礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及主扇改造技術(shù)研究

＊馮 超

（1.山西環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司 山西 046000 2.山西潞安化工集團(tuán)五陽煤礦 山西 046000）

引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)為礦井建設(shè)生產(chǎn)中的重要組成部分，隨著采掘銜接向深部開采，通風(fēng)系統(tǒng)路線變長(zhǎng)，通風(fēng)阻力加大，通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造是保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)科學(xué)化管理的重要手段之一，通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化將對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)況下存在的問題進(jìn)行改造升級(jí)，最終達(dá)到降阻優(yōu)化并提供通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)能力的結(jié)果。

1.礦井西風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)概況及原主扇性能概述

礦井西風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)概況：XX礦目前核定生產(chǎn)能力為400萬噸/年，礦井通風(fēng)系統(tǒng)為多風(fēng)井系統(tǒng)，采用混合式通風(fēng)方式。回風(fēng)井有三個(gè)，分別為南風(fēng)井、北風(fēng)井和西風(fēng)井，通風(fēng)方法均為抽出式；進(jìn)風(fēng)井四個(gè)，分別為主斜井、副井1、副井2和南進(jìn)風(fēng)井。西風(fēng)井主扇擔(dān)負(fù)區(qū)域?yàn)槎蓞^(qū)和五采區(qū)，未來二采區(qū)和五采區(qū)將布置七個(gè)回采工作面，分別為519工作面、520工作面、521工作面、522工作面、202工作面、206工作面和208工作面。

西風(fēng)井主扇概述：西風(fēng)井安裝兩臺(tái)2K60-4№28型軸流式風(fēng)機(jī)，承擔(dān)著為二采區(qū)、五采區(qū)的生產(chǎn)供風(fēng)任務(wù)，主扇安裝葉片角度為36°，工況為：風(fēng)壓為2940Pa，主扇排風(fēng)量為7200m3/min。

2.西風(fēng)井通風(fēng)阻力分布分析

西風(fēng)井擔(dān)負(fù)區(qū)域二采區(qū)路線和五采區(qū)路線通風(fēng)阻力分布情況見圖1。

圖1 通風(fēng)阻力分布圖

由圖1可知，回風(fēng)區(qū)阻力偏高，阻力分布不合理。主要原因是由于回風(fēng)區(qū)巷道斷面較小。建議對(duì)二采區(qū)回風(fēng)區(qū)、五采區(qū)回風(fēng)區(qū)和西風(fēng)井總回風(fēng)區(qū)進(jìn)行降阻優(yōu)化。

3.西風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案

(1)方案內(nèi)容

3#軌道巷改為進(jìn)風(fēng)，5#進(jìn)風(fēng)巷調(diào)整為西風(fēng)井回風(fēng)巷，開掘二采區(qū)總回風(fēng)巷，對(duì)西風(fēng)井1#總回風(fēng)巷和2#軌道巷進(jìn)行擴(kuò)斷面改造，二采區(qū)回風(fēng)經(jīng)由二采區(qū)總回風(fēng)巷、2#軌道巷、西風(fēng)井總回風(fēng)巷回至西風(fēng)井。

(2)工程量匯總

①新開掘的二采區(qū)總回風(fēng)巷斷面按20m2錨網(wǎng)支護(hù)考慮；

②2#軌道巷擴(kuò)斷面至20m2（二采區(qū)回風(fēng)），錨網(wǎng)支護(hù)；

③1#總回風(fēng)巷均擴(kuò)斷面至20m2，錨網(wǎng)支護(hù)；

④五采區(qū)施工一條回風(fēng)大巷，斷面16m2，錨網(wǎng)支護(hù)；

⑤建議將原西進(jìn)風(fēng)井改造為西風(fēng)井并聯(lián)回風(fēng)井來解決回風(fēng)井風(fēng)速超限問題。

4.西風(fēng)井通風(fēng)困難時(shí)期通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)研究

西風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)改造升級(jí)后，應(yīng)盡可能考慮礦井可能存在的通風(fēng)困難程度。根據(jù)二采區(qū)和五采區(qū)的開采范圍及兩者可能存在的時(shí)間關(guān)系，把西風(fēng)井服務(wù)范圍劃分為以下三個(gè)假定的情況：

一是五采區(qū)正?；夭?，期間二采區(qū)備用，均配備掘進(jìn)銜接工作面；

二是五采區(qū)和二采區(qū)共同回采，均配備掘進(jìn)銜接工作面；

三是五采區(qū)回采結(jié)束，采區(qū)封閉，二采區(qū)回采。

(1)五采區(qū)正?；夭?，二采區(qū)備用通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)分析

預(yù)測(cè)在五采區(qū)通風(fēng)困難時(shí)期，521工作面回采，522工作面兩順槽掘進(jìn)，在五采區(qū)正頭考慮1000m3/min的不可預(yù)見風(fēng)量（含備用或回收工作面風(fēng)量），同時(shí)考慮一個(gè)采區(qū)變電所和一個(gè)材料硐室。

五采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)依據(jù)五采區(qū)設(shè)計(jì)及五采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)改造方案（施工專用回風(fēng)巷回風(fēng)）。

根據(jù)五采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)，進(jìn)行礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬解算，主要結(jié)果見表1。

表1 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬解算

此階段，存在的主要問題是1#回風(fēng)巷和西風(fēng)井井筒風(fēng)速超限，其中1#回風(fēng)巷風(fēng)速達(dá)8.8m/s，西風(fēng)井井筒風(fēng)速達(dá)到18.3m/s。

(2)五采區(qū)和二采區(qū)共同回采通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)分析

如果五采區(qū)工作面已經(jīng)貫通形成系統(tǒng)，同時(shí)東周村搬遷在短時(shí)間內(nèi)完成，則二采區(qū)工作面可具備回采條件，即與五采區(qū)存在同時(shí)回采的可能性。

根據(jù)上述假設(shè)，進(jìn)行二采區(qū)與五采區(qū)工作面同時(shí)回采的可能性分析（僅從通風(fēng)系統(tǒng)角度分析）。

目前，在二采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)是由西進(jìn)風(fēng)井或南大巷通過3#皮帶巷進(jìn)風(fēng)，經(jīng)過3#軌道巷/皮帶巷，通過二采區(qū)總回風(fēng)巷（新掘）、1#回風(fēng)巷和2#回風(fēng)巷回至西風(fēng)井，二采區(qū)回風(fēng)與六采區(qū)回風(fēng)通過六采區(qū)回風(fēng)巷南端分區(qū)設(shè)施分開。

根據(jù)上述系統(tǒng)預(yù)測(cè)，進(jìn)行兩采區(qū)同時(shí)生產(chǎn)時(shí)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)解算，主要結(jié)果見表2。

表2 回采通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)分析

此階段，存在的主要問題與前述相同，1#回風(fēng)巷和西風(fēng)井井筒風(fēng)速超限，其中1#回風(fēng)巷風(fēng)速達(dá)9.8m/s，西風(fēng)井井筒風(fēng)速達(dá)到20.3m/s。

(3)五采區(qū)回采結(jié)束，采區(qū)封閉，二采區(qū)回采預(yù)測(cè)分析

從礦井底板等高線來看，二采區(qū)往西煤層埋深逐漸加深，參考臨近601工作面瓦斯涌出量，煤層埋深，瓦斯含量逐漸加大，故推測(cè)二采區(qū)等工作面瓦斯涌出量會(huì)有增大趨勢(shì)，在這種情況下，這幾個(gè)工作面回采時(shí)配風(fēng)量應(yīng)參考601工作面配風(fēng)，配風(fēng)量應(yīng)不低于2000m3/min，而從解算結(jié)果來看，在西風(fēng)井主扇負(fù)壓達(dá)到3920Pa時(shí)，524回采工作面風(fēng)量只能達(dá)到1000m3/min，達(dá)不到需風(fēng)要求，需要進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造。

在東周村搬遷完成后，二采區(qū)回采工作面可具備生產(chǎn)條件，屆時(shí)，二采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)完成改造升級(jí)。

表3 回采區(qū)預(yù)測(cè)分析表

由上述解算結(jié)果可知，二采區(qū)系統(tǒng)改造后（各增加一條進(jìn)、回風(fēng)巷的情況下），二采區(qū)困難時(shí)期二采區(qū)布置“一采一備兩掘進(jìn)”情況下，回采工作面風(fēng)量能達(dá)到1865m3/min。此時(shí)，1#回風(fēng)巷風(fēng)速為8.7m/s，西風(fēng)井筒風(fēng)速為17.9m/s。

5.西風(fēng)井主扇改造方案

上述預(yù)測(cè)建立在東周村搬遷的假設(shè)基礎(chǔ)之上。如果假設(shè)成立，根據(jù)上述通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)，現(xiàn)主扇滿足不了二采區(qū)正常生產(chǎn)時(shí)的排風(fēng)能力需求，需要進(jìn)行主扇改造和采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)改造。

西風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)改造升級(jí)后，應(yīng)盡可能考慮礦井可能存在的通風(fēng)困難程度。根據(jù)五采區(qū)和二采區(qū)的開采范按照上述分階段用風(fēng)點(diǎn)布置時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)解算分析各時(shí)期主扇運(yùn)行工況預(yù)測(cè)見圖2。

圖2 各時(shí)期主扇運(yùn)行工況預(yù)測(cè)圖

西風(fēng)井主扇型號(hào)為2K60-4№28型，由于服務(wù)時(shí)間較長(zhǎng)的原因，設(shè)備存在電機(jī)發(fā)熱、配件難購(gòu)等問題，如果對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造困難較大。根據(jù)以上不同階段困難時(shí)期對(duì)西風(fēng)井進(jìn)行選型參數(shù)預(yù)測(cè)。確定AGF606-2.8-1.8-2型軸流式風(fēng)機(jī)，配套電機(jī)功率1250kW×2，并配套變頻調(diào)速裝置。詳見圖3新主扇性能曲線圖。

圖3 新主扇性能曲線圖

圖3中黑色曲線為新主扇性能曲線，a曲線為現(xiàn)西風(fēng)井主扇性能曲線，①②③點(diǎn)為上述各時(shí)期滿足生產(chǎn)用風(fēng)時(shí)的預(yù)測(cè)工況點(diǎn)，④點(diǎn)為現(xiàn)況下西風(fēng)井主扇工況點(diǎn)。

從西風(fēng)井新主扇性能曲線來看，性能曲線范圍滿足五采區(qū)及二采區(qū)正常生產(chǎn)時(shí)的工況需求。

6.結(jié)束語

（1）通過以上對(duì)比分析，西風(fēng)井主扇改造后，配合井下通風(fēng)系統(tǒng)改造，可以基本滿足五采區(qū)及二采區(qū)生產(chǎn)用風(fēng)需求。

（2）由于二采區(qū)通風(fēng)距離長(zhǎng)，通風(fēng)困難，二采區(qū)通風(fēng)路線必須改造。對(duì)于1#回風(fēng)巷和西風(fēng)井井筒超速的問題，必須進(jìn)行改造降阻，同時(shí)通過加強(qiáng)二采區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)管理，減少無效風(fēng)量。

（3）單個(gè)主扇擔(dān)負(fù)多采區(qū)通風(fēng)任務(wù)時(shí)，主扇匹選型分析應(yīng)結(jié)合礦井實(shí)際生產(chǎn)情況，確定未來通風(fēng)困難時(shí)期，如果選擇的困難時(shí)期不合理，將導(dǎo)致未來開采接替期間主扇風(fēng)量不足，最終導(dǎo)致采掘失衡。

（4）本次研究充分考慮XX礦未來西風(fēng)井擔(dān)負(fù)區(qū)域各采區(qū)可能出現(xiàn)的采掘變化情況內(nèi)，通過與原主扇的匹配性分析，確定原主扇性能無法滿足未來全礦井通風(fēng)需求；并根據(jù)本次研究結(jié)果確定了XX礦西風(fēng)井新主扇型號(hào)，為西風(fēng)井主扇改造提供了理論依據(jù)。