多煤层开采通风系统的改进设计及评估

刘飞飞

（山西焦煤西山煤电官地矿， 山西 太原 030024）

引言

对于矿井而言，前期设计的通风能力往往无法充分满足后期巷道不断推进、邻近工作面关闭导致通风状态发生变化使对应通风需求变化的问题。因此，在实际生产中应时刻对现场通风状态进行监测，并对应地提出改进措施[1]。本文主要以凉水井煤矿为例开展研究，针对其巷道布置的变化所导致的通风阻力分配不合理、漏风现象严重以及风量不足的问题对其通风方案进行优化改造，以保证整个矿井通风系统的稳定性。

1 凉水井煤矿工程概况

目前凉水井煤矿可供开采的煤层共包括有6个，本文以4 号煤层为例展开研究。4 号煤层所属工作面的煤炭属于高热值煤、化学反应性强且稳定性高。目前，凉水井煤矿采用“两进一回”中央并列式抽出式通风系统，所配置的通风机台数为两台，采用一用一备的工作原则。

经测定可知：该矿井的所需的总的进风量为138.1 m3/s，进风井包括有主斜井和副斜井；其中，主斜井的进风量为43.1 m3/s，副斜井的进风量为96.8m3/s。凉水井煤矿总的回风量为138.9m3/s。

1.1 工程通风现状整体分析

为后期对煤矿通风系统优化提供扎实的基础，本工程采用气压计基点测定法对矿井的通风阻力测定，重点对凉水井矿井巷道的总通风阻力和相关风阻参数进行测定。鉴于矿井的通风线路较多，本着充分反应矿井通风问题的原则，本工程选择通风路线最长、风阻最大的风阻参数进行测量[2]。凉水井煤矿通风系统的阻力分布测量结果如表1 所示。

表1 中凉水井煤矿的通风阻力主要分布在回风段，整个矿井不同区域的阻力分布比例为：进风段∶用风段∶回风段=2∶1∶4，与正常的3∶3∶4 相差较大。导致上述的主要原因为矿井回风巷道的风量较大，以及回风巷道内敷设的排水管道增大通风阻力。

表1 通风系统阻力分布

目前，凉水井煤矿所配置的通风机具体型号为BDK-8-NO24，该通风机的额定功率为250 kW，最小全压为1244 Pa，最大全压为3480 Pa。经现场测定通风机的工况点结果如图1 所示。

图1 矿井通风机工况点测定结果

如图1 所示，凉水井煤矿通风机大部分工作状态处于大风量、低负压的工作区域；而且，通风机的工作效率仅为70%，并未完全发挥其通风能力[3]。

1.2 工程通风现状具体分析

在上述对通风现状整体分析的基础上，结合凉水井煤矿的生产任务和计划对其通风现状进行具体分析。根据煤矿通风能力核定标准和矿井相关资料，需风量计算结果如下：

1）采煤工作面需风量：根据凉水井煤矿4 号煤层工作面的气象条件，确定其需风量为41 m3/s；根据工作面温度情况确定最佳的通风速度所确定的需风量为33 m3/s；结合工作面每位工作人员的实际需风量，确定工作面的整体需风量为40.58 m3/s。综上，综采工作面的整体需风量为41 m3/s。

2）备用工作面需风量：备用工作面为42110 工作面，该工作面的需风量按照相邻综采工作面通风量的1/2 计算。则备用工作面的需风量为10.47 m3/s。

3）掘进工作面需风量：目前，煤矿共包含有六个掘进工作面，总的需风量为63.6041 m3/s。

综上，考虑井下硐室、稀释胶轮车尾气等位置的需风量，确定凉水井煤矿总需风量可达183.85 m3/s。

目前，矿井所配置通风机的通风量仅为138.1 m3/s，与实际需风量差距较大。同时，根据煤矿的整体生产进度安排，在现场规划一个2 号风井，若未在扩建的2 号风井中安装通风机，会导致开采工作面风量进一步减小。

2 矿井通风系统方案的改进设计及评估

2.1 矿井通风系统方案的改进设计

经上述综合分析可知，2 号风井建设完成投入使用之后，虽然可以满足矿井的整体生产任务，但是矿井的通风管理难度增加，导致巷道内的风流变化存在不稳定的因素。因此，急需对工作面通风区域进行合理划分实现对通风方案的优化，最终充分发挥通风机的通风能力。具体以4 号煤层工作面为例分析。

4 号煤层所属工作面的总的需风量为78.33 m3/s，考虑到2 号风井的扩建和后期的投入使用后会导致4 号煤层工作面的风量不足，主要原因为2 号风井的投入导致相邻工作面风量分配不均匀所导致。因此，对巷道作出如下优化布置：4 号煤层工作面前部布置2 号回风联巷，并在其相邻的胶带硐室对面重新布置煤炭的运输斜巷；同时，在工作面的回风大巷附近增加一个回风联巷。

在上述巷道优化布置的基础上，采用双风机分区的通风方案，即采用通风斜井对盘区进行供风；采用新扩建的2 号风井为综采工作面供风。

2.2 矿井通风系统方案的评估

为了验证上述通风方案的改进效果，主要对矿井的通风阻力参数进行测定。与上述相同，同样选择通风路线长、风阻较大的路线的通风阻力参数进行测定。针对4 号煤层工作面通风方案优化后选取的测定路线如下：副斜井—辅助运输大巷—辅助运输巷—进风巷—回风巷—回风大巷—斜风井巷—引风硐—地面通风机房。优化后矿井通风阻力参数测定结果如表2 所示。

表2 矿井通风系统优化后的阻力参数测定结果

如表2 所示，对4 号煤层所属工作面通风系统进行优化，整个工作面的矿井通风阻力比例接近3∶3∶4，即说明采用双风机联合运输并对矿井巷道进行优化布置后工作面的通风自理逐渐合理，能够有效提升矿井通风的稳定性。

3 结语

一直以来，通风系统为综采工作面净化空气、降低粉尘浓度的主要分系统，其是保障工作面安全生产的主要基础。由于随着矿井不断推进开采，存在旧巷道的关闭、新巷道的开采导致工作面通风状态发生变化，继而需对通风系统进行优化。通过对凉水井煤矿4 号煤层工作面通风现状为例展开分析，在对该工作面巷道进行重新优化布置的基础上，采用双风机联合通风对整个通风系统进行优化，经评估发现：通风系统优化改进后整个工作面的通风阻力比例接近3∶3∶4。