唐家会煤矿通风系统优化及效果分析

唐家会煤矿通风系统优化及效果分析

窦文聪

淮河能源西部煤电集团 色连二矿，内蒙古 鄂尔多斯 017000

一、矿井通风系统现状及存在问题

1、矿井概况

唐家会煤矿位于内蒙古自治区准格尔旗薛家湾镇西北约4km处，矿井属低瓦斯矿井。主采煤层为6#煤层，平均厚度为18.93m的长焰煤，煤尘爆炸指数36.9%。矿井采用斜—立井混合开拓方式，即主斜井、副立井和回风立井，大巷采用“三巷制”，自东向西依次布置辅运大巷、主运大巷和回风大巷。矿井为一个盘区开采，设计生产能力9.0 Mt/a，于2017年1月23日正式生产，正常采掘按一采一备二掘布置。

2、矿井通风系统基本情况

矿井采用中央并列式通风方式，主斜井、副立井进风，回风立井回风。回风立井安装2台FBCDZ-№36型对旋轴流式通风机（一主一备），双回路供电，电机额定功率2×710kW，转速590r/min，电压10kv。目前矿井运行2#风机，叶片角度0°，频率33HZ，风机负压958Pa，矿井总进风量8626m³/min，总回风量8892m³/min，有效风量7849m³/min，有效风量利用率91%，矿井等积孔5.9m²，属通风容易矿井。

3、矿井通风系统存在的问题

唐家会煤矿通风系统目前主要存在以下3个方面的问题：

1、矿井仅布置一条回风大巷承担全矿所有用风地点的回风，其巷道断面积为20m²。按矿井主要进、回风巷风速最高不得超过8m/s计算，回风大巷的最大回风量为9600 m³/min，而主通风机额定风量为8460～24000m³/min，通风机能力不能完全发挥。

2、矿井为水文地质条件复杂矿井，防治水工程严重影响矿井正常生产接替。为保证正常接替，矿井采掘布置改为一采一备六掘，矿井需风量增加，而回风大巷目前风速为8892÷60÷20=7.41m/s，已接近风速临界标准。

3、回风立井布置在井田北侧边界，随着矿井生产向边远延伸，通风线路不断加长，矿井需风量和通风阻力将会持续增加。

鉴于矿井通风系统实际存在的问题，并结合矿井现状和未来生产发展需要，亟需对矿井通风系统进行优化改造，为井下作业人员提供一个良好的作业环境，为矿井产生更好的经济效益。

二、矿井通风系统优化方案

在优化改造矿井通风系统制定方案时，应严格遵循技术效果良好、运行安全可靠、工程投入费用低、产出效益高，以及便于管理的原则。根据矿井采掘规划和现有生产布局，优化改造矿井通风系统可通过刷大回风巷道断面以减少矿井回风系统通风阻力或增加并联回风巷道的方式实现。

1、通风系统优化方案介绍：

方案一：将回风大巷断面扩刷至24m²，解除回风大巷回风能力所受到的限制。若备用工作面配风量按采煤工作面的50%计，约1000m³/min，届时矿井正常生产期间的总回风量将达到10000m³/min。届时回风大巷风速为10000÷60÷24=6.94m/s，为比较理想的风流速度。

方案二：在矿井回采巷道及原有巷道的基础上施工一条回风通道，实现与回风大巷并联通风，降低通风系统总阻力，提高矿井回风能力。即在一盘区西翼胶带机巷最北端往右侧施工一盘区西翼回风巷至风井北马头门联巷巷顶，然后采用反井钻施工5个钻孔与风井北马头门连通。

2、方案对比

2.1、工程量对比方面：

方案一需从61201回风顺槽三岔门处开始扩刷至回风立井下口，扩刷巷道工程量长度约430m；方案二掘进巷道工程量246m，反井钻孔工程量63m；方案二工程量较小。

2.2、施工难易程度方面：

方案一巷道断面较大，多数为架棚喷浆巷道，且在回风大巷内施工，施工安全威胁大、环境差、效率低、工期较长；方案二安全威胁小、锚连网支护简单、施工效率高、工期较短；方案二施工较为容易。

2.3、通风流程、阻力方面：

方案一虽然增加通风断面解决了风速临界问题，但对于回风大巷依赖性太强，通风流程未改变；方案二施工的5个反井钻孔相当于增加一个风井回风通道，钻孔总断面7.5m²，可通过最大风量为6×60×7.5=2700m³/min，能够满足一个采面和一个掘面同时作业，既能分担回风大巷部分回风有效解决风速临界问题，又能够降低矿井通风阻力；方案二较为合理。

2.4、施工工程费用方面：

方案一：回风大巷采用锚网喷支护，局部采用架棚喷浆支护，需将巷道断面扩刷至24m²，施工工程量430m。经测算，人工费平均5200元/m，材料费3500元/m，所产生的工程费用：430×（5200+3500）=3741000元。

方案二：一盘区西翼回风巷采用锚网喷支护，巷道规格5.5m×3.8m，施工工程量246m。经测算，人工费3842元/m，材料费2500元/m，所产生工程的费用：246×（3842+2500）=1560132元；反井钻孔为外委承包，每个钻孔施工费用60000元，所产生的工程费用：60000×5=300000元；总计费用：1560132+300000=1860132元。通过对比方案二施工可节省工程费用：3741000-1860132=1880868元。

综合以上分析对比，方案二更为经济、合理。

三、主要创新点

1、利用矿井回采巷道和原有废弃巷道。

根据矿井生产接替，2019年11月份回采61207工作面，后期还将回采61208工作面。目前矿井在一盘区西翼正在施工辅助运输巷和胶带机巷，因此可以利用为工作面回采做准备的巷道作为需要施工回风巷道的一部分。回风立井北马头门在2015年4月份施工40m后进行封闭，将风井北马头门启封并加以利用，可以进一步缩小回风巷道施工工程量。

2、利用反井钻孔代替回风巷道。

因一盘区西翼回风巷与风井标高差31.6m，若直接通过7.4°下山施工与风井北马头门贯通，需要穿过6#煤底板砂岩，因其岩性较硬，综掘机无法施工，需采用炮掘作业，效率较低。因此通过调整巷道施工坡度待掘进迎头施工见6#煤底板时刚好至风井北马头门联巷顶部，然后采用反井钻施工5个钻孔与北马头门贯通。

四、经济社会效益

1、通风系统优化效果分析

1.1、根据唐家会煤矿近两年矿井通风数据分析结果：主要通风机风量、负压、功率与其运行频率（≥20Hz）的关系即主要通风机运行频率每调整1Hz，其风量变化237m3/min、负压变化51Pa、功率变化9.75Kw。本次通风系统优化后矿井总进风量9072m³/min，总回风量9386m³/min，增加494m³/min，相当于在同等风量的前提下风机的功率降低20.32Kw，每年节约电费20.32×24×365×0.7=124602元；再加上主通风机输入功率较优化前降低165-153=12Kw，每年节约电费12×24×365×0.7=73584元。风机的运行效率更高，每年共计节约电费198186元。

1.2、通风系统优化后风机负压810Pa，降低148Pa，风机的低负压运行更有利于矿井的防灭火管理工作。

1.3、通风系统优化后回风大巷的风速超限问题得到解决，风速由7.41m/s降至6.54m/s，保证矿井正常生产接替。

1.4、通风系统优化后矿井形成两条回风巷回风，不但对以后的通风系统调控更方便，更能提高矿井的抗灾变能力，为矿井的长期发展创造有利条件。