薛亮文

（山西西山煤電股份有限公司，山西 太原 030203）

近年來，鎮(zhèn)城底礦煤炭產(chǎn)量大幅上升，超強度開采使得采區(qū)服務年限迅速縮短、工作面出現(xiàn)供風能力不足等現(xiàn)象，對安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅［1］。為解決新采區(qū)集中生產(chǎn)和瓦斯超限等問題，在八字山工業(yè)廣場新建回風立井，存在通風系統(tǒng)優(yōu)化、風機選型、礦井風量分配等難題［2-3］。依據(jù)安全規(guī)程，采用理論分析和現(xiàn)場實測結(jié)合方法，對八字山回風井負擔區(qū)通風方案進行驗算，對綜采工作面風量、掘進工作面風量、其他硐室及獨立用風巷道的實際需風量和通風阻力等參數(shù)核算，并將結(jié)果作為風機型號選擇和生產(chǎn)定量的依據(jù)，對保障安全生產(chǎn)有重要意義。

1 礦井地質(zhì)生產(chǎn)條件

鎮(zhèn)城底礦位于西山煤田西北邊緣，井田面積22.8km2，2005年核定生產(chǎn)能力190萬t/a。由于生產(chǎn)需要，礦井轉(zhuǎn)入新采區(qū)生產(chǎn)，新打八字山回風井?；仫L井場地位于南進風井西側(cè)的溝谷北側(cè)緩坡上，與進風井場地聯(lián)合布置，場地標高＋1 098m～＋1 139m?；仫L立井井口標高＋1 120m，凈直徑6.0m，至8號煤垂深420m。

根據(jù)礦井生產(chǎn)銜接計劃，將由八字山回風井擔負下組煤采區(qū)的回風任務，由現(xiàn)有歇馬村回風井擔負南二采區(qū)及南六上組采區(qū)通風任務。八字山回風井服務區(qū)域容易時期的生產(chǎn)布局如下：下組煤采區(qū)布置1個采煤工作面、2個煤巷掘進工作面、1個巖巷掘進工作面、1個采區(qū)變電所、1個瓦斯抽采泵站、1個注氮硐室；困難時期的生產(chǎn)布局如下：下組煤采區(qū)布置1個采煤工作面、1個備用工作面、2個煤巷掘進面、2個巖巷掘進面、1個采區(qū)變電所、1個瓦斯抽采泵站、1個注氮硐室。

2 礦井風量分配

2.1 綜采工作面風量計算

1）按井下適宜的氣候條件計算［見式（1）］

式中：Q采為采煤工作面需風量，m3/min；v采為適宜風速，m/s，取1.0m/s；S采為平均有效斷面面積，m2；k采面長為長度調(diào)整系數(shù)；k采高為采高調(diào)整系數(shù)；70%為有效通風斷面系數(shù)；60為單位換算產(chǎn)生的系數(shù)。

2）按瓦斯涌出量計算

南六上組采煤工作面預計最大絕對瓦斯涌出量為23m3/min，在工作面回采前提前進行本煤層預抽，并在回采期間進行本煤層鉆孔抽采、裂隙帶抽采、上隅角抽采后，預計風排瓦斯量為7.05m3/min；下組煤采區(qū)采煤工作面預計最大絕對瓦斯涌出量為35m3/min，工作面回采前提前進行本煤層預抽，并在回采期間進行本煤層鉆孔抽采、裂隙帶抽采、上隅角抽采及高抽巷抽采后，預計風排瓦斯量為9.41m3/min。工作面風量計算如式（2）。

式中：q采為采煤工作面回風流中瓦斯絕對涌出量，m3/min；k采為瓦斯涌出量不均衡備用風量系數(shù)；125為回風流中瓦斯?jié)舛炔怀^0.8%換算系數(shù)。

南六上組采煤工作面：Q采＝125×q采×k采＝125×7.05×1.7＝1 500m3/min。

下組煤采區(qū)采煤工作面：Q采＝125×q采×k采＝125×9.41×1.7＝2 000m3/min。

根據(jù)上述工作面配風計算，取其中最大值作為采煤工作面最低配風量。因此，南六上組采區(qū)采煤工作面最低配風量為1 500m3/min，下組煤采區(qū)采煤工作面最低配風量為2 000m3/min。

Q采小＜Q采＜Q采大，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

2.2 掘進工作面風量計算

1）按瓦斯涌出量計算［見式（3）］

南六上組采區(qū)煤巷掘進面預計絕對瓦斯涌出量為2.2m3/min；南六上組采區(qū)巖巷掘進面預計絕對瓦斯涌出量為1.2m3/min。下組煤采區(qū)掘進面預計絕對瓦斯涌出量為3.8m3/min，采取“邊掘邊抽”的掩護掘進措施后，預計風排瓦斯量為2.4m3/min；下組煤采區(qū)巖巷掘進面預計絕對瓦斯涌出量為1.6m3/min。

式中：Q掘為掘進面實際需要風量，m3/min；q掘為掘進面回風流中瓦斯絕對涌出量，m3/min；k掘為掘進面瓦斯涌出量不均衡備用風量系數(shù)；125為掘進面回風流中瓦斯?jié)舛炔怀^0.8%換算系數(shù)。

南六上組采區(qū)煤巷掘進面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×2.2×1.7＝468m3/min。

南六上組采區(qū)巖巷掘進面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×1.2×1.7＝255m3/min。

下組煤采區(qū)煤巷掘進面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×2.4×1.7＝510m3/min。

下組煤采區(qū)巖巷掘進面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×1.6×1.7＝340m3/min。

2）按炸藥量計算［見式（4）］

式中：A掘為掘進面一次爆破所用的最大炸藥量，kg。

3）按工作面同時工作人數(shù)計算［見式（5）］

式中：N掘為掘進面同時工作的最多人數(shù)，取交接班時人數(shù)；4為每人需風量不小于4m3/min。

根據(jù)上述工作面配風量計算，取其中最大值作為掘進面最低配風量。因此，南六上組采區(qū)煤巷掘進面最低配風量為468m3/min，南六上組采區(qū)巖巷掘進面最低配風量為255m3/min，下組煤采區(qū)煤巷掘進面最低配風量為510m3/min，下組煤采區(qū)巖巷掘進面最低配風量為340m3/min。

Q掘?。糛掘＜Q掘大，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

依據(jù)經(jīng)驗，南六上組及下組煤采區(qū)巖巷掘進面安設局部通風機巷道配風量達到800m3/min，南六上組及下組煤采區(qū)煤巷掘進面安設局部通風機巷道配風量達到1 000m3/min，可滿足要求。

2.3 其他硐室及獨立用風巷道的實際需風量計算

參考礦井生產(chǎn)區(qū)域硐室實際配風情況，根據(jù)經(jīng)驗對采區(qū)變電所、瓦斯抽采硐室、注氮硐室各配風180m3/min。

井下其他巷道的需要風量必須保證巷道的最低風速不能低于0.25m/s。根據(jù)經(jīng)驗，對巷道的沖洗風取為200m3/min。

3 礦井通風阻力和風機選型參數(shù)

3.1 礦井通風阻力和通風負壓

礦井通風阻力采用式（6）計算［4］：

式中：α為摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；l為巷道長度，m；q為通過巷道的風量，m3/s；s為巷道凈斷面，m2；p為巷道凈周長，m。

經(jīng)計算，八字山回風井通風容易時期，回風井回風量166.8m3/s，通風負壓1 576Pa；通風困難時期，回風井回風量239.0m3/s，通風負壓2 627Pa。

3.2 風機選型參數(shù)

根據(jù)風量計算，礦井通風困難時期，八字山回風井所負擔南六下組和上組煤采區(qū)的最低需風量為14 340m3/min，負壓為2 627Pa；礦井通風容易時期，八字山回風井所負擔區(qū)域的最低需風量為9 612m3/min，負壓為1 595Pa。

考慮漏風及局部阻力損失，則風機所需：

4 工程應用

根據(jù)風量及負壓要求，八字山回風井主要通風機選擇2臺DBK54-8No.30防爆對旋軸流式通風機，一運、一備，電機功率2×560kW，額定風量135 m3/s～285m3/s，額定風壓1 500Pa～4 500Pa。2014年9月，在八字山回風井主要通風機投入使用后，在礦井通風處于容易時期，進行了風機特性曲線和礦井各用風地點有效風量實測［5］，結(jié)果見圖1和表1。

4.1 風機運行實測

圖1 實測風機性能曲線

由圖1知，風機工況點風量Q＝210m3/s，風壓h＝3 610Pa，效率84.7%，風機運行平穩(wěn)、安全，工況點均處于合理狀態(tài)。

4.2 用風地點有效風量實測

對各個用風地點按照風量、實際溫度和風速等指標測定，得到表1各參數(shù)。分析可知，各地實際供風滿足需要，溫度和風速均在安全規(guī)程要求范圍之內(nèi)。

表1 各用風地點有效風量驗證

5 結(jié)論

1）經(jīng)計算，八字山礦井負擔區(qū)需要風量為7 003m3/min。通風容易時期，回風井回風量166.8m3/s，通風負壓1 576Pa；通風困難時期，回風井回風量239.0m3/s，通風負壓2 627Pa。

2）根據(jù)風量及負壓要求，八字山回風井主要通風機選擇DBK54-8No.30型防爆對旋軸流式通風機2臺，一運、一備。

3）現(xiàn)場實測表明，風機運行平穩(wěn)、安全，工況點均處于合理狀態(tài)，用風地點有效風量滿足需求。

［1］ 裴昌合.易燃煤層綜放工作面安全配風量計算方法及實踐［J］.煤炭科學技術(shù)，2008，36（7）：45-47，95.

［2］ 劉栓貴，郭一正.煤礦在用壓入式主要通風機性能測定方法探討［J］.陜西煤炭，2015（2）：35-37.

［3］ 李儉霞，彭倫天，盧建波.煤礦主要通風機自適應監(jiān)控系統(tǒng)的研制［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2012，39（s）：116-118.

［4］ 李振華.淺談國內(nèi)煤礦主要通風機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.機械管理開發(fā)，2013（3）：189-190.

［5］ 謝雄剛，周林鋒，胡鯉庭，等.大灣煤礦通風系統(tǒng)特征及通風能力核定［J］.煤炭科學技術(shù)，2012，40（2）：56-59.