响，重新分布井下风量，因此，主要通风机间的影响研究很重要[2]。

从流体力学原理得知，风机风量与电机转速功率相关：风机的风量与风机的转速成正比，风机的风压与风机的转速的平方成正比，风机的轴功率等于风量与风压的乘积，故风机的轴功率与风机的转速的平方成正比。随着科技水平的不断进步，变频技术在矿井通风系统中的应用越来越深入，在变频调节、节能降耗、实现软启动等方面都有着较为明显的应用优势[3]。

为充分了解常村煤矿通风系统的运行状况，对该矿的风阻进行测定，完善了矿井通风管理信息系统[4-5]，直观地反应出花垴风井投运后风量的变化对通风系统的影响。

1 矿井概况

常村煤矿隶属于山西潞安环保能源开发股份有限公司，位于山西沁水煤田东南部，长治市屯留县境内。该矿1985年开始建井，1995年正式投产，采用立井单水平盘区式开采，生产许可800万t/a，矿井主采3号煤层。目前，共有14个采区，其中北翼的N1采区、N2采区、南翼的S1采区、S2采区、S4采区、S6采区资源回采完毕并已封闭，S1采区只留大巷作为下水平(+470水平)开拓的运输、通风巷道；形成系统的采区有N3采区、S3采区、S5采区、21采区、22采区、23采区、25采区、27采区。

2023年，800万t产量需要2202工作面、2106工作面、2701工作面及2302工作面进入回采衔接，截至2021年5月，王村风井通风系统不能满足22采区、23采区、25采区、27采区的用风要求，为保证各采区正常采掘衔接不受风量制约，需要对花垴风井通风系统进行调整。采区风量分配见表1。

表1 花垴主要通风机投运前25采区、27采区风量分配

2 矿井通风管理信息系统应用

2.1 矿井通风系统数据测定

2021年6月，对常村煤矿进行矿井通风阻力测定。在此次测试中，使用倾斜压差计巷道测段之间的阻力、风表测出风量、精密气压计测风门两端压差，干湿球温度计测出干湿温度，从而测得巷道的摩擦风阻以及风门两端压差。巷道参数测试包括巷道形状、支护方式、周长、断面积、风量、始末测点密度等，风门压差测试主要测试风门两侧的静压差以及高度差，通风系统基础数据测试完成后，用一系列公式对数据进行处理[6]。

2.2 完善通风管理信息系统

根据井下实测数据，结合现有通风系统情况，利用辽宁工程技术大学开发的矿井通风管理信息系统，完善25采区、27采区的通风系统，并进行分析，掌握通风系统存在的问题，对通风系统进行调整，为现场通风系统调整决策及系统优化工作提供依据和解决途径，最终形成花垴风井投运方案，实现通风系统优化，保障矿井通风系统安全、可靠运行。

3 通风系统调整方案实施分析

3.1 投运前系统概况

为避免花垴回风井主要通风机投运对王村风井通风系统的影响，在投运前，需要首先对王村风机进行调频降阻，再进行花垴回风井主要通风机投运。花垴风井投运前，王村主要通风机实际回风量30 680 m3/min，负压2 560 Pa；花垴进风井风量11 000 m3/min，25采区、27采区7 600 m3/min回风经470北翼进风巷回至王村回风井。

3.2 王村主要通风机调频降阻

在花垴回风井风机投运之前，首先对王村风机进行调频降阻，由目前的41 Hz降低为39 Hz，经网络解算，王村主要通风机实际回风量将为29 150 m3/min，减少1 540 m3/min，负压2 320 Pa，降低240 Pa。

3.3 花垴主要通风机投运分析

花垴回风井主要通风机投运前的通风系统如图1所示。

图1 花垴主要通风机投运前通风系统图

花垴风井主要通风机投运后，花垴回风井风量调整为13 200 m3/min时，27采区辅运巷、27采区胶带巷风流混合后进入27采区回风巷，25采区胶带下山掘进工作面回风流经25采区1号皮回联巷回至25采区2号回，25采区1号轨回联巷掘进工作面回风流经25采区1号轨回联巷回至25采区2号回；25采区、27采区回风全部从25采区1号回、25采区2号回经花垴1号回风联巷回至花垴回风井，花垴回风井主要通风机投运后的通风系统如图2所示。

图2 花垴主要通风机投运后通风系统图

为确保花垴主要通风机投运后通风系统的正常运行，通过拆除图1和图2的1号风门、2号风门、3号风门、4号风门、5号风门，增加6号风门、7号风门，实现通风系统的调整。主要通风机投运后，470北翼进风巷变为新鲜风流，22采区风量增加1 800 m3/min，23采区风量增加2 500 m3/min，25采区风量增加1 000 m3/min，27采区风量增加1 600 m3/min。花垴回风井风量13 200 m3/min，花垴主要通风机风硐负压为1 350 Pa，花垴进风井风量14 130 m3/min。

经预测分析，花垴风井主要通风机投运后，22采区、23采区及25采区、27采区配风满足采掘衔接要求和主要通风机AQ1028-2006标准的规定。

3.4 花垴风机运行工况确定

根据花垴风机性能测试曲线，经过初步论证，为满足花垴回风井风量以及风机负压要求，花垴风机叶片角度计划调整为-10°，-10°角风机特性曲线如图3所示。

图3 花垴风机测试曲线图(-10°，50 Hz)

根据比例定律进行测算：

式中：Q为风量，m3/s；f为通风机频率,Hz。

经计算，运行频率应为31.4 Hz，能够满足风量要求。

实际操作时，根据实测风量，对实际运行频率进行微调，以满足实际生产所需。

主要通风机运行后通过不断调节频率，经计算，预测当频率调节至31.4 Hz时，花垴主要通风机运行后回风量可满足13 200 m3/min，风硐负压预测为1 350 Pa，预测工况点如图4所示。

4 结 语

当前的王村风井通风系统不能满足下一步22采区、23采区、25采区及27采区等区域的用风需求，为保证各采区正常采掘衔接不受风量制约，需要投运花垴回风井主要通风机，由花垴进风井和回风井担负25采区以及27采区的进回风。为避免花垴回风井主要通风机投运对王村风井通风系统的影响，需将王村主要通风机的频率由41 Hz降低至39 Hz，以此实现降阻的目的。

图4 花垴风机预测曲线图(-10°，31.4 Hz)

经预测分析，花垴风井主要通风机投运后将回风井风量调整为13 200 m3/min，可满足采掘衔接要求。