陕西能源赵石畔煤矿中央回风立井改绞期间通风系统优化方案

陕西能源赵石畔煤矿中央回风立井改绞期间通风系统优化方案

程孝珠

中煤第三建设（集团）有限责任公司三十六工程处，安徽省   宿州市 234000

【摘要】陕西能源赵石畔矿业运营有限责任公司赵石畔煤矿项目于2021年7月开工建设，按照项目建设进度安排，准备实施中央回风立井临时改绞工作，待临时改绞完毕后矿井启用主通风机，形成机械式全负压通风系统，矿井通风系统为中央并列式，通风方法为抽出式。矿井为了确保中央回风立井临时改绞前后井下各地点通风可靠，对这一段工程建设期间的通风系统进行优化，提出针对性通风方案，以及相应通风安全管理措施，以便有效指导现场安全建设。

【关键词】通风系统、临时改绞、主要通风机、通风阻力

一、概况

1.1矿井概况

陕西能源赵石畔矿业运营有限责任公司是陕投集团旗下、陕西能源投资股份有限公司的全资子公司。赵石畔矿井及选煤厂项目于2020年10月取得国家发改委核准，2021年7月16日正式开工建设，建设周期52个月，2025年11月建成投产。赵石畔煤矿位于陕西省榆林市榆横矿区（南区），行政区划隶属于陕西省横山区雷龙湾镇、横山镇和靖边县黄蒿界镇境内。地质储量9.63亿吨，可采储量6.02亿吨,煤层赋存简单，开采条件优越。矿井设计生产能力为600万吨/年，服务年限为71.7年。

1.2矿井建设进度

榆横矿区赵石畔煤矿矿井项目二期工程B标段由中煤三建三十六工程处承建，于2022年11月18日正式开工，2023年2月25日实现了主立井、副立井、中央回风立井“三井”贯通。

二、矿井通风系统设计方案

根据矿井中央回风立井临时改绞施工进度，矿井通风系统共分三个阶段，中央回风立井临时改绞前通风系统、中央回风立井临时改绞期间通风系统、中央回风立井临时改绞后通风系统。

2.1中央回风立井临时改绞前通风系统

中央回风立井与主立井贯通后，在主立井南侧管子道巷道内施工1组调节风门，保持原有局部通风，待临时变电所掘进完成后，在临时变电所内（靠近回风立井回风联巷处）施工1组调节风门。巷道掘进期间利用安装在中央回风立井及主立井井口的局部通风机进行供风，其中中央回风立井两趟风筒、主立井一趟风筒，对临时变电所、西翼二号回风大巷、井底车场进行供风，主要通风路线如下：

2.1.1 由掘进一队负责从中央风井底向南施工风井南侧措施联巷、西翼二号回风大巷、主井南侧措施联巷与主井贯通。

掘进工作面采用局部通风机压入式通风方式，局部通风机型号为FBDNO.-8.0/2×45kW，风机设在距中央风井井口北侧20m以外的风机房内，配合Φ1000mm胶质阻燃风筒对井下掘进工作面进行供风。

进风路线：地面风机房局部通风机→中央回风井井筒（风筒）→风井南侧措施联巷（风筒）→西翼二号回风大巷（风筒）→主井南侧措施联巷。

回风路线：主井南侧措施联巷→西翼二号回风大巷→风井南侧措施联巷→中央回风井井筒→地面。

2.1.2由综合二队负责从中央风井北侧措施联巷施工临时变电所与煤仓下口配煤巷贯通

掘进工作面采用局部通风机压入式通风方式，局部通风机型号为FBDNO.-8.0/2×45kW，风机设在距中央风井井口北侧20m以外的风机房内，配合Φ1000mm胶质阻燃风筒对井下掘进工作面进行供风。

进风路线：地面风机房局部通风机→中央回风井井筒（风筒）→风井北侧措施联巷（风筒）→中央变电所。

回风路线：中央变电所→中央回风井北侧措施联巷→中央回风井井筒→地面。

2.1.3由综合三队负责从主井底向北施工煤仓下口配煤巷、煤仓下口2号检修联络巷、井底车场与副井贯通。

掘进工作面采用局部通风机压入式通风方式，局部通风机型号为FBDNO.-8.0/2×45kW，风机设在距主井井口南侧20m以外的风机房内，配合Φ800mm胶质阻燃风筒对井下掘进工作面进行供风。

进风路线：地面风机房局部通风机→主井井筒（风筒）→煤仓下口配煤巷（风筒）→煤仓下口2号检修联络巷（风筒）→井底车场（风筒）。

回风路线：井底车场→煤仓下口2号检修联络巷→煤仓下口配煤巷→主井井筒→地面。

图1：中央回风立井临时改绞前通风系统图

2.2中央回风立井临时改绞期间通风系统

根据现场2023年工程建设计划，到2023年4月中旬开始实施改绞工作，受中央回风立井改绞工程影响，不具备启用主要通风机进行全风压通风条件。基于现状，三井贯通后，仍选用局部通风机供风方案，中央回风立井临时改绞开始后，需拆除中央回风立井井筒内风筒，为保证施工安全，矿井位于地面的三台局部通风机全部入井，将主立井改为进风井，中央回风立井改为回风井，具体通风路线如下：

（一)副立井井底车场

1、调整前

掘进工作面采用压入式通风方式，局部通风机型号为FBDNO.-8.0/2×45kW，风机设在距主井井口南侧20m以外的风机房内，配合Φ800mm胶质阻燃风筒对井下掘进工作面进行供风。

进风路线：地面风机房局部通风机→主立井井筒（风筒）→煤仓下口配煤巷（风筒）

→煤仓下口2号检修联络巷（风筒）→副立井井底车场。

回风路线：井底车场→煤仓下口2号检修联络巷→煤仓下口配煤巷→临时变电所→中央回风立井北侧措施联巷→中央回风立井井筒→地面。

2、调整后

掘进工作面采用压入式通风方式，局部通风机型号为FBDNO.-8.0/2×45kW，风机设在主立井南侧措施联巷内，配合Φ800mm胶质阻燃风筒对掘进工作面进行供风。

进风路线：地面→主立井井筒→主立井南侧措施联巷→主立井南侧措施联巷（风筒）→煤仓下口配煤巷（风筒）→煤仓下口2号检修联络巷（风筒）→副立井井底车场。

回风路线：井底车场→煤仓下口2号检修联络巷→煤仓下口配煤巷→临时变电所→中央回风立井北侧措施联巷→中央回风立井井筒→地面。

（二)中央回风立井北侧措施联巷

1、调整前

掘进工作面采用压入式通风方式，局部通风机型号为FBDNO.-8.0/2×45kW，风机设在距中央风立井井口北侧20m以外的风机房内，配合Φ1000mm胶质阻燃风筒对井下掘进工作面进行供风。

进风路线：地面风机房局部通风机→中央回风立井井筒（风筒）→风井北侧措施联巷（风筒）→中央回风立井井底车场。

回风路线：中央回风立井井底车场→中央回风立井北侧措施联巷→中央回风立井井筒→地面。

2、调整后

掘进工作面采用压入式通风方式，局部通风机型号为FBDNO.-6.3/2×30kW，风机设在主立井煤仓下口配煤巷内，配合Φ800mm胶质阻燃风筒对掘进工作面进行供风。

进风路线：地面→主立井井筒→主立井煤仓下口配煤巷→临时变电所（风筒）→中央回风立井北侧措施联巷

回风路线：中央回风立井北侧措施联巷→中央回风立井井筒→地面。

（三）东翼二号回风大巷

1、调整前

掘进工作面采用压入式通风方式，局部通风机型号为FBDNO.-8.0/2×45kW，风机设在距主立井井口南侧20m以外的风机房内，配合Φ800mm胶质阻燃风筒对井下掘进工作面进行供风。

进风路线：地面风机房局部通风机→主立井井筒（风筒）→主立井南侧措施联巷（风筒）→西翼二号回风大巷（风筒）→东翼二号回风大巷。

回风路线：东翼二号回风大巷→西翼二号回风大巷→主立井南侧措施联巷→主立井井筒→地面。

2、调整后

掘进工作面采用压入式通风方式，局部通风机型号为FBDNO.-8.0/2×45kW，风机设在主立井南侧措施联巷内，配合Φ800mm胶质阻燃风筒对掘进工作面进行供风。

进风路线：地面→主立井井筒→主立井南侧措施联巷→西翼二号回风大巷（风筒）→东翼二号回风大巷。

回风路线：东翼二号回风大巷→中央回风立井南侧措施联巷→中央回风立井井筒→地面。

图2：中央回风立井临时改绞期间通风系统

2.1.3中央回风立井改绞后矿井通风系统

1. 通风系统及通风路线

中央回风立井改绞结束，井架封闭后，启用主要通风机，届时矿井采用中央并列式通风方式，抽出式通风方法。由主、副立井进风，中央回风立井回风，中央回风立井选用FBCDZ№32/2×500型防爆对旋轴流式通风机2台，1台工作，1台备用。

矿井通风路线：（1）主立井→主立井井底南联巷→西翼二号回风大巷→中央回风立井南侧联巷→中央回风立井→地面。（2）副立井→井底车场→消防材料库→井底车场→辅运大巷→风井北侧措施联巷→中央回风立井→地面。

2. 矿井需风量核算

根据基本建设工程计划，主要通风机投入使用后，井下共布置4个综掘工作面，分别是东翼二号回风大巷、辅运大巷、主立井煤仓下口检修联络巷、东翼一号回风大巷。矿井主要用风地点为临时变电所、临时水仓、东翼二号回风大巷、辅运大巷、主立井煤仓下口检修联络巷、东翼一号回风大巷掘进工作面等。根据《煤矿安全规程》及有关规范的规定，在满足井下人员需求和各用风地点稀释瓦斯、风速等要求情况下，矿井需风量采用以下两种方法计算，并选取其中的最大值。

（1）按井下同时工作的最大班下井人数计算。

Q=4×N×K=4×120×1.2=576m3/min=9.6m3/s

式中：

Q——矿井供风量，m3/s；

N——井下同时工作的最多人数，取120人；

K——矿井通风系数，取1.2。

（2）按用风地点风量总和计算

Q =（ΣQ采+ΣQ掘+ΣQ硐室+ΣQ其它）×K

式中：

Q：总需风量，m3/s；

ΣQ采：回采工作面所需风量之和；

ΣQ掘：掘进工作面所需风量之和；

ΣQ硐室：独立通风的硐室所需风量之和；

ΣQ其它：其它用风地点所需风量之和；

K：通风系数，取1.2。

1）回采工作面。目前井下没有，不考虑。

2）掘进工作面。

井下主要需风点为4个掘进工作面，在井底车场附近巷道施工，按综掘工艺考虑，以此进行风量核算。

掘进工作面的实际需要风量，应按照冲淡掘进工作面瓦斯涌出，并考虑局部通风机实际吸风量、工作面温度、无轨胶轮车尾气排放风速和人数等规定要求分别进行计算，并取其中最大值。

①按瓦斯涌出量计算

Qhf=100*qhg*Khf

式中：

qhg—掘进工作面回风流中平均绝对瓦斯涌出量，取2.93m3/min；

Khf—掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.6。

Qhf＝100×2.93×1.6＝468.8m3/min

②按二氧化碳涌出量计算

Qhf=67×qhc×Khc

式中：

qhc—掘进工作面二氧化碳绝对涌出量，取0.47 m3/min；

Khc—掘进工作面二氧化碳涌出不均衡系数，取1.6；

67—按掘进工作面回风流中二氧化碳的浓度不应超过1.5％的换算系数。

Qhf=67×0.47×1.6=50.38m3/min

③按局部通风机实际吸风量计算

Qhf=Qaf×I +60×0.25Shd

式中：

Qaf—局部通风机实际吸风量，选用FBD NO8.0/2×45KW型局部通风机，额定吸风量为460~900m3/min，实际吸风量为650m3/min；

I—掘进工作面同时通风的局部通风机台数，取1；

0.25—有瓦斯涌出的岩巷，半煤岩巷和煤巷允许的最低风速；

Shd—局部通风机安装地点到回风口间的巷道最大断面积，取18.16m2。

Qhf=650×1+60×0.25×18.16

=922m3/min

④按工作面同时工作的最多人数计算

Qhf≥4×Nhf

式中：

N—工作面同时工作的最多人数，交接班时为30人；

4—每人需风量，m3/min。

            Qhf≥4×30=120m3/min

按矿用防爆柴油机车实际需风量计算

根据上述（1）（2）（3）（4）的计算，并参考邻近矿井及类似矿井实际配风情况，综掘工作面迎头配风量为468m3/min。

⑤按风速验算

a）验算最小风量：

Qaf≥60×0.25Shf

b)验算最大风量：

            Qaf≤60×4.0Shf

式中：

Shf—掘进工作面巷道的净断面积，取18.16m2；

0.25—煤巷掘进工作面最低风速；

4—煤巷掘进工作面最高风速。则：

最小风量Qaf≥60×0.25×18.16=272.4m3/min

最大风量Qaf≤60×4×18.16=4358.4m3/min

272.4≤468.8≤4358，即风速符合要求。

通过风速验算，则单个掘进工作面局部通风机安装地点配风量为922m3/min，工作面迎头配风量为468.8m3/min，是合理的。

（3）硐室及其他地点需风。在该工程建设期间，有两个独立通风硐室，即主立井下的临时变电所、临时水泵房，配风量按180 m3/min计。不考虑其他地点用风量。东翼二号回风大巷、辅运大巷、主立井煤仓下口检修联络巷、东翼一号回风大巷掘进工作面局部通风机均安设在井底车场。

所以，按用风地点核算井下风量为

Q =（ΣQ掘+ΣQ硐室）×K

=[922×4+180×2]×1.2=4858m3/min

综合比较1和2两种方法得出的矿井总风量，取其较大者，为4858m3/min。

图3：中央回风立井改绞后矿井通风系统

2.1.3 中央回风立井临时改绞后通风阻力计算

根据现场工程建设，中央回风立井临时改绞后通风阻力计算。

井筒贯通后启用主要通风机，井下配备4个综掘工作面，除了掘进工作面外，还有两个机电硐室（临时变电所、临时水泵房）；为了避免煤仓下口检修联络巷角联通风，在此处构筑两道过车风门，此外，在中央回风立井北侧措施联巷、临时变电所、主立南侧措施联巷在合适位置分别构筑调节风门，控制风流。

矿井主要通风巷道的摩擦风阻计算结果统计到表2-1中。以此为基础网络结构，进行通风网络解算。通风阻力计算见表2-2。从中可见，主立井与中央回风立井贯通后，全负压通风阻力为261.4Pa。

表2-1  矿井主要通风巷道风阻参数计算表

表2-2 通风系统网络解算表

2.1.4 矿井主要通风机运行方案

依据《煤矿安全规程》（2022版）第八十四条，“巷道及硐室施工期间的通风应当遵守下列规定：(一)主井、副井和风井布置在同一个工业广场内，主井或者副井与风井贯通后，应当先安装主要通风机，实现全风压通风”。

赵石畔煤矿使用FBCDZ№32/2×500型通风机为主通风机，计划在中央回风立井临时改绞后，就要投入运行。这期间，主立井和回风立井初次投入使用，井筒因为冻结法施工，井壁温度基本相同，虽然井深超过400m，设计暂时不考虑自然风压影响。为此，进行通风机工况校核。

风机风量：81×1.10=89.1（m3/s）

风机负压：261.4+300=561.4（Pa）

按照风机制造厂商提供的通风机在初期工作运行性能曲线图（图2-3），工作在357rpm，和30Hz条件。通风机因为井口建筑物大，设施多，漏风不可避免，参照圆子沟煤矿建井经验，考虑10%外部漏风率，则通过风机风量89.1m3/s（取90 m3/s）计，在所选定风机性能图里，工况点坐标在（90，561）位置。

通风机工作方案：主通风机叶片最小为-12°，参照图4，主通风机可以工作在-12°的特性曲线上，风量90 m3/s，风机负压561Pa，效率接近70%。或者再将主要通风机频率下调到25Hz,298r/min，其性能曲线图，如图5所示，主通风机可以工作在-6°的特性曲线上，风量90 m3/s，风机负压561Pa，效率大于70%。两个通风机工况点都在合理范围，现场可以结合实际情况确定。

图4  主通风机在变频至357r/min工况的性能曲线图

图5  主通风机在变频至298r/min工况的性能曲线图

三、结论

对于赵石畔煤矿二期建设初期通风系统，分三个阶段进行通风系统设计研究，主立井与中央回风立井贯通后，维持原有通风方式，主、副立井和回风井采用压入通风方式；中央回风立井改绞期间，利用主立井、中央回风立井温差，局部通风机入井，主立井进风、中央回风立井回风；中央回风立井改绞后，主通风机启用，井下布置4个掘进工作面，此时矿井需风量90m3/s，主要通风机的工作负压区间为561.2Pa。

参考文献

[1]豆小勤，矿井通风系统的改造及其效果分析.《山西化工》，2021,第003期.

程孝珠（1989-），男，江苏徐州人，工程师，主要从事矿井技术管理、通风系统管理工作；论文来自陕西能源赵石畔煤矿矿建二期工程B标段巷道掘砌工程项目。