光道矿通风系统的优化改造效果分析研究

王 宇

（山西洪洞西山光道煤业有限公司，山西 临汾 041000）

引言

矿井通风系统主要负责将地面的新鲜空气通过通风管路输送到井下各采掘作业地点，并将采掘作业所产生的瓦斯、煤尘等有毒有害气体排出，为采掘作业的工人创造舒适、良好的工作环境，矿井通风系统是矿井通风动力与通风控制设施的总称。随着，矿井采掘深度和生产能力的不断增加，矿井最初设计的通风系统的通风能力已难以满足现有的采掘作业通风量需求，对应的通风阻力较大，在无法保证煤矿安全生产的同时还增加了煤矿生产的能耗。为此国内诸多学者开展相关研究，俞建廷，李治纬等[1]结合田庄煤矿通风系统现状分析,设计通过新增加回风井，扩大巷道断面的面积来对原通风系统进行优化改造，实践效果良好。本文以光道矿9101 工作面为工程背景，针对原通风系统存在的问题进行优化改造，以满足矿井的通风需求，保证矿井的安全生产。

1 矿井概况

西山光道矿位于洪洞县城北50 km 西龙门村处，井田面积15.32 km2，开拓开采方式：地下开采、斜井开拓，生产规模120 万t/a，9101 工作面位于矿井南五盘区，现主要开采太原组9#煤层。全矿井现有3 个井筒，其中主斜井、副斜井进风，回风斜井回风。9101 工作面的长度为260 m，工作面可采煤储量为135 万t。工作面煤层厚度为4.5 m～5.9 m，平均煤层厚度为5.3m；煤层倾角范围为3°～9°，煤层平均倾角为6°。9101综采工作面岩层顶底板分布情况，如表1 所示。

表1 9101 综采工作面岩层顶底板分布情况

经过探测，9101 工作面瓦斯绝对涌出量为93 m3/min；工作面的最大涌水量可达13 m3/h，正常涌水量为5 m3/h。目前，工作面采用走向长壁后退式放顶煤一次全采高全部垮落式综合机械化开采工艺。

2 工作面通风方式

光道矿9101 工作面采用抽出式通风方式，配置两台 FBCDZ-8-NO20/2X110 型矿用防爆风机，一台实际生产正常运行，一台备用。9101 工作面所属矿井采用“两进一回”通风布置，对应的通风方式为中央并列式通风。其中，进风巷为主斜井和副斜井，回风巷道回风斜井，各个巷道内的通风参数，如表2 所示。

表2 “两进一回”通风巷道通风参数

如表2 所示，9101 工作面所属矿井总的进风量为6 600 m3/min，总回风量为6 600 m3/min。目前，在实际生产中9101 工作面主要用风地点包括运输顺槽掘进工作面、材料下山掘进工作面、回风顺槽工作面、高抽巷掘进工作面、9101 工作面等。随着9101 工作面的不断推进和相邻旧工作面的回收封闭，矿井主要用风地点和实际风量处于动态变化状态。比如：9101 工作面相邻的9102 工作面随着进入回收阶段，工作面需风量由1 300 m3/min 降低至750 m3/min。经对9101工作面实际需求风量测算可知：当9102 工作面最终回收并封闭后，在当前通风方案布置下可为9101 工作面提供风量788.22 m3/min，而实际上9101 工作面需风量大概为1 400 m3/min～1 500 m3/min。因此，为保证9101 工作面的正常安全生产，光道矿对原矿井通风系统进行优化改造[2]。

3 优化改造及效果分析

3.1 优化改造方式

光道矿通过新增加回风立井，基于9101 工作面当前通风系统所供的风量与实际需求风量差距较大的问题，本工程拟通过为该工作面更换立井回风系统，并配置相匹配的通风机。同时，当9101 工作面通风量对应增加后为保证巷道内风速不超过限值，需对巷道的断面面积进行扩大。具体改造方案如下：

在当前“两进一回”通风方案下，将原回风井改为进风井，并为整套通风方案新增一个回风立井，并为其配置通风机的型号为FBCDZ-8-No32/2×600。通风机不同叶片安装角度为巷道所提供的通风能力不同，当叶片安装角度3°，通风量达到1 056 m3/min，负压3 456 Pa；当叶片安装角度6°，通风量达到9 845 m3/min,负压2 365 Pa。

通过数据对比分析，当通风机采用-6°的安装角度时，为矿井提供的风量大于-3°时的情况，对应工作面的负压较小。因此，将FBCDZ-8-No32/2×600通风机的安装角度设定为-6°，对应可为9101 工作面提供的实际风量为1 860 m3/min，满足9102 工作面回收封闭后9101 工作面1 400 m3/min～1 500 m3/min需风量要求。除此之外，还需对通风设施作出如下改造：

将工作面45-47、57-58 的调节风门拆除；在工作面35-36 和50-52 的节点之间，新增正方两道调节风门，要求所建设的调节风门能够承受进风和回风带来的压力；同时，为了保证9101 工作面的风量满足要求，在9101 运输顺槽、回风顺槽等工作面增加对应的风控点[3]。

3.2 扩大回风通道

矿井通风系统未改造前，矿井回风巷道总共的通风能力1 1340 m3/min。但是，矿井通风系统改造后矿井的总的通风量可13 000 m3/min～16 000 m3/min。经计算，当通风量为13 000 m3/min 时，所需回风巷道的断面面积为13.5 m2；当通风量为16 000 m3/min 时，所需回风巷道的断面面积为18.9 m2。通过计算可知：当巷道断面面积扩大至13.5 m2时，各个巷道的风阻均降低一个量级。将巷道扩大后的风阻加入通风网络中得出对应通风机的工况为：通风量为176 m3/s=10 560 m3/min，通风机负压为3 316.09 Pa。工况不满足总风量13 000 m3/min 的要求。通过计算可知：当巷道断面面积扩大至18.9 m2时，各个巷道的风阻均降低一个量级。将巷道扩大后的风阻加入通风网络中得出对应通风机的工况为：通风量为255.42 m3/s=13 324.5 m3/min，通风机负压为4 484.5 Pa。工况不满足总风量16 000 m3/min 的要求。将巷道扩大后的风阻加入通风网络中得出对应通风机的工况为：通风量为268.12 m3/s=16 087.2 m3/min，通风机负压为4 377.73 Pa。工况满足总风量16 000 m3/min 的要求[4]。

4 优化改造效果分析

在原通风系统的基础上将回风斜井改为进风井，同时为其增加回风立井，在新增加通风机的基础上，主要对通风设施的巷道断面进行扩大操作。通过分析可知，将巷道断面面积增加至13.5 m2和18.9 m2时，虽然能够在一定程度上缓解风速超限的问题，但是对应的风量无法满足实际需风量的要求。因此，将巷道断面增大至24.5 m2才能够满足实际通风量需求的同时，还能够有效防止巷道风阻超过限值的问题[5]。

5 结论

矿井通风系统是矿井安全生产最基本,最关键的保障系统，主负责为井下采掘工作面提供新鲜空气，降低工作面瓦斯、粉尘浓度。但是，在实际生产中随着工作面的不断推进和相邻工作面的回收关闭等情况均会导致工作面通风情况发生变化，进而导致工作面通风量不足的问题，继而影响工作面的安全、高效生产。本文重点以9101 工作面为例开展研究，并总结如下：

1）9102 工作面的回收封闭导致9101 工作面的供风量远小于其实际需风量。将原通风系统的回风井改为进风井，同时为其新增一个回风立井，采用“三进一回”的通风方式，并为其配置FBCDZ-8-No32/2×600 的通风机；

2）为解决通风量增加导致巷道风速超限的问题，将巷道扩大至24.5 m2，且对应巷道的最大通风量可达16 087.2 m3/min，通风机负压为4 377.73 Pa，满足工作面的采掘所需风量要求，保证矿井的安全生产。