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高阻、网络复杂矿井通风网络优化技术研究与实践

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刘尊杰

摘要：本文针对白庄煤矿较高的矿井通风阻力和复杂的通风网络这一制约矿井安全生产和企业发展的重大通风安全隐患，通过通风网络解算，优化矿井通风方案设计，确定了通风系统改造的最佳方案。通过更换风机、扩修风道、施工并联回风井、调整通风系统等方法，大幅度降低了通风阻力，提高了矿井通风能力，满足了不同时期矿井通风需要，有效地解决了制约矿井安全生产的重大问题。

关键词：高阻;网络复杂;网络优化;研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.060

1 矿井基本情况和通风现状

白庄煤矿位于肥城煤田中西部，矿井现有三个生产水平：-150m水平、-250m水平和-430m水平。矿井通风系统为中央分列抽出式，有-150南风井和-250北风井两个风井，两个通风系统相对独立。-150南风井设两台BD-Ⅱ-8NO24型轴流式主通风机，担负-150m水平和-250m水平3900采区通风，总排风量为5700m3/min，通风机负压为2750Pa。-250北风井设两台G4-73-12NO25D型离心式通风机，担负-250m水平3300、3700采区和-430m水平通风，总排风量5600m3/min，通风机负压为3750Pa。

2 问题提出

通过分析，白庄煤矿通风系统存在以下突出问题：

（1）矿井通风能力紧张。通过对今后2～5年矿井采场接续分析，-150南风井需担负-150m水平、3900采区和-430m水平的通风，预计需要风量为7500m3/min，现有主通风设备和通风网络无法满足要求。-250北风井担负-250m水平3100、3300、3500和3700采区通风，预计需要风量为4500m3/min。

（2）-150南风井通风压力为2750Pa，-250北风井通风阻力为3750Pa，不符合国家安全生产行业标准（AQ1028—2006）要求。

（3）矿井主通风设备不能满足通风的需要。-150南风井主通风机已不能满足需要，-250北风井主通风机设备老化，风机振动超标，运行不稳定，存在安全隐患。

（4）随着矿井由上组煤逐步转向深水平下组煤生产，需及时调整通风负荷。

3 礦井通风改造方案的分析确定、效果预测和实施

3.1 矿井通风改造方案的分析与确定

3.1.1 -150南风井通风改造方案的分析与确定

-150南风井通风系统回风段通风阻力为1796Pa，占-150南风井系统阻力的65%，主要是因为回风段为支护架棚，巷道断面小，通风阻力大，其中南风井的井筒阻力达到712Pa，占-150南风井系统阻力的25.8%。根据采场接续的通风需要，决定由-150南风井担负-150m水平、3900采区和-430m水平的通风，预计需要风量为7500m3/min，现有通风机已不能满足需要。因此，为提高-150南风井的通风能力提出两个方案。

方案一：更换-150南风井主通风机。选用FBCDZ№28型轴流式通风机;对阻力较大的回风块段实施降阻：施工-150南风井并联回风井，井筒直径4.0m，长度153.6米;施工-250并联进风巷，断面13.0m2，长度180米;施工-150m水平东翼回风巷，断面10m2，长度200米，并扩修-150m水平东翼3100轨道、皮带回风上山，共同组成-150东翼并联回风巷，与3200回风山上形成并联回风;施工-430并联回风巷，断面8.6m2，长度600m。

方案二：将-150老副井改造为并联回风井，重新安设主通风设备。

通过方案分析比较，确定采用方案一。

3.1.2 -250北风井通风改造方案的分析与确定

-250北风井主通风机机壳、机体锈蚀严重，振动为4.9mm/s，超过标准值，设备运行存在重大安全隐患。造成-250北风井通风阻力较大的原因：一是与-150南风井通风系统的共用进风段的通风阻力较大;二是通风流程长，达到8500m，尤其是3300、3700采区流程长达2000米，且局部回风巷道受矿压影响，局部通风断面仅3.5m2，通风阻力大，需要在上部采掘地点人为加阻控制风量。

通过分析，确定改造方案：（1）扩修3300、3700采区的回风巷，将小于5m2的巷道全部扩修到不低于5m2;（2）调整-250北风井网络负荷，将-430m水平通风改由-150南风井负担后，-250北风井系统的需风量降至4500m3/min，通过减少主通风机排风量达到降低通风阻力的目的;（3）更换主通风机，将南风井替换下来的BD-Ⅱ-8NO24型轴流式通风机安装至北风井。

3.2 矿井通风改造方案和效果预测

3.2.1 矿井通风改造方案

通过对矿井通风阻力的分析，确定了矿井通风系统7种提改造方案：（1）现有通风系统;（2）-150南风井并联直径4m的回风井后;（3）-150m水平风量控制在600m3/min后（其他通风系统网络不变）;（4）-150m水平风量控制在600m3/min后，-430m水平通风改由-150南风井担负;（5）-150m水平风量控制在600m3/min后，-430m水平和3900采区取消人为增阻;（6）-150南风井通风系统在-150东翼并联回风巷投入使用，并更换主通风设备后;（7）-430m水平西翼通风由-250北风井担负。

3.2.2 矿井通风改造方案

为预测通风系统改造方案实施后的效果，对以上7种调整方案进行了网络模拟解算，通过解算结果得出：

（1）150南风井并联直径4米的回风井筒后，井筒段阻力由原来的712Pa降为195Pa，阻力下降520Pa，主要风机排风量可达6720m3/min，负压2793Pa左右，而-250北风井通风机风量5760m3/min，负压3798Pa，变化不大。此种情况下，-150南风井可为原-250北风井服务的用风地点提供780m3/min风量，通过调整通风网络，调节-250北风井主通风机前导叶，排风量控制在4980m3/min。

（2）-150并联东翼回风巷投入使用、南风井更换大功率主通风设备后，-150南风井主通风机排风量达7800m3/min，矿井总排风量达11280m3/min，能够满足矿井通风需要。

3.3 矿井通风改造方案的实施

矿井通风系统改造方案于2010年2月到2011年11月进行了实施，历时1年9个月，主要工程的完成进度如下：

3.3.1 -150南风井系统

（1）施工了-150并联回风井，直径4.0m，井筒深度153.6米。

（2）将-150南风井的BD-Ⅱ-8-NO24型对旋轴流式风机更换为FBCDZ№28型对旋轴流通风机，于2011年3月7日更换完毕。

（3）调整矿井通风网络，优化通风系统。

①在提高南风井设备能力、网络能力的前提下，将-430m水平通风负荷调至南风井，-150南风井的服务范围为-150m水平、-250m水平的3900采區和-430m水平;-250北风井只为-250m水平服务。②加快-150m水平收缩进程，封闭了7600采区，减少-150m水平需风量。③施工-250m水平并联进风巷，降低了局部阻力。④施工-150m水平东翼回风巷，沟通-150m水平3100回风上山，形成并联回风系统。⑤新掘-430m水平并联回风巷，增大了-430m水平的网络通风能力。⑥为减小7400采区的通风阻力，扩修改造8401出口，并施工钻孔两个，沟通-150m水平西翼总回风巷，改造扩修后做为-150水平西翼总回巷并联风道。⑦扩修改造-150m水平3100回风上山1300m，与-150m水平3200回风上山形成双巷回风系统，降低系统阻力。

通过以上措施，使-150南风井系统的主通风设备能力、通风网络能力大幅增强。

3.3.2 -250北风井系统

（1）扩修了3300、3700采区皮带回风巷600m，降低了通风阻力。

（2）将-250北风井的G4-73-12NO25D型离心式通风机更换为BD-Ⅱ-8-NO24型对旋轴流通风机，于2011年11月14日更换完毕。

4 矿井通风改造方案的效果检验和效益分析

（1）-150南风井主通风机的排风量由5638m3/min增至7739m3/min，风量增加了2101m3/min，通风机负压由2800Pa降至2400Pa，取得了良好的降阻增风效果，为矿井通风网络调整创造了条件。

（2）通过将-250北风井主通风机的叶片角度调整为-5°，通风机排风量由5667m3/min控制到4208m3/min，排风量减小了1459m3/min，通风机负压由3750Pa降为1918Pa，降低了1832Pa，风量、负压均满足国家行业标准。

（3）系统改造完成后，南、北风井的通风压力大大降低，矿井的总排风量增加明显，降低了通风管理难度，提高了矿井的有效风量率，减少了采空区漏风，对消除矿井通风、瓦斯和防灭火的安全隐患意义巨大。

（4）通风系统改造完成后，仅通风机电费一项每年节约52万元。并且矿井风量的大幅度增加，保证了-430m水平的采场接续的用风需要，具备了布置2个回采工作面、7个掘进工作面的能力，每年可增加原煤产量20万吨，增加产值1.2亿元，经济效益非常显著。

5 几点体会

（1）由于自然条件、生产布局的变化（如水平延伸、地质构造、边远地点、矿井不同水平的不同生产时期），势必会造成矿井局部区域供风量不足。通过调整通风网络，合理分配风井设备服务范围是短期内解决局部区域风量不足的较为有效的解决办法。

（2）要充分利用现有通风网络和设备的优势及特点，根据矿井生产的发展需要，及时提出矿井通风系统调整优化改造方案，超前分析论证相当重要。

（3）矿井通风系统优化调整改造要结合具体的实际制定相应的改造方案，利用计算机对方案进行模拟优化是实现通风方案由定性到定量分析的必要前提条件，对改造方案的技术、经济和可行性起决定性作用。

（4）通过调整改造通风网络，施工-150并联回风井，实现了风网特性与主通风机特性相匹配，降低了矿井通风阻力，确保了通风安全，提高了矿井防抗灾能力，间接经济效益更为显著。

（5）矿井通风系统改造是一项长期复杂的系统工程，它随矿井生产布局、开拓延伸等变化不断变化，要经常分析、研究，对影响通风网络的“咽喉”地段要针对性采取措施，要超前考虑，提前采取措施，配足主通风设备能力优化方案，尽最大努力避免矿井新投产不久就更换改造主通风设备的现象。

（6）矿井主通风设备、通风网络要随生产布局变化不断研究调整和优化，最大限度实现设备和网络的最优化，是矿井通风工作中需长期坚持和研究的课题。

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