整合煤矿通风系统优化设计研究

刘 浡

（山西焦煤集团投资有限公司，山西 太原 030024）

1 选题背景

西山煤电集团西铭矿2011年实现资源整合，将附近一些小型矿井进行合并，实现了本矿生产能力的提高，同时避免了小煤矿开采对资源造成的浪费。该矿井目前主采煤层为3号煤，共划分9个采区，现开采五采区和七采区。井田范围共布置4条风筒，其中主斜井、副斜井和进风立井进风，回风立井回风，总进风能力可达364m3/s，而回风井最大风量仅有108m3/s，且回风立井阻力大，无法满足矿井后期风量增加的需要。因此，该矿原有矿井开采完继续开采整合后新增区域煤炭前，为保证煤矿连续生产，减少通风阻力，改善矿井通风现状，提高矿井抗灾能力，需对该矿原有通风系统进行优化。

2 矿井通风系统现状及存在问题

西铭矿采用中央分列式通风方式，抽出式通风方法，通风机风量供给为5860m3/min。反风方式为风机反转。现有回风立井直径为3.5m，断面为9.6m2，风速13.2m/s。

该矿现开采五采区和七采区，主要通风路线为：

（1）五采区工作面

新鲜风：副斜井→＋800m西集中辅运大巷→四、五采区辅运巷→工作面运输顺槽→工作面；

污风：工作面→工作面回风顺槽→四、五采区回风巷→总回风巷→回风立井→地面。

（2）七采区工作面

新鲜风：进风立井→北翼集中辅运大巷→七采区辅运巷→工作面运输顺槽→工作面；

污风：工作面→工作面回风顺槽→北翼集中回风大巷→七采区回风巷→总回风巷→回风立井→地面。

该矿通风系统存在的主要问题有：

（1）由于回风立井所处位置为南部采空区，现主要开采北部区域，通风风路较远，通风阻力较大。

（2）矿井进风井筒较多，总断面较大，回风井筒少，相对来说总断面小，回风段的通风阻力大。

（3）随着技术的提高，开采深度逐渐增加，工作面压力必然越来越大，地温也会升高，瓦斯更容易涌出，且涌出量很有可能增大，采煤工作面必然需要更多的风量，因回风井断面较小，风量增加较困难，已无法满足继续深部开采的需求。

3 通风系统优化方案

矿井通风系统优化主要为回风系统优化，常采用的优化方案有新建回风立井、扩刷原回风立井以及进风立井和回风立井功能互换等方式。由于进风立井带有提升装备，担负矿井升降大件、矸石提升的任务，因此，进、回风立井功能互换也需扩刷改造回风立井、安装提升装备、新建井口房、绞车房、综采设备库等，改造工程量大且回风立井场地狭窄，难以改造，不予考虑。扩大原回风立井，影响生产，安全性差，设计予以舍弃。因此，本次方案主要考虑新建回风立井方案。初步提出如下三种方案：

方案一：将拟新建回风立井的位置选在进风立井场地北侧

将拟新建回风立井的位置选在进风立井场地北侧约70m处。井筒落底于3号煤层底板，通过总回风巷和北翼集中回风大巷相连，形成全矿井的通风系统。新回风立井的垂直深度为243m，井筒净直径为6m，净断面积为28.26m2，井筒内装备有梯子间，兼做矿井的安全出口，新井建成后全矿井的回风全部由新回风井承担，原有回风井废弃。

方案二：小西铭村西北新建回风立井

在小西铭村西北井田边界处新选址，建一回风立井。井筒落底于3号煤层底板，通过总回风巷和西二集中回风大巷相连。新回风立井建成后原回风井继续使用，新回风立井和原回风立井分别承担北区和南区的回风任务，且该井筒直径也为6m，净断面也为28.26m2，深度为400m，比较深，同样也装备有梯子间兼做安全出口。

方案三：拟新建回风立井选址在原有回风井场地附近

在原有回风立井场地新建一深度为215m的回风立井，承担全矿井的回风任务，井筒净直径6.0m，净断面28.26m2，井筒落底于3号煤层底板岩层中，通过总回风巷和北翼集中回风大巷相连，形成全矿井通风系统。新回风立井建成后原回风立井废弃。

4 优化方案选择

4.1 方案三优缺点分析

以上三个方案比较来看，方案三优点在于拟新建回风立井位于原回风立井场地附近，场地集中，既方便施工，利用既有设施设备，又方便建成后的集中管理。但存在如下缺点：

（1）新建回风立井井筒落底处位于断层附近，且相邻巷道较多，需做岩巷和北集中回风大巷相连；

（2）进场公路虽已形成，但需从公园穿过，施工期间污染较大，需另修进场公路，增加了投资；

（3）回风立井对于北部采区来说，通风阻力较大，北部采区开采时回风井的运营费用高。

因此，相对来说，方案三实施难度大，工期长，投资大，运营费用高，予以淘汰，对方案一和方案二作进一步的分析比较。

4.2 方案一和方案二比较分析

将方案一和方案二的经济技术指标进行比较，如表1所示。

表1 通风系统优化方案经济指标对比表

方案一的优点主要有：

（1）可充分利用相邻进风立井的设施设备，供电路线比较简单，且较短，后期管理方便；

（2）井巷工程量小，工期短，安全风险小，投资成本低；

（3）新建井筒位于井田中央，可实现全矿井通风的均衡性；

（4）井筒施工场地未增加压煤，而是选在现有的保安煤柱内，避免了资源的浪费；

（5）新井筒建成后，原有回风立井废弃，只设置一个回风井即可满足全矿井回风需求，方便管理，同时也节约了运营成本。

本着节约施工成本、缩短施工工期、降低安全风险的原则，决定优选方案一。

4.3 改造后的通风系统

根据井田地质条件、开采技术条件以及矿井改造后的开拓布置，改造后矿井仍采用中央分列式通风系统。矿井分别由3条井筒进风，即现有主斜井、副斜井和进风立井，全矿井回风由新建的回风立井担负。改造后的通风系统为：

（1）五采区工作面

新鲜风：副斜井→＋800m西集中辅运大巷→四、五采区辅运巷→工作面运输顺槽→工作面；

污风：工作面→工作面回风顺槽→四、五采区回风巷→北翼集中回风大巷→总回风巷→新回风立井→地面。

（2）七采区工作面

新鲜风：进风立井→北翼集中辅运大巷→七采区辅运巷→工作面运输顺槽→工作面；

污风：工作面→工作面回风顺槽→七采区回风巷→北翼集中回风大巷→总回风巷→新回风立井→地面。

5 新建回风井通风机选型

通风改造后的通风参数：

风量：容易时期：155m3/s

困难时期：155m3/s

负压：容易时期：1420.2Pa

困难时期：2086.8Pa

根据矿井风量、阻力的变化情况以及国内通风设备的技术特征，本设计确定回风立井选用对旋式轴流风机，根据风机必需的风量和静压，选用FBCDZ-8-№28A型对旋轴流通风机两台，一台工作，一台备用。每台通风机配备两台电动机，且两台电动机同时工作，电动机选用YBFe560M1-8隔爆型交流鼠笼式异步电动机，额定功率为400kW，最大转速为740r/min，变频调速。

6 结语

西铭矿通过新增回风井优化通风系统，并且配备了适合该矿通风的通风机，增大了矿井的回风量，减小了通风阻力，保证了矿井的连续生产，同时确保了煤矿的安全生产，提高了矿井的抗灾能力。