尹 皓

（山西陽城陽泰集團西溝煤業(yè)有限公司， 山西 陽城 048100）

引言

通風系統(tǒng)是煤礦綜采工作面的“呼吸系統(tǒng)”，其主要功能為工作面作業(yè)人員提供新鮮空氣，降低瓦斯?jié)舛龋湫阅軆?yōu)劣直接決定工作面的安全性和生產效率。在實際生產中往往由于工作面通風系統(tǒng)布置不合理、控制性能不佳，影響礦井的正常生產能力。因此，需結合礦井生產布局的變化和自然環(huán)境的影響對工作面的通風系統(tǒng)進行適時調整，使其通風效率達到最大，為綜采工作面的安全生產奠定基礎[1]。本文對某礦的通風系統(tǒng)進行改造，并對改造后的效果進行驗證。

1 某煤礦通風系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

1.1 工程概況

某煤礦設計生產能力為每年90萬t，經(jīng)對煤礦生產系統(tǒng)兩次改造，目前生產能力每年可達210萬t。該煤礦工作面地層傾角平緩，且傾斜角度為5°；礦井的正常涌水量為230.1 m3/h，受周圍煤礦的影響，需加強該煤礦的探水和防水措施；礦井的絕對瓦斯涌出量為2.19 m3/min，相對瓦斯涌出量為1.3 m3/t，屬于低瓦斯礦井。工作面煤層頂板的主要成分為泥巖和砂質泥巖，平均厚度為2 m；底板為細砂巖和石英砂巖，平均厚度為1 m。經(jīng)探測，該煤礦的儲量為7 815.28萬t，按照當前的生產能力來算該煤礦仍可繼續(xù)服務26年。也就是說該煤礦有改造的必要。

1.2 通風系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，煤礦采用中央并列式通風方式，其中主井和副斜井為進風井，西風井為回風井，即煤礦采用“兩進一回”的通風模式。礦井通風系統(tǒng)的參數(shù)如表1所示，目前為礦井所配置通風機屬于滿負荷運行狀態(tài)。經(jīng)測量可得，礦井兩個進風井的總風量為88 m3/s，礦井西風井的回風總量為90.73 m3/s，即礦井當前處于負壓狀態(tài)，且負壓值大小為1 870 Pa。實際生產中發(fā)現(xiàn)，目前該煤礦通風系統(tǒng)急需解決的問題可歸納為如下幾點：

1）隨著礦井的深入開采，通風系統(tǒng)的運行阻力將會增加；且目前通風系統(tǒng)所采用的通風設備相對較舊，其通風效率低，導致工作面的供風量無法滿足實際生產的需求。因此，急需解決礦井總風量不足的問題。

2）隨著通風系統(tǒng)線路的增加，煤層的開采導致巷道斷面形狀變形，造成礦井風網(wǎng)的通風能力減弱。因此，需對通風系統(tǒng)進行改造，以降低回風阻力[2]。

3）在當前節(jié)能減排生產的大力號召下，應實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)的節(jié)能生產，提升其通風效率。

表1 礦井通風系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

2 礦井通風系統(tǒng)改造方案的確定

2.1 礦井通風系統(tǒng)改造方案的提出

結合當前煤礦通風系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及未來該煤礦的發(fā)展前景，現(xiàn)針對通風系統(tǒng)的改造擬定如下四種方案：

1）基于當前中央并列式通風方式，將以往的G4-28D/400通風機升級為FBCDZ29/630對旋式軸流風機。此外，為實現(xiàn)通風系統(tǒng)的節(jié)能生產，采用變頻技術實現(xiàn)對通風機的控制，確保通風機根據(jù)礦井的需風量控制通風機的運行狀態(tài)。

2）將中央并列式通風方式改造為混合通風方式，并在礦井西側增設一個回風立井。

3）將當前中央并列式通風方式改造為兩翼對角式通風方式，具體措施為將西回風井更改為進風井，并在礦井東西兩側增設回風井。

4）為解決工作面風量不足且通風阻力不斷增大的問題，為通風系統(tǒng)增設輔助通風機。根據(jù)煤礦兩側通風系統(tǒng)的布置情況，在礦井東側和西側分別增加兩套四臺輔助通風機，并保持中央并列通風方式不變[3]。

2.2 礦井通風改造方案的比對與選擇

分析該煤礦通風系統(tǒng)的改造指標，對基于不同改造方案的煤礦通風系統(tǒng)在困難時期下的各項指標進行對比，對比結果如表2所示。

表2 不同改造方案下通風系統(tǒng)的運行參數(shù)

經(jīng)分析可知，方案四的總通風量僅為98.5 m3/s，無法滿足生產能力為210萬t/a的風量要求，故首先排除方案四的改造方案。從改造費用方面比較，方案三的改造費用遠多于方案一和方案二，故再排除方案三的改造方案。改造后礦井的總風壓和通風機總功率比較，方案一中通風機的效率最高。因此，在綜合對比的基礎上，最終選擇方案一的改造方案，即在原中央并列式通風方式的基礎上為其配置最佳通風機，且采用變頻調速系統(tǒng)對其進行控制。

3 通風系統(tǒng)改造方案驗證

經(jīng)上述對通風系統(tǒng)的改造方案進行對比后，最終選擇在原中央并列式通風方式的基礎上為其配置最佳通風機，且采用變頻調速系統(tǒng)對其進行控制。改造后通風機的具體型號為：FBCDZ29/630，屬于對旋式軸流風機，并采用“一用一備”的配置原則為工作面配置兩臺同型號的通風機[4]。

此外，為實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)的節(jié)能生產，基于PLC控制與變頻控制相結合的變頻調速控制技術實現(xiàn)對旋式軸流風機的控制。經(jīng)實踐應用可知，采用變頻調速控制技術對對旋式軸流風機控制后，通風系統(tǒng)的年平均能耗僅為0.327kWh/（mm3·Pa），遠小于國家相關標準所規(guī)定的工業(yè)單耗指標0.44kWh/（mm3·Pa）[5]。

除此之外，在實際應用中方案一工作面總通風量為140.56 m3/s，滿足年生產能力為210萬t的通風量需求135 m3/s；通風機的風壓可達3 680 Pa，通風機的通風效率可達83%。

4 結論

1）改造后，通風系統(tǒng)的年平均能耗僅為0.327 kWh/（mm3·Pa），遠小于國家相關標準所規(guī)定的工業(yè)單耗指標0.44 kWh/（mm3·Pa）。

2）改造后，通風系統(tǒng)的總通風量為140.56 m3/s，滿足年生產能力為210萬t的通風量需求135 m3/s；通風機的風壓可達3 680 Pa，通風機的通風效率可達83%。