浅谈梅花井煤矿进回风立井构建辅助通风系统的技术应用

马 巍

（国家能源集团宁夏煤业梅花井煤矿通防部，宁夏灵武750411）

摘要 梅花井煤矿副立井和回风立井施工到位后，为了进一步开拓+588水平车场和+697水平车场，回风立井与副立井井下矿建工程开始施工后，需要在回风立井和副立井范围形成稳定可靠的通风系统，但因回风立井井口安装有井架及提升绞车等施工机械，立井主通风机房、风硐、安全出口等工程的施工暂不具备施工条件，故无法提前安装主通风机形成立井系统的全风压机械式通风，其次考虑到井筒提升和运料出渣的井筒断面有限，在地面安装局扇沿井筒布置多趟局部通风的方法非常困难，难以保证施工期间井下掘进工作面的通风安全。为保证+588水平、+697水平车场各掘进巷道通风系统合理、风量充足、风流稳定，各掘进面“一通三防”系统满足《煤矿安全规程》规定，因此进回风立井需要构建进回风通风系统。

关键词 主通风机 风量 系统优化 安全生产

1概 况

梅花井煤矿为宁东能源化工基地的配套矿井，井田位于鸳鸯湖背斜东翼中部。井田南北走向长11 km，东西倾向宽6.5 km，面积为71.3 km2。梅花井煤矿总体开拓方式为分区、分煤组、单水平上下山开拓，以+850 m水平标高为界分上下两个区域开采。矿井一期建设为斜井多水平开拓，采用中央并列式通风系统，抽出式通风方法，矿井已形成由主斜井、1#副斜井、2#缓坡副斜井进风，回风斜井回风的“三进一回”通风系统。矿井现装备BD-II-10-NO.30型轴流式对旋主要通风机两套，配套电机为2× 355 kW，一套运转，一套备用。通风机额定风量为74～210 m3/s，额定风压为3200～350 Pa。

梅花井煤矿副立井和回风立井施工到位后，在副立井井口、回风立井井口各安装一套2×30 kW的局部通风机，形成“双风机、双电源自动切换”功能，目前副立井、回风立井井底风筒出口风量分别为312 m3/min和248 m3/min，两井筒的局部通风正常，井筒风速、风量符合《煤矿安全规程》规定。立井系统的+588 m水平车场和+697 m水平车场的开拓掘进工程即将全面展开，依照立井基建工程施工排队计划，将先在+588 m水平车场自回风立井向副立井依次掘进三煤组回风联络巷、变电所通道及副立井井底+588 m水平车场的一部分，最后与副立井贯通，形成井底通风通道，然后再施工+697 m水平车场各矿建单项工程、实施副立井的改绞，以确保立井系统基建工程的全面铺开。回风立井与副立井井下矿建工程开始施工后，需要在回风立井和副立井范围形成稳定可靠的通风系统，但因回风立井井口安装有井架及提升绞车等施工机械，立井主通风机房、风硐、安全出口等工程的施工暂不具备施工条件，故无法提前安装主通风机形成立井系统的全风压机械式通风，其次考虑到井筒提升和运料出渣的井筒断面有限，在地面安装局扇沿井筒布置多趟局部通风的方法非常困难，难以保证施工期间井下掘进工作面的通风安全。为保证+588 m水平、+697 m水平车场各掘进巷道通风系统合理、风量充足、风流稳定，各掘进面“一通三防”系统满足《煤矿安全规程》规定，因此进回风立井需要构建进回风通风系统。

2立井施工初期通风系统设计方案

2.1设计方案

经过对两立井现有通风状况分析，结合立井施工的实际，决定待副立井与回风立井在+588水平贯通后，在+588 m水平车场构筑一组隔断式风门，在风门墙体上施工一组长×宽×高（3000 mm×1800 mm× 1800 mm）的风道，并安装2套4台大功率辅扇，形成以自然风压和辅扇机械通风共同作用下的全风压通风系统，满足立井车场施工初期的井下通风需要。整个通风系统实施方案分三个步骤：

（1）使用回风立井地面原有的局部通风机为回风立井井底+588水平西马头门方向施工的三煤组回风联络巷掘进供风，保证掘进期间的正常通风。

（2）待+588 m水平三煤组回风联络巷贯通后，在副立井井底东马头门侧安装辅扇，使形成以自然风压和辅扇机械通风共同作用下的全风压通风系统。

（3）进、回风立井全风压通风系统形成后，将回风立井的风筒提升至+697 m水平，为回风立井的局部通风机为+697 m水平各掘进工作面提供风量，同时回撤进风立井的风筒，实施立井的改绞工作。

2.2通风系统调整实施步骤

（1）将回风立井内的风筒沿至+588 m水平西马头门方向敷设至三煤组回风下山的掘进工作面迎头，要求风筒出风口距离迎头不超过10 m。

（2）待+588水平三煤组回风联络巷贯通后，在副立井东马头门侧施工两道隔断风门，隔断风门的间距为10 m，并在风门墙体上预留足够位置，在风门墙体上安装2套同功率同等能力的4台大功率辅扇，两台局扇为一套，采用“双风机双电源”自动切换功能，两台辅扇互为备用。形成以自然风压和辅扇机械通风共同作用下的全风压通风系统，以保证+588 m水平的通风系统稳定、可靠，各个掘进工作面的风量满足要求，具体要求如下。①选择尺寸为800 mm（宽）×1800 mm（高）的风门，墙体厚度为600 mm，掏槽宽度为800 mm。②辅扇选择2台FBCZNo18/55的局部通风机，局部通风机的尺寸为1800 mm （直径）×3430 mm（长）。

3形成辅扇通风的全风压通风系统后的风量计算

3.1辅扇的选型

因为选择辅扇的工作原理是负压通风，在夏天的时候，属于通风困难时期，此时辅扇的选型应该满足+588 m水平、+697 m水平各掘进工作面的风量与自然通风风量之和。在冬天的时候，属于通风容易时期，此时辅扇的选型应该满足+588 m水平、+697 m水平各掘进工作面的风量与自然通风风量之差。3.1.1 +588 m水平、+697 m水平各掘进工作面需风量计算

（1）三煤组井底车场联络巷掘进所需风量。① 按照瓦斯涌出量计算需要风量：Q=0。② 按炸药量计算需要风量：Q=25×4=100 m3/min。③ 按人数计算掘进工作面需要的风量：Q=4×50=200 m3/min。④ 按局部通风机实际吸风量计算所需风量（按2×30 kW的风机计算）:Q=400 m3/min +0 m3/min =400 m3/min。⑤ 按风速进行验算：Q≥9×8.9 m3/min=81 m3/min。Q≤240×8.9 m3/min=2136 m3/min。

按照①, ②, ③, ④, ⑤取最大值，则+588水平井底车场掘进工作面所需风量为400 m3/min。

（2）+588水平井底车场联络巷掘进工作面。① 按照瓦斯涌出量计算需要风量：Q=0。② 按炸药量计算需要风量：Q=25×4=100 m3/min。③ 按人数计算掘进工作面需要的风量：Q=4×50=200 m3/min。④ 按局部通风机实际吸风量计算所需风量（按2×30 kW的风机计算）:Q=400 m3/min +0 m3/min =400 m3/min。⑤ 按风速进行验算：Q≥9×8.9 m3/min =81 m3/min。Q≤240×8.9 m3/min =2136 m3/min。

按照①、②、③、④、⑤取最大值，则+588 m水平井底车场掘进工作面所需风量为400 m3/min。则+588水平所需总的风量为：

Q+588水平=400 m3/min+400 m3/min=800 m3/min。

（3）+697水平井底车场掘进工作面。①按照瓦斯涌出量计算需要风量：Q=0。②按炸药量计算需要风量：Q=25×4=100 m3/min。③按人数计算掘进工作面需要的风量：Q=4×50=200 m3/min。④按局部通风机实际吸风量计算所需风量（按2×30 kW的风机计算）:Q=400 m3/min+0 m3/min=400 m3/min。⑤按风速进行验算：Q≥9×20.09 m3/min=181 m3/min。Q≤240×20.09 m3/min=4822 m3/min。

按照①、②、③、④、⑤取最大值，则+697水平井底车场掘进工作面所需风量为400 m3/min。

（4）+697水平井底车场联络巷掘进工作面。①按照瓦斯涌出量计算需要风量：Q=0。②按炸药量计算需要风量：Q=25×4=100 m3/min。③按人数计算掘进工作面需要的风量：Q=4×50=200 m3/min。④按局部通风机实际吸风量计算所需风量（按2×30 kW的风机计算）:Q=400 m3/min+0 m3/min=400 m3/min。⑤按风速进行验算：Q≥9×8.9 m3/min=81 m3/min。Q≤240×8.9 m3/min=2136 m3/min。

按照①、②、③、④、⑤取最大值，则+697水平井底车场掘进工作面所需风量为400 m3/min。

则+697水平所需总的风量为∶Q+697水平=400 m3/min+400 m3/min=800 m3/min。

3.1.2计算进、回风立井需风量Qf

Qf=k×Qm

式中：Q f——主要通风机的工作风量，m3/s；

Qm——矿井需风量，m3/s；

k——漏风损失系数，风井不提升用时取1.1；箕斗井兼作回风用时取1.15；回风回升降人员时取1.2。

Qf=1.2×（800 m3/min+800 m3/min）=1920 m3/min。

3.1.3井巷摩擦阻力计算

式中：Hr——区段井巷的摩擦阻力；

L——区段井巷的长度，m；

U——井巷的断面周长，m；

S——井巷的净断面积，m2；

Q——区段井巷通过的风量，m3/s；

α——区段井巷的摩擦阻力系数，NS2/m4。

通过计算得到进、回风立井总的摩擦阻力为32.69 Pa。则通风系统总阻力为hm=39.23 Pa。

3.1.4自然风压的计算

矿井在夏天时为通风困难时期，矿井在冬天时为通风容易时期。进、回风立井井筒的地面标高为+1354 m，经测定夏天进风立井井口温度为20℃，回风立井井口温度为25℃。冬天时进风立井井口温度为2℃，回风立井的井口温度为25℃。采用平均密度法计算自然风压见图1。

图1计算自然风压图

HN=（Z1-2ρ1-2g+Z2-3ρ2-3g+Z3-4ρ3-4g+Z4 - 5ρ4 - 5g-Z5 - 6ρ5 - 6g）；

经过对井下各点的绝对压力、温度、湿度的测量，计算出夏天时的自然风压为0.362 Pa。冬天时的自然风压为292.7 Pa。

3.1.5计算辅扇风压

容易时期：Hsdmin=hm+hd-HN

困难时期：Hsdmax=hm+hd+HN

式中：hm——通风系统的总阻力；

hd——通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力；取150~200 Pa；

HN——自然风压，当自然风压与通风机风压作用相同时取“+”；自然风压与通风机负压作用反向时取“-”。

则根据以上公式计算出：通风容易时期的通风机风压为239 Pa。通风困难时期的通风机风压为532 Pa。

3.2风机选型

根据（Hsdmin, Qf）、（Hsdmax, Qf）两组数据，查通风机的个体特性曲线图表，选择适合的主要通风机，根据FBCZ局部通风机性能参数（表1，图2），选取4台FBCZNo18/55以上的局部通风机，方可满足辅扇的要求，我矿拟选取4台FBCZNo18/75的局部通风机作为辅扇使用。

表1通风机性能参数表

图2 FBCZ局部通风机主要性能参数

4利用辅扇构建通风系统的优、缺点

4.1优点

（1）利用辅扇系统控制和调节井下风流是一种非常有效和灵活的方法，通过对+588 m辅扇系统的构筑，解决了矿井通风系统和主要通风机装置安装尚未完善时，矿井生产接续及矿井开拓延伸与矿井风量不足之间的重要矛盾。

（2）通过辅扇通风系统的构筑，为矿井增加风量2506 m3/min，杜绝了矿井不合理串联风和循环风的存在，减轻了主扇的工作压力，降低了矿井通风阻力和电能的消耗，保证了+850 m以下各掘进工作面的风量充足，各掘进工作面温度均有明显的下降，确保了掘进工作面作业环境的良好性。为矿井生产接续及开拓系统的延伸保驾护航。

4.2缺点

辅扇系统虽然暂时解决了矿井风量不足等一系列的重大难题，但在我矿应用过程中存在一系列问题。

（1）辅扇在日常管理中存在辅扇风筒与风道连接口处因为风压过大，风筒容易撕裂，容易造成通风系统不稳定、不可靠。

（2）辅扇的安装及应用在矿井的生产过程中，根据矿井的开拓等各类因素的不同而呈现出不同的形态，在应用过程中还存在着诸多问题尚待解决。不断探索、改进辅扇在矿井开拓时期的应用，推进辅扇应用技术走向不断成熟的道路。

5保证辅扇连续运转的措施

（1）通风队必须对备用通风机进行全面检查、检修，确保备用通风机完好备用。

（2）通风队必须定期对辅扇的双回路供电系统进行检查和维护。

（3）辅扇必须采用“双风机双电源”自动切换功能，且每星期切换一次。

（4）辅扇的电气及机械部分每月要进行一次全面检修，辅扇检修时，必须编制安全技术措施，经本单位分管领导签审后，由矿总工程师批准方可实施。

（5）矿井辅扇中有一机一旦突然停电停风或因故障不能正常运行时，辅扇专职看管人员必须立即对辅扇进行切换，备用风机必须在10分钟内起动。

（6）通风队必须加强对运行辅扇的日常检查和管理。通风队每班必须安排一名人员对运行辅扇的运行状态、电控系统进行现场巡查，每班除有1名辅扇专职看管人员外，另安排对辅扇通风机机械、电气维修熟练的钳工、电工各1名，必须持证上岗。每30分钟上述人员对辅扇通风机机械设备、供电线路、电控设备等全面检查，并建立相应的专项检查记录，由检查人员定时填写、签字。

参考文献

［1］国家安全生产监督管理总局．煤矿安全规程［M］．北京：煤炭工业出版社，2011.

［2］张国枢．通风安全学［M］．徐州：中国矿业大学版社，2011.

作者简介

马 巍，1984年出生，工程师，2007年7月毕业于西安科技大学，现任职于神华宁夏煤业集团梅花井煤矿通防部，从事“一通三防”技术管理工作。