煤矿矿井通风系统优化改造方案探讨

时间：2024-05-20

李惠强

（河源市矿山救护队，广东河源517000）

随着社会经济建设的快速发展，煤矿资源建设规模不断扩大，矿产开采企业数量也日益增加，这对煤矿矿井的生产效率及安全性也提出了新的要求。通风系统作为煤矿矿井生产系统中的重要部分，在矿井内部提供氧气、稀释有害气体和改善环境质量等方面发挥着不可替代的作用，同时也能够防止煤矿安全事故的发生。但现在许多煤矿的矿井通风线路较长，通风阻力较大，现有的通风系统无法满足矿井生产的需要，若煤矿技术人员不对通风系统进行合理的优化改造，不仅会降低煤矿矿井正常的生产效率，而且也可能影响到矿井内部工作人员的健康，甚至造成不可换回的损害。因此，本文重点探讨了煤矿矿井通过系统的优化改造工作，希望对往后煤矿的安全生产有所帮助。

1 工程概况

某煤矿井下有两个生产采区，分别为一采区、二采区。共布置两个采煤工作面(二采区5206综采工作面、一采区5103综采工作面)，7个掘进工作面；独立通风的硐室有中央变电所、火药库、一采区变电所、二采变电所、消防库等。

2 通风系统改造前存在问题及优化设计

2.1 优化改造前矿井通风系统存在的问题

随着矿井产能提升，矿井需要风量逐渐增加，2010年前煤矿斜井使用的BDK(Ⅲ)-6-No18型主扇(主扇额定风量1800～4080m3/min)扇叶角度调节至最大(风量3850m3/min)，达到该风机的最大供风量，矿井主扇已成为矿井生产力提升的瓶颈。通过通风阻力测定矿井存在以下问题：①回风井筒局部通风阻力过大，风量大而通风断面小 (断面6.8m2，长度90m)且有人车运行，影响通风阻力；②一、二采区回风巷断面过小，矿井有效通风断面过小、风速过大、拐弯过急过多，导致局部通风阻力非常大；③外部漏风量大，矿井的有效风量率低。

2.2 矿井通风系统优化设计改造方案

通过矿相关部门的多次讨论研究，确定了煤矿的通风系统改造方案，方案分为两个阶段:①经过周密论证后，更换矿井主要通风机；②更换主扇后对风速超限巷道进行扩巷。

3 主扇选型改造及系统优化效果

3.1 主扇选型改造及通风困难时期验算

主扇选型改造：2011年计划原煤产量120万t，根据生产接续安排和实际生产能力，2011年在一、二采区布置2个综采工作面，1个备用工作面，5个综掘工作面和3个开拓工作面(三、四采区)即可满足产量和接续的要求，届时所需风量经计算合计为6000m3/min。计算过程①采煤工作面。按瓦斯涌出量、工作面气候条件、工作面工作人数计算，按风速进行验算，综采工作面风量取480m3/min是合理的。所以，2个综采工作面所需风量960m3/min。1个备用工作面240m3/min。采煤工作面所需总风量1200m3/min；②掘进工作面。单个掘进工作面风量按瓦斯涌出量、局扇实际吸风量、工作面工作人数计算，按风速进行验算，单个掘进工作面风量取360m3/min在合理的范围内，掘进工作面所需总风量2880m3/min；③硐室。中央变电所120m3/min；二采区变电所90m3/min，一采区变电所 90m3/min，火药库 100m3/min；消防库 60m3/min，315移变60m3/min，硐室合计需520m3/min；④其它用风地点经计算需配风量400m3/min。以上用风地点合计需要风量为5000m3/min，若配风比按1.2计算，则矿井风量为6000m3/min。6000m3/min＞3850m3/min。

从以上的计算可以看出，矿井生产所需总风量为6000m3/min，大于BDK(Ⅲ)-6-No18主扇的最大排风量3850m3/min，原主扇已不能满足年120万t原煤产量的需要，必须更换主扇；同时根据生产接续安排，未来5～6年内，采掘工作面主要集中在一、二采区。通风困难时期为：二采区布置一个综采工作面，一个备用工作面，一采区布置一个综采工作面，+403轨道巷掘至1600m处时，二采区的5218工作面通风距离最长，为通风阻力最大时，因此矿井通风阻力以二采区5218工作面为通风最困难时期计算进行主扇选型（按现井巷实际情况计算），阻力最大的风路为:副斜井→二采区轨道巷→5218进风巷→5218工作面→5218回风巷→二采区回风巷→辅助回风巷→回风斜井。应分别计算出各段井巷的通风阻力，然后累加得出这个时期的井巷通风阻力，经计算合计为2321Pa。

根据计算，生产期间主扇工况点应按(100、2600)点选择，主扇功率应＞410kW。此时，矿井等积孔2.33m2。按此参数，考虑一定富余量，选择FBCDZNo24/54型风机(额定风量:4320～9600m3/min)及YBFe450S-8配套电机(2×250kW)。

主扇选型后通风困难时期验算:①开采三、四采区时采取两条大巷进风，一条回风巷回风的通风方式(不建回风立井)，进风大巷净断面13.1m2，回风巷净断面10.06m2，回风斜井净断面扩至10.6m2。通风容易时期为两种情况:即三采区布置一个综采工作面，一个备用工作面，一采区布置一个综采工作面；三采区布置一个综采工作面，一个备用工作面，四采区布置一个综采工作面。以上两种布置方式，通风距离相对较短，为此时的通风容易时期；②通风困难时期为，三采区布置一个综采工作面，一个备用工作面，四采区布置一个综采工作面(或一采区布置一个综采工作面)，其中回采三采区最远的5318工作面(暂定名)时，为通风阻力最大时，因此矿井通风阻力以三采区5318工作面为此时的通风最困难时期；阻力最大的线路为副斜井→二采区轨道巷→+403大巷→三采区轨道巷→5318进风巷→5318工作面→5318回风巷→三采区回风巷→三、四采区回风巷→回风斜井。分别计算出各段井巷的通风阻力，然后累加得出这个时期的井巷通风阻力为2319.08Pa，小于2940Pa规定，所以，开采三、四采区时，不建回风立井，开采一、二采区时所选的主扇可以满足开采三、四采区的要求。

2010年风机更换完成后，2010～2012年对主要回风巷道一采区回风巷(250m)、二采区回风巷(150m)回风井筒(90m)进行了扩巷。

3.2 系统优化改造后的通风效果

矿井更换主扇后扇叶角度:Ⅰ级49°Ⅱ级41°，主扇排风量:4950m3/min（额定风量:4320～9600m3/min），电机运行频率:42Hz(额定频率 50Hz)，矿井负压：2.01kPa，可以满足年产120万t要求。主扇采用变频控制，在使用中通过调节供电频率即可实现改变主扇风量的目的，不再使用调节扇叶角度的方法，节省了大量人力。主扇附带刹车功能，在矿井需要反风时，节约反风时间的同时保障了矿井安全。矿井一采区回风巷扩巷前断面7.4m2，巷道风速5.2m/s，扩巷后断面 11.4m2，风速 3.3m/s，在满足矿井需风量的基础上，巷道风速下降1.7m/s；矿井二采区回风巷扩巷前断面6.4m2，巷道风速5.7m/s，扩巷后断面11.4m2，风速3.2m/s，在满足矿井需风量的基础上，巷道风速下降1.4m/s；回风井筒扩巷前断面6.8m2，巷道风速 6.4m/s，扩巷后断面 11.4m2，风速 4.2m/s，在满足矿井需风量的基础上，巷道风速下降1.5m/s，同时减小了矿井通风阻力，提高了通风机工作效率。