蔣亞偉

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦，河南 平頂山 467000）

0 引言

礦井通風系統(tǒng)的安全高效運行對于煤礦的安全開采具有十分重要的意義。在礦井開采初期，通風系統(tǒng)處于安全、經(jīng)濟的運行狀態(tài)[1-3]。但是隨著開采的進行，煤礦井下通風線路和通風面積發(fā)生變化，礦井通風系統(tǒng)的運行狀況變差。礦井通風系統(tǒng)運行狀況變差后，不僅會導致系統(tǒng)的供風能力變差，還會導致主通風機的運行效率大幅度降低，提高了煤礦的運行成本[4-5]。為此，在煤礦生產(chǎn)過程中，需要不斷地對礦井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化，從而保證礦井通風系統(tǒng)的高效安全運行。本文從礦井通風系統(tǒng)性能的影響因素入手進行論述，重點探討了礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)化措施《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定：新井投產(chǎn)前必須進行1次礦井通風阻力測定，以后每3年至少進行1次。礦井轉(zhuǎn)入新水平生產(chǎn)或改變一翼通風系統(tǒng)后，必須重新進行礦井通風阻力測定[6-7]。

通過礦井通風阻力測定，可以達到下列目[8-9]：

1）了解通風系統(tǒng)中阻力分布情況，發(fā)現(xiàn)通風阻力較大的區(qū)段和地點，了解礦井井巷的維護狀況，了解礦井通風能力與潛力，便于正確調(diào)節(jié)風量以滿足生產(chǎn)的需要，確保礦井通風系統(tǒng)經(jīng)濟合理地運行。

2）提供緊密結(jié)合礦井實際的井巷通風阻力系數(shù)和風阻值，使通風設(shè)計與計算更切合實際，使風量調(diào)節(jié)有可靠的依據(jù)。

3）為調(diào)節(jié)風壓法控制火災提供必須的基礎(chǔ)資料，使這一方法的應用更合理、有效，并為發(fā)生事故時制定災變處理計劃提供重要的基礎(chǔ)資料。

4）為礦井通風自動化及礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化、改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等[10-11]。

1 礦井概況

平煤股份十礦位于平頂山市東北部，距市區(qū)中心約6 km，行政區(qū)劃屬平頂山市衛(wèi)東區(qū)。采用立井、斜井，多水平開拓方式，分區(qū)與中央并列混合式通風方式。平煤股份十礦全礦井現(xiàn)有2個生產(chǎn)水平，5個生產(chǎn)采區(qū)，即-140水平戊七采區(qū)、-320水平已二采區(qū)、己四采區(qū)、北翼中區(qū)、北翼東區(qū)。

十礦具備完整的獨立通風系統(tǒng)，供風能力滿足安全生產(chǎn)要求，采用分區(qū)抽出式通風，全礦共有5個進風井（院內(nèi)副井、北翼副井、皮帶斜井、乘人斜井、三水平進風井），4個回風井（戊組回風井、己四回風井、戊七回風井、北三回風井）分別擔負著北翼中區(qū)、東區(qū)、己四、己二采區(qū)和-140水平戊七采區(qū)的通風任務。

2 礦井通風阻力測定

2.1 測定路線選擇原則

并聯(lián)風路中應選擇風量較大且通過回采工作面的主風流風路；選擇路線較長且包含有較多井巷類型和支護形式的線路；選擇沿主風流方向且便于測定工作順利進行的線路。

2.2 測點布置

根據(jù)通風系統(tǒng)的具體情況，選擇3條主測路線：

主測路線1（己四風機擔負區(qū)域）：乘人斜井→乘人斜井→己四軌道→-320行人石門→己四采區(qū)軌道下山→己17-24060機片→己17-24060采面→己17-24060風巷回風川→回風川→己四西翼瓦?！核幕仫L井。

主測路線2（北二風機擔負區(qū)域）：北二副井→-870行人石門繞道→己三采區(qū)軌道下山→戊七軌道上車場→戊七軌道下山→17010機巷車場→己15-33200機片→己15-33200采面→己15-33200風片→己三采區(qū)西翼瓦?！?870總回風巷→北二回風井。

主測路線3（戊組風機擔負區(qū)域）：北一副井→戊七大巷→-320大巷→中區(qū)軌道→戊組集中軌→戊組集中運輸巷→戊三采區(qū)軌道下山→戊9-20200機巷片盤→戊9-20200備用面→戊9-20200風巷→20200風巷回風川→戊組總回風巷→戊組回風井。

2.3 測定結(jié)果分析

礦井通風阻力沿程分布狀況分別如圖1-3所示。礦井3段（進風段、用風段、回風段）通風阻力的百分比情況見表1。

圖1 平煤十礦己四回風井擔負區(qū)域通風阻力沿程分布狀況圖

圖2 平煤十礦北二風井擔負區(qū)域通風阻力沿程分布狀況圖

表1 平煤十礦通風3段阻力分布情況

從圖1—圖3和表1可以看出：

圖3 平煤十礦戊組風井擔負區(qū)域通風阻力沿程分布狀況圖

1）己四回風井擔負區(qū)域通風總阻力為2 335.6 P a，進風段阻力所占的百分比為20%，用風段的阻力占總阻力的38.9%，回風段阻力占總阻力的40.1%，從這些數(shù)值上看，通風3段阻力分布基本合理。

2）北二回風井擔負區(qū)域通風總阻力為2 485.6 P a，進風段阻力所占的百分比為18.7%，用風段阻力占總阻力的70.9%，回風段阻力占總阻力的10.4%，從這些數(shù)值上來看，回風段通風阻力稍微偏大，這主要是回風段風量較集中且巷道斷面較小造成的。

3）戊組回風井擔負區(qū)域通風總阻力為2265.3 P a，進風段阻力所占的百分比為35.6%，用風段阻力占總阻力的42.0%，回風段阻力占總阻力的22.4%。從這些數(shù)值上看，通風3段阻力分布基本合理。

3 平煤十礦-己四主要通風機選型

3.1 己四通風機更換必要性

平煤十礦采用分區(qū)抽出式通風，全礦共有6個進風井（院內(nèi)副井、北一副井、主斜井、乘人斜井、北二副井、戊七進風井），3個回風井（戊組回風井、己四回風井、北二回風井）分別擔負著戊組中區(qū)、己四采區(qū)和己三采區(qū)的通風任務。目前礦井有2個生產(chǎn)水平，分別為二水平、三水平；3個生產(chǎn)采區(qū)，分別為己四采區(qū)、戊組中區(qū)、己三采區(qū)。

礦井通風系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化的原因如下：

1）己四采區(qū)存在風量緊張局面。目前己四回風井擔負著己四、己二采區(qū)的供風任務，供風量10 598 m3/min，根據(jù)礦井采掘接替計劃及任務安排，從2021年1月份采掘頭面逐漸增加，至10月份己四采區(qū)共產(chǎn)生3個采煤工作面（己17-24060采面、己15.16-24070采面、己17-33010采面），1個備用工作面（己17-24090備用面），5個掘進工作面（己15-24120中上底板巷、己15-24120中下底板巷、己15-24120機巷底板巷、己17-24080機巷、己三排矸巷上段），屆時己四采區(qū)需風量將達到14 736 m3/min，與目前己四回風井供風量相比較，己四采區(qū)風量缺口4 138 m3/min，將難以維持己四采區(qū)供風需求。風量增加的同時，通風路線變長通風系統(tǒng)阻力增大，風機負壓增長較大，己四回風井主要通風機風量、負壓將不能滿足生產(chǎn)需要。

2）設(shè)備老化嚴重。己四回風井主要安裝2臺2K60-№28型軸流式通風機，通風機于1996年掛網(wǎng)，實測風量176.6 m3/s、負壓2 200 P a，該風機經(jīng)過25年運行現(xiàn)已老化、銹蝕嚴重，通風效率較低，主扇葉片可調(diào)角度為0°～40°，實際葉片安裝角度37.5°，回風道凈尺寸3.7 m×3.7 m，凈斷面積12.32 m2，風道風速14.33 m/s，從風速來講己四回風井主要通風機已達到滿負荷運行。困難時期若調(diào)大扇葉角度，仍然利用該風道承擔245 m3/s的回風任務，風速將會達到19.9 m/s，不符合《煤礦安全規(guī)程》風硐風速不超過15 m/s的規(guī)定，會造成電機軸溫過高，且易發(fā)生風機喘振等現(xiàn)象，將嚴重影響礦井通風安全。

因此，己四回風井主要通風機必須改造、礦井通風系統(tǒng)必須進行優(yōu)化，確保礦井后期安全生產(chǎn)需要。

3.2 己四通風機選型

3.2.1 通風系統(tǒng)改造方案提出

結(jié)合己四回風井面臨的問題，根據(jù)己四采區(qū)需風量要求，提出以下2種通風系統(tǒng)改造方案：

方案1：正規(guī)裝備北二回風井主要通風機，按照設(shè)計院原方案北二回風井安裝GA F3.75-19-1FB型號主要通風機，前中期配套電動機1250 kW，后期配套電動機2 500 kW，安裝不停機自動倒臺系統(tǒng)，風道長95 m，凈斷面5.8 m×5.8 m，配備通風機房、電控系統(tǒng)和主通風機監(jiān)控系統(tǒng)。掛網(wǎng)運行后，停運北二臨時主要通風機，與現(xiàn)己四回風井主要通風機聯(lián)合運行，有效解決井下各采區(qū)供風需求。

方案2：將現(xiàn)有己四回風井主要通風機更換為大功率風機，新施工大斷面回風道消除風速限制，更換后的己四風機仍擔負己四、己二采區(qū)供風任務，與北二回風井主要通風機聯(lián)合運行，能夠保證己四采區(qū)長遠采掘接替布置風量需求。

3.2.2 通風系統(tǒng)改造方案對比分析

方案1優(yōu)點：①完全能滿足己組采區(qū)通風任務，能有效解決井下各采區(qū)供風需求；②與己四回風井主要通風機聯(lián)合運行，可實現(xiàn)分區(qū)通風；③可解決己組采區(qū)開發(fā)伴隨的瓦斯治理和高溫因素，極大改善己組采區(qū)采掘安全和工作環(huán)境溫度，徹底解決風量不足問題；④可停運北二臨時主要通風機，原回風井筒（φ8 m）（副井）能夠騰出進行井筒永久裝備。

缺點：①北二原進風井筒（φ6.5 m風井）正規(guī)裝備軸流式主要通風機、風道、主扇房及電控設(shè)備等，投入大，工期長；②原臨時回風井筒（φ8 m副井）需要進行提升設(shè)備的永久裝備；永久裝備之前需要將現(xiàn)臨時風機的風道調(diào)整到永久裝備主扇的風井，實現(xiàn)2個井筒功能轉(zhuǎn)換，屆時將形成風井回風并兼做提升，違反突出礦井的相關(guān)規(guī)定。

方案2優(yōu)點：①更換現(xiàn)有己四風機，解決設(shè)備老化嚴重問題，消除不安全隱患；②改造后的己四風機仍擔負己四采區(qū)通風任務，能夠解決采掘接替風量缺口問題；③己四風機更換后，與北二臨時風機聯(lián)合運行，在分區(qū)通風原則下，合理擔負部分己三采區(qū)工作面風量，解決己三采區(qū)風量緊張局面。

缺點：①更換改造風機投入相對較大，需重新施工風道及風硐，新購置對旋式主要通風機及電控設(shè)備；己四采區(qū)服務時間較短（5～10年），后期仍需要對北二回風井進行永久主要通風機的裝備，造成一定的浪費；②更換己四風機后，由于己四西翼瓦專部分巷道斷面小，系統(tǒng)阻力大，負壓將由現(xiàn)在的2 200 P a增至5 957 P a，需實施己四瓦專降阻工程擴修高阻力段巷道斷面（總工程量約300 m）和施工東西翼?；氐诙?lián)絡巷（總工程量約48 m），以保證通風系統(tǒng)阻力降低到合理的范圍內(nèi)，新更換的主要通風機才能正常運行。

3.2.3 通風系統(tǒng)改造方案確定

根據(jù)以上2種方案優(yōu)、缺點對比分析，結(jié)合實際生產(chǎn)情況，建議選擇方案2：即更換己四回風井主要通風機，同時實施己四瓦專降阻工程，己四風機繼續(xù)擔負己四、己二采區(qū)供風任務，與北二回風井主要通風機聯(lián)合運行，能夠滿足井下正常生產(chǎn)通風需求。

礦井解算主要通風機工況見表2。

表2 平煤股份十礦主要通風機工況

圖4為山西巨龍有限公司研發(fā)的軸流式巨龍風機性能曲線，通風機型號為FB CDNo38。

圖4 FB CDNo38裝置性能曲線

將2020年10月阻力測定時期作為己平煤十礦-己四風機擔負區(qū)域通風容易時期，結(jié)合通風困難時期解算結(jié)果可得己四風機選型工況為：

通風容易時期：風量170.9 m3/s、負壓2 303 P a；通風困難時期：風量245.6 m3/s、負壓3 621 P a。為保證通風系統(tǒng)能滿足礦井生產(chǎn)需求，根據(jù)圖4可知通風容易時期風機的葉片角度應調(diào)整為36°/24°；通風困難時期葉片角度應調(diào)整為48°/36°。

4 結(jié)論

1）全礦井經(jīng)過通風阻力測定可知己四回風井、北二回風井、戊組回風井擔負區(qū)域的通風難易程度均為容易。其中己四回風井、戊組回風井擔負區(qū)域從數(shù)值上看，通風3段阻力分布基本合理；北二回風井數(shù)值上來看，回風段通風阻力稍微偏大，主要是由回風段風量較集中且巷道斷面較小導致。

2）探討了風機更換必要性。通過分析了全礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀、設(shè)備運行現(xiàn)狀找出系統(tǒng)存在的問題：隨著礦井開采進行，礦井風量增加的同時，通風路線變長通風系統(tǒng)阻力增大，風機負壓增長較大，己四回風井主要通風機風量、負壓將不能滿足生產(chǎn)需要，部分風硐風速會超標，風機也會存在安全隱患。

3）通過對比確定風機工況。提出新作己四東、西翼瓦專聯(lián)絡巷及對己四西翼瓦專及己四東翼瓦專部分路段實施刷巷降阻方案，方案實施后可以使己四風機負壓降低至3 621 P a；根據(jù)通風容易時期和困難時期解算結(jié)果，確定了己四主要通風機選型的工況：170.9 m3/s、2 303 P a，36°/24°；2 45.6 m3/s、3 621 P a，48°/36°。

4）己四東、西翼瓦專聯(lián)絡巷及己四東、西翼瓦專降阻工程對己四系統(tǒng)調(diào)整改造意義重大，建議礦方對其開工實施，以確保后期北二風機正式裝備，保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定。