整合煤礦通風系統(tǒng)優(yōu)化設計研究

劉 浡

（山西焦煤集團投資有限公司，山西 太原 030024）

1 選題背景

西山煤電集團西銘礦2011年實現(xiàn)資源整合，將附近一些小型礦井進行合并，實現(xiàn)了本礦生產(chǎn)能力的提高，同時避免了小煤礦開采對資源造成的浪費。該礦井目前主采煤層為3號煤，共劃分9個采區(qū)，現(xiàn)開采五采區(qū)和七采區(qū)。井田范圍共布置4條風筒，其中主斜井、副斜井和進風立井進風，回風立井回風，總進風能力可達364m3/s，而回風井最大風量僅有108m3/s，且回風立井阻力大，無法滿足礦井后期風量增加的需要。因此，該礦原有礦井開采完繼續(xù)開采整合后新增區(qū)域煤炭前，為保證煤礦連續(xù)生產(chǎn)，減少通風阻力，改善礦井通風現(xiàn)狀，提高礦井抗災能力，需對該礦原有通風系統(tǒng)進行優(yōu)化。

2 礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問題

西銘礦采用中央分列式通風方式，抽出式通風方法，通風機風量供給為5860m3/min。反風方式為風機反轉(zhuǎn)。現(xiàn)有回風立井直徑為3.5m，斷面為9.6m2，風速13.2m/s。

該礦現(xiàn)開采五采區(qū)和七采區(qū)，主要通風路線為：

（1）五采區(qū)工作面

新鮮風：副斜井→＋800m西集中輔運大巷→四、五采區(qū)輔運巷→工作面運輸順槽→工作面；

污風：工作面→工作面回風順槽→四、五采區(qū)回風巷→總回風巷→回風立井→地面。

（2）七采區(qū)工作面

新鮮風：進風立井→北翼集中輔運大巷→七采區(qū)輔運巷→工作面運輸順槽→工作面；

污風：工作面→工作面回風順槽→北翼集中回風大巷→七采區(qū)回風巷→總回風巷→回風立井→地面。

該礦通風系統(tǒng)存在的主要問題有：

（1）由于回風立井所處位置為南部采空區(qū)，現(xiàn)主要開采北部區(qū)域，通風風路較遠，通風阻力較大。

（2）礦井進風井筒較多，總斷面較大，回風井筒少，相對來說總斷面小，回風段的通風阻力大。

（3）隨著技術的提高，開采深度逐漸增加，工作面壓力必然越來越大，地溫也會升高，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風量，因回風井斷面較小，風量增加較困難，已無法滿足繼續(xù)深部開采的需求。

3 通風系統(tǒng)優(yōu)化方案

礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化主要為回風系統(tǒng)優(yōu)化，常采用的優(yōu)化方案有新建回風立井、擴刷原回風立井以及進風立井和回風立井功能互換等方式。由于進風立井帶有提升裝備，擔負礦井升降大件、矸石提升的任務，因此，進、回風立井功能互換也需擴刷改造回風立井、安裝提升裝備、新建井口房、絞車房、綜采設備庫等，改造工程量大且回風立井場地狹窄，難以改造，不予考慮。擴大原回風立井，影響生產(chǎn)，安全性差，設計予以舍棄。因此，本次方案主要考慮新建回風立井方案。初步提出如下三種方案：

方案一：將擬新建回風立井的位置選在進風立井場地北側(cè)

將擬新建回風立井的位置選在進風立井場地北側(cè)約70m處。井筒落底于3號煤層底板，通過總回風巷和北翼集中回風大巷相連，形成全礦井的通風系統(tǒng)。新回風立井的垂直深度為243m，井筒凈直徑為6m，凈斷面積為28.26m2，井筒內(nèi)裝備有梯子間，兼做礦井的安全出口，新井建成后全礦井的回風全部由新回風井承擔，原有回風井廢棄。

方案二：小西銘村西北新建回風立井

在小西銘村西北井田邊界處新選址，建一回風立井。井筒落底于3號煤層底板，通過總回風巷和西二集中回風大巷相連。新回風立井建成后原回風井繼續(xù)使用，新回風立井和原回風立井分別承擔北區(qū)和南區(qū)的回風任務，且該井筒直徑也為6m，凈斷面也為28.26m2，深度為400m，比較深，同樣也裝備有梯子間兼做安全出口。

方案三：擬新建回風立井選址在原有回風井場地附近

在原有回風立井場地新建一深度為215m的回風立井，承擔全礦井的回風任務，井筒凈直徑6.0m，凈斷面28.26m2，井筒落底于3號煤層底板巖層中，通過總回風巷和北翼集中回風大巷相連，形成全礦井通風系統(tǒng)。新回風立井建成后原回風立井廢棄。

4 優(yōu)化方案選擇

4.1 方案三優(yōu)缺點分析

以上三個方案比較來看，方案三優(yōu)點在于擬新建回風立井位于原回風立井場地附近，場地集中，既方便施工，利用既有設施設備，又方便建成后的集中管理。但存在如下缺點：

（1）新建回風立井井筒落底處位于斷層附近，且相鄰巷道較多，需做巖巷和北集中回風大巷相連；

（2）進場公路雖已形成，但需從公園穿過，施工期間污染較大，需另修進場公路，增加了投資；

（3）回風立井對于北部采區(qū)來說，通風阻力較大，北部采區(qū)開采時回風井的運營費用高。

因此，相對來說，方案三實施難度大，工期長，投資大，運營費用高，予以淘汰，對方案一和方案二作進一步的分析比較。

4.2 方案一和方案二比較分析

將方案一和方案二的經(jīng)濟技術指標進行比較，如表1所示。

表1 通風系統(tǒng)優(yōu)化方案經(jīng)濟指標對比表

方案一的優(yōu)點主要有：

（1）可充分利用相鄰進風立井的設施設備，供電路線比較簡單，且較短，后期管理方便；

（2）井巷工程量小，工期短，安全風險小，投資成本低；

（3）新建井筒位于井田中央，可實現(xiàn)全礦井通風的均衡性；

（4）井筒施工場地未增加壓煤，而是選在現(xiàn)有的保安煤柱內(nèi)，避免了資源的浪費；

（5）新井筒建成后，原有回風立井廢棄，只設置一個回風井即可滿足全礦井回風需求，方便管理，同時也節(jié)約了運營成本。

本著節(jié)約施工成本、縮短施工工期、降低安全風險的原則，決定優(yōu)選方案一。

4.3 改造后的通風系統(tǒng)

根據(jù)井田地質(zhì)條件、開采技術條件以及礦井改造后的開拓布置，改造后礦井仍采用中央分列式通風系統(tǒng)。礦井分別由3條井筒進風，即現(xiàn)有主斜井、副斜井和進風立井，全礦井回風由新建的回風立井擔負。改造后的通風系統(tǒng)為：

（1）五采區(qū)工作面

新鮮風：副斜井→＋800m西集中輔運大巷→四、五采區(qū)輔運巷→工作面運輸順槽→工作面；

污風：工作面→工作面回風順槽→四、五采區(qū)回風巷→北翼集中回風大巷→總回風巷→新回風立井→地面。

（2）七采區(qū)工作面

新鮮風：進風立井→北翼集中輔運大巷→七采區(qū)輔運巷→工作面運輸順槽→工作面；

污風：工作面→工作面回風順槽→七采區(qū)回風巷→北翼集中回風大巷→總回風巷→新回風立井→地面。

5 新建回風井通風機選型

通風改造后的通風參數(shù)：

風量：容易時期：155m3/s

困難時期：155m3/s

負壓：容易時期：1420.2Pa

困難時期：2086.8Pa

根據(jù)礦井風量、阻力的變化情況以及國內(nèi)通風設備的技術特征，本設計確定回風立井選用對旋式軸流風機，根據(jù)風機必需的風量和靜壓，選用FBCDZ-8-№28A型對旋軸流通風機兩臺，一臺工作，一臺備用。每臺通風機配備兩臺電動機，且兩臺電動機同時工作，電動機選用YBFe560M1-8隔爆型交流鼠籠式異步電動機，額定功率為400kW，最大轉(zhuǎn)速為740r/min，變頻調(diào)速。

6 結(jié)語

西銘礦通過新增回風井優(yōu)化通風系統(tǒng)，并且配備了適合該礦通風的通風機，增大了礦井的回風量，減小了通風阻力，保證了礦井的連續(xù)生產(chǎn)，同時確保了煤礦的安全生產(chǎn)，提高了礦井的抗災能力。