多风井集约化凤凰山煤矿通风系统优化改造*

张鸿斌　赵晓涛　高军军

(1.山西晋城煤业凤凰山煤矿；2.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院；3.矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室)



多风井集约化凤凰山煤矿通风系统优化改造*

张鸿斌1赵晓涛2,3高军军2,3

(1.山西晋城煤业凤凰山煤矿；2.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院；3.矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室)

针对凤凰山煤矿通风距离长、有效风量率低等问题，顾及多风机联合运转及其复杂网络的特点，对凤凰山煤矿通风系统存在的问题进行了解析，并提出了将北回风斜井改造为进风斜井，仅由南回风斜井单风井回风的系统改造方案。该通风系统优化改造后，井下风量充足，负压约2 550 Pa，较改造前上升3%。改造后的通风系统在确保该矿安全生产的同时可节约各项成本500余万元，经济效益显著，可供类似矿山参考。

多风井集约化通风系统优化改造

煤矿井下通风系统简单，便于通风管理，通风经济合理，可节约通风费用，而通风系统的安全可靠状况直接决定着整个矿井的安全程度，是煤矿安全工作的重中之重[1-3]。因此优化设计矿井通风系统，开展集约化生产，成为一个亟待解决的问题[4-7]。故本研究以凤凰山煤矿为例，对该矿井下通风系统存在的问题进行分析，并对优化改造方案进行探讨。

1　矿井概况

凤凰山煤矿井田东西宽约4.3 km，南北长约7.5 km，面积29.35 km2，2006年核定生产能力为400万t/a。矿井采用斜井片盘开拓方式，普通炮掘综掘，综采工艺，走向长壁后退式采煤方法。矿井现主要开采151、152、153盘区煤层，151、152盘区位于井田南翼，153盘区位于井田北翼，全部垮落法管理顶板，在每个盘区配置2个综掘面，以一井两区两面四综掘满足矿井设计生产能力。矿井通风方法为抽出式，通风方式为分区混合式通风。矿井现有5个进风井，2个回风井，经实测，各进风井风量见表1，各主要通风机参数见表2。

m3/min

表2　各主要通风机运行参数

凤凰山煤矿通风系统共包括7个进出风井，多风井复杂风网是其显著特征，南回风井供风区域较多、通风线路长、角联系统、并联系统多，通风阻力大，导致主要通风机已达最大工作能力，通风系统管理工作困难。根据凤凰山煤矿开采特点，矿井未来2 a内将逐步转入15#煤层一盘区、二盘区、三盘区进行相对集中生产，盘区不断收缩、封闭，并联风路减少，由此将导致矿井通风阻力、井巷风阻进一步升高，同时北回风斜井服务区域资源枯竭，不利于实现集约化生产，因此可考虑关闭北回风斜井。随着矿井整合工作的进行、盘区巷道的不断收缩和封闭，将导致南回风井通风阻力进一步增大，无法保证南回风井主扇稳定运行，满足不了未来在15#煤层开展集约化生产的通风需求，因此，对凤凰山煤矿进行通风系统改造，降低通风阻力，对该矿安全生产和集约化生产具有重大意义。

2　矿井通风现状

2.1矿井通风系统阻力分布状况

为准确掌握矿井通风系统参数，根据各阻力测定方法的优缺点，采用倾斜压差计法和气压法相结合的方法对凤凰山煤矿进行了阻力测试[8-9]。对测试数据进行了统计，矿井三区(进风段、用风段、回风段)的通风阻力测试数据见表3，矿井通风阻力沿程分布状况如图1所示[10]。由表3、图1可知：①凤凰山煤矿南回风斜井用风段阻力占总阻力的34.4%，回风段阻力占总阻力的50.74%，超过了50%，百米阻力值偏高，为100.78 Pa；②北回风斜井用风段阻力占总阻力的41.65%，较合理，而进风段阻力占总阻力的42.98%，百米阻力值为34.46 Pa，阻力较大。可见，该矿井阻力分布不甚合理，主要表现为凤凰山煤矿南回风斜井回风段由于通风路线长、部分巷道断面偏小导致阻力过高，北回风斜井担负区域进风段单一通风路线长、集中进风导致进风段阻力偏高。

表3　矿井通风三区阻力相关参数

图1　矿井通风阻力沿程分布●—南回风斜井测试路线；■—北回风斜井测试路线

2.2矿井风量分配

经实测，矿井各主要进风井筒风量、用风地点风量和回风井筒过风量分配见表4。通过各回风井实测风量和风机排风量计算可知：①南回风斜井漏风率为5.28%，北回风斜井漏风率为8.22%，两回风井均无提升设备，漏风率均超过规程要求；②矿井总进风量为280.13 m3/s，矿井用风段风量为231.6 m3/s，由此可知矿井内部漏风率为17.3%，有效风量率为82.7%，故需加强通风管理，减少内部漏风，增加有效风量。

3　优化改造方案

3.1矿井回风系统

凤凰山煤矿通风系统的回风系统确定的基本思路是根据各风井主干风路的过风能力，确定是否该由单一风井(南回风斜井)承担回风任务，若满足，则对北回风斜井进行改造，本着降低通风总阻力、节约成本、满足全矿通风需要的原则，确定北回风斜井的改造方案为：①关闭北回风斜井(2水平主回风巷变为进风巷)；②将北回风斜井改造为进风斜井(2水平主回风巷变为进风巷)。矿井各盘区、硐室理论需风量及各风井系统的过风能力如表5所示。由

表4　矿井实测风量统计

于井底巷道分支相对较多，当过风能力不足时，可采取巷道并联或扩面改造的方式提升主干风路的过风能力。因此本研究仅考虑各井筒的过风能力与矿井风量的匹配，得到风井系统的组合方案如表5所示。

表5　风井系统组合方案

由表5可知：风井系统组合共有3种方案，回风系统的总回风能力分别达到15 120，10 440，25 560 m3/min，而矿井理论总需风量为10 890 m3/min，方案3通风能力过剩，浪费资源，方案1、方案2接近所需风量要求，故本研究对方案1、方案2进行进一步分析。

由表2数据计算可知：北回风斜井回风量96.67 m3/s，总阻力1 520 Pa；南回风斜井回风量188.33 m3/s，总阻力2 470 Pa。若采用方案1，矿井总回风量为181.5 m3/s，风阻可认为近似不变，预计风井负压为5 358.5 Pa，远超出风机能力；若采用方案2，预计风压为2 294 Pa，具有较大调节可能性，故本研究选用方案2，即单一使用南回风斜井回风。

3.2优选方案效果分析

对凤凰山煤矿通风系统进行改造及分析，确定由南回风斜井单独回风，此时对北回风斜井改造方法有：①直接封闭北回风斜井；②将北回风斜井改造成进风斜井。凤凰山煤矿通风系统复杂，人工解算基本无法实现，并且无法灵活地对用风地点的风量进行调配，故需运用计算机辅助程序进行系统仿真。

3.2.1直接封闭北回风斜井

北回风斜井关闭时，各主要巷道需风量与模拟风量对比以及风速分布见表6。由表6可知：当北回风斜井关闭时，大部分巷道模拟风量与需风量相差较小，风速满足规程要求，此时南回风斜井风机负压为2 744 Pa，风量为10 243 m3/min，考虑5%的误差，风机负压范围为2 744～2 881 Pa，此时风机负压临近风机喘振状态，不利于风机运行，故北回风斜井关闭方法(方法1)不可行[6]。

表6　北风井关闭时各主要过风地点风量

3.2.2北回风斜井改造成进风斜井

北回风斜井改为进风斜井时各主要过风巷道需风量与模拟风量对比以及风速分布见表7。由表7可知：当北回风斜井改为进风斜井时，大部分巷道模拟风量与需风量非常接近，风速符合规程要求，此时南回风斜井风机负压为2 550 Pa，风量为10 437 m3/min，考虑5%误差，风机负压范围为2 550～2 678 Pa，此时风机工况点在合理工作范围内，并且能够满足井下用风需求。

表7　北回风斜井改为进风斜井时各主要过风点风量

经过通风系统改造，通风系统角联结构减少、通风网络较改造前简单，有效风量率由改造前的82.3%提高至88.4%，内部漏风率下降；北回风斜井风机运行功率为630kW，节约电费成本约441.5万元，改造后停用北回风斜井风机，系统管理简单，故本研究选择方法2(北回风斜井改造成进风斜井)。

4　结　语

根据凤凰山煤矿采掘衔接及生产实际情况，对该矿通风系统进行了分析研究，确定对北回风斜井进行改造，仅由南回风斜井单风井回风即可满足需要。经论证，将该矿北回风斜井改造为进风斜井后各用风点的风量满足需求，南回风斜井风机负压仅为2 550Pa，较改造前仅上升3%，仍有较大调节空间，符合生产实际要求。该矿通风系统改造后，系统简单可靠，有效风量率上升，每年可节约各项成本约500 万元。

[1]马骊，王鹏军，李晋生.浅析矿井通风系统的优化[J].中国安全生产科学技术，2009(4)：187-190.

[2]中华人民共和国国家安全生产监督管理总局.MT/T440—2008矿井通风阻力测定方法[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3]刘娉娉，李雨成.西马矿井通风系统优化改造研究[J].煤炭技术，2009(11)：89-91.

[4]王志玉，高军军.多风井矿井通风系统优化改造[J].现代矿业，2016(2)：143-146.

[5]汪鹏，刘剑，李雨成.矿井多主扇联合运转分析[J].矿业快报，2006(8)：19-21.

[6]李雨成，刘剑，贾廷贵.MVSS3.0在矿井通风系统改造中的应用[J].煤矿安全，2007(4)：21-22.

[7]李雨成，金佩剑.基于MVSS3.1的寺河矿通风系统优化改造分析[J].煤矿安全，2009(1)：69-70.

[8]吉红对，马文芳.Excel在通风测试数据处理中的应用[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2011(S)：43-45.

[9]刘剑，李雪冰，陈廷凯，等.矿井定常湍流脉动对通风阻力测试影响的理论分析[J].中国安全生产科学技术，2016(3)：1-4.

[10]李雨成，刘剑，倪景峰.基于Origin矿井主要通风机性能特性曲线的绘制[J].煤矿安全，2004(9)：7-9.

Optimization and Transformation for the Ventilation System of Fenghuangshan Coal Mine with the Characteristics of Multi-shaft and Intensification

Zhang Hongbin1Zhao Xiaotao2,3Gao Junjun2,3

(1.Fenghuangshan Coal Mine, Shanxi Jincheng Anthracite Mining;2.College of Safety Science and Engineering, Liaoning Technical University;3.Key Laboratory of Mine Thermo-motive Disaster and Prevention, Ministry of Education)

In view of the defects of the long ventilation distance and low rate of effective air volume of Fenghuangshan coal mine,based on the characteristics of joint operation of multi-fan and its complex network,the problems of the ventilation system of Fenghuagnshan coal mine are analyzed in detail,the optimization and transformation scheme of the ventilation system of Fenghuagnshan coal mine is proposed,it concludes that the north return air inclined shaft is transformed to the inlet air inclined shaft,return air of the ventilation system is conducted by the single air shaft.After the optimization and transformation of the ventilation system of Fenghuangshan coal mine,the underground air volume is sufficient,the fan negative pressure is about 2 550 Pa，which is increased 3% compared with the original ventilation system.The safety production of Fenghuagnshan coal mine can be ensured by the optimization and transformation of the ventilation system,besides that,the products costs of Fenghuagnshan coal mine can be saved more than 5 million yuan,therefore,the economic benefits is remarkable,it can provide some reference for the similar coal mines.

Multi-shaft,Intensification,Ventilation system,Optimization and transformation

2016-06-14)

*国家自然科学基金项目(编号：51204089)；辽宁省教育厅科研项目(编号：L2014131)。

张鸿斌(1976—)，男，工程师，048007 山西省晋城市。