矿井通风系统优化升级改造在三元煤矿的应用

彭建辉

（山西晋能集团长治有限公司 三元煤矿，山西 长治 046000）

我国的大、中、小型煤矿，经过多年的开采、矿井的延伸、布局的变化、生产能力的增大、开采深度的加深，开采的地质条件更加复杂，很多矿井的通风条件与矿井设计之初有了很大变化，造成不少矿井的通风能力与生产能力不匹配，风机老化、效率低、能耗高、经济效益低等多种现象，严重影响了矿井的生产和安全，也影响了煤矿工人的安全健康，成为矿井发展的瓶颈，因此必须改造和优化通风系统。三元煤矿通风系统的技术改造状况现予以分享。

1 三元煤矿通风系统改造前的情况

1）矿井通风系统及大巷布置方式：采用立井开拓，共建三个立井。矿井广场布置有一个主立井和两个副立井。主立井为箕斗提煤兼回风井、副立井为运送人员和材料兼进风井，并在井田南部布置一专用回风立井。通风为中央并列对角混合式，开采3号、9号、15号煤层。根据煤层赋存，先开采3号煤层，水平标高+620 m。根据开拓部署及煤柱留设，3号煤层共分三个采区，（中央区、南翼区、北翼区）。主立井担负中央区和北翼区的回风，南翼风井担负南翼区的回风。由于3号煤层无煤与瓦斯突出危险及冲击地压、煤层不易自燃，故回风大巷沿煤层顶板布置，轨道大巷、皮带大巷沿煤层底板布置。采区轨道大巷和皮带大巷进风，回风大巷回风。回采工作面采用综采放顶煤采煤，煤厚7.2 m，通风方式“U’型（一进一回） 后退式通风，其中运输顺槽运煤兼进风，回风顺槽辅助运料兼回风。

2）矿井风机选型及风量分配：矿井通风为机械抽出式。南翼风井选用FBCDZ—8—№28型主通风机，主井选用2K58№28型主通风机，为双风机联合通风。掘进工作面采用机械压入式通风，局部通风机均为FBDY系列。全矿总回风量105 m3/s。矿井配风量，如表1所示。

表1 矿井风量分配表

2 三元煤矿通风系统改造的必要性

1）矿井瓦斯涌出量不断加大：煤层埋藏深度由北向南逐渐增加，煤层底板等高线呈北高南低之势。根据井田瓦斯地质基本规律，瓦斯含量一般随埋藏深度加大而增加。三元煤矿2013年底，北部区域采区已采大部，南部区域采区由于瓦斯含量较高，目前处于规划设计阶段。2013年鉴定为高瓦斯矿井，因此更要加大瓦斯管理。三元煤矿的矿井埋深与瓦斯涌出量关系，见图1。据图分析：煤层瓦斯涌出量与煤层埋深虽呈不规则性，但矿井瓦斯绝对涌出量不断增大。根据生产矿井地质报告，煤层瓦斯含量随煤层埋深的增加逐渐加大。加之南部采掘工作面瓦斯涌出量的初步统计，回采工作面平均绝对瓦斯涌出量可达9.8 m3/min。为保矿井安全生产，根据国家相关规范，必须加大南翼区生产期间的风排瓦斯力度。现矿井考虑南翼生产期间，加大矿井通风能力。

图1 三元煤矿的矿井埋深与瓦斯涌出量的关系图

2）矿井采区接续变化的需要：按照一般采区接替顺序，应先开采煤层赋存简单、开采技术条件较好的的采区。三元煤矿据此规则，先采瓦斯含量较低的北翼区，采用循序渐进策略开发。而矿井回风井设于南翼，北翼区生产期间的通风路线过长，故需改造矿井通风系统。

3）矿井通风阻力的不断增大：北翼一采区1309工作面困难时期阻测路线通风阻力分布，见图2。由图知，采区阻力占据比例较大。但目前三元煤矿主采一采区、二采区，而三采区会在未来一到三年内进行布置及开采工作。南翼风井担负二采区和未来四采区回风任务，而主井主要担负一采区和三采区的回风任务。南翼风井回风任务较轻松，因为四采区目前还未列入开采计划，但主井回风任务较繁重，图表中显示其通风阻力为980 Pa，而三采区掘成后，通风阻力会增加一倍之多，即2 000 Pa左右，通风路线长达6 000 m。但目前主井的风机为2K58№28型老式主通风机，其使用时间较长且为箕斗兼回风，风量增加、负压增加必然导致风机运行不稳定，且粉尘较大，故增加中央回风井分担主井回风任务迫在眉睫。

4）箕斗提煤兼回风存在的隐患：目前，三元煤矿的主立井为箕斗提煤兼回风，漏风率已超过15%。导致通风机的效率降低，耗电增加。加之回风与提煤混合，不仅要对风量进行控制，瓦斯浓度也要严格监测。但主立井的主通风机若加大风量必然超限，且会影响整个通风系统的稳定性，所以要对通风系统进行改造。

图2 北翼一采区1309工作面困难时期阻测路线通风阻力分布图

3 三元煤矿通风系统改造的方案选择

1）针对三元煤矿采区接替顺序变化及南翼生产期间瓦斯涌出较大情况，确定采用分区式通风方式进行改造，本次提出两个方案。①一方案：在中央采区（工业场地西北侧）增设中央回风立井，负责中央采区及北翼采区回风，南翼回风立井负责南翼三个采区回风，担负南二、南三采区生产期间矿井瓦斯抽采任务。副立井、主立井担负全矿井进风任务。②二方案：在中央采区巷道西端井田边界处，增设中央采区回风立井，并在北翼区（南寨村及七里坡村之间）增设北翼回风立井，中央采区回风立井负责中央采区回风，北翼回风立井负责北翼采区回风，副立井、主立井担负全矿井进风任务。

2）方案不同之处在于：二方案是同时为中央采区及北翼采区增设了回风立井，使得矿井北翼采区及中央采区分区通风。本次设计对两种方案进行通风网络模拟计算，进行技术经济比较。可以看出，虽然二方案实现了中央采区、北翼区分采区通风，增加了矿井通风系统的稳定性，但存在井筒工程量大、压煤量大、投资高的缺点。一方案虽然最大通风阻力稍大，但仍在合理通风阻力范围内，对通风系统稳定性并无明显变化；且对中央采区及北翼采区生产准备并无相互影响，降低了矿井通风管理难度。一方案可节约煤炭资源约2.1 Mt，可节省投资约2 440万元。因此，一方案具有较大优势，本次决定使用一方案改造通风系统。

4 三元煤矿通风系化改造后的效果

1）改造后的通风网络。将原来的“一进两回”的中央混合式改造为“两进两回”的中央分区式通风，大大降低了井下的通风总阻力，为矿井后期生产奠定良好基础。

2）减少矿井的通风费用，提高安全系数：改造完成后，主井主通风机弃置不用。主井由过去的回风改为进风，瓦斯浓度得到有效控制，风量得到有效分配，提高了矿井的安全系数。井下用于维护通风设施的费用、维护主井的费用均得以消除。虽然矿井前期投资较大，但大大缓解了后期北翼三采区开采时所带来的通风维护费用。

3）矿井总风量富裕程度提高：由原来的7 300 m3/min提升到现在的10 600 m3/min，全面满足井下各瓦斯抽放钻场、掘进面的供风需求。也为后期建设地面瓦斯泵站赢得了时间。

5 结束语

（1）本次通风系统改造，降低了矿井北翼区生产期间的通风阻力。中央回风立井的建立，很大程度上降低了矿井通风阻力，提高了矿井通风系统的稳定性。（2）增加了矿井南北翼安全出口。中央回风立井的设立，使得矿井北部增加了安全出口，提高了矿井防灾抗灾能力。（3）降低了矿井通风系统运行成本。矿井通风阻力的降低，进而节约了矿井通风管理和耗电成本，降低了矿井通风系统运行成本。（4）综上所述，三元煤矿通过设立中央回风立井，提高了矿井通风系统的稳定性、安全性、经济性，意义重大。

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