煤矿井下通风系统设计及应用效果研究

  煤矿井下通风系统设计及应用效果研究

周永吉

陕西澄合合阳煤炭开发有限公司 陕西省 渭南市 715300

摘要：本文旨在探讨和解决某大型煤矿在通风系统中的一系列问题。具体而言，这些问题包括：主井口的进风流量过大；主斜坡道的进风负压不足；部分区域存在一定程度的漏风现象；以及回风系统中存在较大的风阻损耗。为了解决上述问题，我们推行了一系列的改善措施，比如增加密闭墙的数量并将它们进行并联运行，同时引入空气幕技术；调整回风风机的工作状态；优化通风管道的布局；修复已经出现破损的密封墙；以及彻底清理总回风通道。经过这些改进后，我们成功地提高了整个通风系统的效率，确保了井下的风量供应和空气质量达到安全标准。

关键词：通风系统；进风量；风机风压；

1  煤矿井下通风系统设计概述

某煤矿的主要含煤地层主要分布在石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。由于其主采盘区的煤层稳定性较差，煤层的伪顶为厚度约为0.7米的粉砂岩，而直接顶则由厚度为6.2米的细砂岩构成。尽管该煤矿属于低瓦斯矿井，但是目前仍然采用单翼对角抽出式通风系统为井下作业区、会采区和运输巷道等区域提供新鲜空气，以置换井下的污浊空气。采煤与洗刷作业面产生的污染空气会通过独立的送风巷道汇聚至-5#中段的集中排风道，然后通过地表口安装的抽风风机进行污风排放。然而，在实际操作过程中，部分局扇并没有与排风筒直接连接，而是采用了发散式排风方式。根据测量数据显示，最远的局扇与排风筒之间的距离达到了14.5米，这使得该区域的污风排放效果并不理想。此外，我们还发现，某煤矿矿井的部分工作面和回采巷道的空气环境欠佳，即使加大风机的送风量也无法显著提升空气质量。因此，我们需要对通风系统进行优化设计，调整各个区域的通风状况，以确保井下作业空气环境的舒适度。

2. 矿井通风系统的优化设计

2.1 矿井通风系统需求的测定

为了实现对矿井通风系统的优化，我们首先需要精确掌握通风参数的需求。为此，我们采用了高可靠性的设备，充分考虑了测点布置的合理性，对巷道端面、风速、风机风压以及电机功率等通风相关参数进行了全面的测定。在此基础上，我们对测量设备进行了详细的统计和分析。

2.1.1 巷道端面面积的精确测定

我们在巷道的最大宽度位置使用BSD302型激光测距仪对其宽度进行准确测量，接着根据所得到的最宽数值，将巷道均匀划分为若干等分，然后逐个测量这些等分数下相应的巷道高度，从而得出各部分巷道的平均高度，最终将这些平均高度相乘即可得出通风巷道的端面面积。

2.1.2 巷道内风速的精准测定

对于巷道内风速的测定，我们采用在同一端面的多个不同点进行多次测量，然后取其平均值的方式。具体来说，当巷道截面积小于或等于10平方米时，我们需要在该截面上均匀布置6个测点；若巷道截面积介于10至15平方米之间，则需均匀布置9个测点；而当巷道截面积超过15平方米时，则应均匀布置12个测点。

在每个测点上，我们都要进行至少三次风速的测量，以确保每次测量结果的误差不会超过5%，最后再将这几次测量的结果取平均值。然而，由于测量人员在测量风速的过程中会占用巷道空间，因此我们需要对所测得的风速进行适当的修正。

2.1.3 风机风压的精确测定

风机风压的测定可以通过专门的测定仪器直接读取，主要包括井下排风风机前后的风压值以及井上抽风风机前后的风压值。

2.1.4 电机功率的精确测定

我们可以利用功率表直接测量风机电机的电流和电压值，并据此显示出功率因数，从而计算出电机的输入功率。经过实际测定，我们发现某煤矿的主井进风量高达73.66立方米每秒，占到了整个矿井总进风量的38.77%，这表明箕斗井同时承担了进风井的功能，并不符合设计规范；此外，主斜坡道的进风量明显不足，而-4#中段、-5#中段和-12#中段均仅依靠斜坡道进行通风；部分巷道存在严重的漏风现象；井下设置辅扇区域处未设置风墙，导致内部循环量过大，但总体通风效果不佳；回风系统的风阻损失较大。

2.2 矿井通风系统的优化设计

为了解决上述通风系统测定中所发现的问题，我们提出了如下优化方案：

1）针对主井进风量过大的问题，我们计划在-1#中段和-11#中段的井底车场与联络段之间增设一堵密闭墙，并安装两台并联运行的空气幕，这样既能有效降低主井通风风速，进而减少主井进风量。

2）在测量风压之后，我们发现由于受到自然风压的影响，主斜坡道可能会出现反向风流的情况。为此，我们计划在斜坡处设置并联运行的辅扇型空气幕，以提高风压，抵消自然风压的影响，同时也能够通过辅扇灵活地调整主斜坡道的风流方向和风压大小。

3）为了规避主斜坡道进风量匮乏的问题，以及如何改善-4#中心水平面、-5#中心水平面至-12#中心水平面均仅依赖于斜坡道进风这一现状，我们决定加大-9#中心水平面902-903节点处的回风风机排风量，经过调整后的风机运行状态参数如下：风量范围在18.8～35.5立方米每秒之间，风压设定值为838帕斯卡。同时，我们也对-11#中心水平面1124～1127节点处的辅助风扇运行状态进行了相应调整，使其风量范围在27.58～44.8立方米每秒之间，风压设定值为959帕斯卡，并且增设了风墙以增强通风效果。

4）为了进一步完善矿井通风系统，我们决定将-4#、-6#、-7#、-8#、-9#、-11#等六个中心水平面的接替回风井调整为进风井，而中部的接替风景则转变为回风井，从而构建出全新的通风通道。

5）经过详细测量，我们发现-4#、-5#、-6#三个中心水平面存在一定程度的漏风现象，主要原因在于密封墙的密封性能有所下降。因此，除了修复密封墙之外，我们还在-6#和-9#两个中心水平面设置了风门，以确保通风构筑物的处理方式更加合理。

6）针对回风系统风阻损失较大的问题，我们在探测过程中发现-3#中心水平面的总回风通道内存在积水和堆积物，于是立即组织人员进行清理，清理完毕后，回风系统的风阻明显得到了降低。

3 应用效果

在对某煤矿矿井通风系统实施优化改造之后，我们再次对矿井的通风系统进行了全面测定。结果显示，优化后的通风系统能够满足各个需风点的风量和风压需求，尽管空气质量合格率仍然存在部分未达到标准的情况，但是整体上已经取得了显著提高。其中，有效风量提升了大约两倍，其他各项监测指标也都达到了设计要求。

4 结语

为了提升某煤矿通风系统的实用性，对该系统进行相关数据测量，探究系统存在的问题，然后提出对应的优化改进方法，形成以下结论：

1）对矿井通风系统相关巷道端面、风速、风机风压以及电机功率等参数的测定方法和测定方式进行分析，通过测定发现原通风系统主井进风量73.66m3/s，箕斗井兼做了进风井；主斜坡道进风量不足，而-4#、-5#和-12#中段依靠的斜坡道进风风量不足；存在漏风现象；井下设置辅扇区域处没有设置风墙，内部循环量大，但整体通风性不强；回风系统的风阻损失较大等问题。

2）加设密闭墙，设置并联运行空气幕，降低主井通风量；调整主斜道回风风机工况，并联运行辅扇型空气幕调节主斜道风流方向和风压；调整-4#、-6#、-7#、-8#、-9#、-11#六个中段的接替回风井改为进风井，中部的接替风景为回风井，形成全新的通风通道；修复密封墙并增设风门等通风构筑物解决漏风问题；清理-3#中段总回风通道积水和堆积物，降低回风系统风阻。

3）经过对优化后的通风系统参数测定，风量和风压均满足需求，空气质量明显提升，有效风量提升约2倍，其他监测指标也都满足了设计需求。

参考文献

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