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铜锣坪煤矿通风系统优化改造方案探讨

发布时间：2018-05-25

福建煤电股份公司罗红星

摘要：本文通过对福建省属铜锣坪煤矿通风系统存在问题进行分析，在充分调研的基础上，结合矿井实际，提出重新施工全岩通风上山、扩巷安装辅扇和施工区段通风上山并安辅扇等三个可供选择方案。经过方案综合对比，确定最优方案。技术改造后可达到预期效果。

关键词：通风系统优化改造研究

0.引言

福建省煤矿多数为小型煤矿，已开采年限长，基本上进入深部开采，矿井普遍存在生产条件差、地温高、地压大、围岩破碎和通风系统不够完善等问题，需引起重视并分析研究解决。主要原因：一是矿井通风系统复杂、通风线路长、通风阻力大；二是上水平通风系统受到周边煤矿的入侵破坏，通风系统不完善；三是矿井有效风量率较低、矿井及采区进风量偏小；四是回风巷道受采动影响变形严重，巷道失修，维护难度大。本文通过对福建省属铜锣坪煤矿通风系统存在问题进行分析，提出通风系统优化改造的方案。

1．概述

铜锣坪煤矿隶属于福建省能源集团有限责任公司旗下的福建煤电股份有限公司，是福建煤电股份有限公司的骨干矿井之一。该矿于1982年建井，1988年7月投产，设计生产能力15万吨，采用平硐暗斜井开拓，主平硐标高+410m。设计开采主要煤层有二叠系下统童子岩组一段的36#、37#、38#、39#、41#煤层以及三段的20#、23#、24#、28#、29#、2#煤层等。矿井设计划分为三个生产水平，第一水平和第二水平已开采结束，目前生产水平为第三水平。第三水平布置有两个上山采区（延五采区和延六采区）、两个下山采区（延八采区和延九采区）。目前主要生产采区是延五采区和延八采区，延九采区为开拓采区，作为延五采区的接替采区。

铜锣坪煤矿有完整独立的通风系统，通风方式为中央边界式，通风方法为机械抽出式。矿井利用+410m主平硐、二采区+594m轨道下山进风，二采区+594m副井回风。+594m风井安装有两台同等能力的轴流式通风机，风机型号为FBCDZ-6-№.16A，电机功率为55KW×2。目前，矿井总进风量为1632 m³/min，总回风量为2112 m³/min，有效风量率仅为77.3%。

2.矿井通风系统存在的主要问题

铜锣坪煤矿随着生产水平不断延深，矿井通风系统线路长、系统复杂、阻力大、采区进风量不足，加之地温较高，已严重影响工人的作业环境和安全生产。

2.1 延八采区作为矿井主要的生产采区，采用轨道下山和人行下山作为进风，各生产区段布置一条通风上山作为回风，并与其上部延六采区的区段回风上山相连，形成采区通风系统。延八采区回风巷利用原有的老巷道进行回风，通风线路长拐弯多，受采动地压影响，回风巷局部断面已不足3m²，通风阻力大，造成了延八采区进风量不足，通风较困难。由于延八采区地温较高，采区进风流温度达27.5℃，采煤工作面温度达29.5-30℃，采区地温高、采区通风困难等，已严重影响工人的作业环境和安全生产。

2.2 延九采区作为矿井的开拓接替采区，属于深部开采，上部采区回风利用延五采区回风系统，下部采区通风系统尚未形成。目前，采区利用轨道下山进风，人行下山回风，人员上下班长期处于污浊风流中，且采区通风线路长，采区进风量不足，严重制约着采区的开拓施工进度，迫切需要优化完善采区的通风系统。

3．矿井通风系统优化改造方案

针对铜锣坪煤矿通风系统存在的以上问题，为了进一步满足安全生产的需要，拟对矿井通风系统进行优化改造，提出了以下几种改造方案：

方案一：从延八采区-150m-37#E运巷底板施工一条通风上山与现有的延六采区+155m回风石门相通，缩短回风线路，甩开原有的通风上山，避开煤层散热集中区。延九采区-20m及+20m各打一条回风石门并施工-20m至+20m通风上山，与延五采区+20m回风上山相通，改善延九采区通风现状，优化完善延九采区的通风系统。

方案二：延八采区利用现有的通风上山，首先在延八采区-30m回风巷安装一台11kw辅助局部通风机增加通风负压，接着在-150m施工两条区段通风上山，由于-70m区段回风上山受采动影响巷道变形严重，造成断面小，需进行扩大刷巷，并对回风线路所有的密闭进行整改，减少采空区散热。延九采区改造同方案一。

方案三：延八采区利用现有的通风上山，首先在延八采区-30m回风巷安装一台11kw辅助局部通风机增加通风负压，接着在-150m施工两条区段通风上山，并对-70m区段回风上山进行扩大刷巷，以增加延八采区总进风量。在延九采区-150m-20#E运巷施工一条通风上山与延五采区+60m回风平巷相通，改善延九采区通风现状，优化完善延九采区的通风系统。

3.1各优化改造方案的资金预算

方案一
序号	工程名称	单位	断面	工程量	单价（万元）		资金（万元）
1	延八-150至+155集中巷通风上山	米	5.4	666.7	0.6		400
2	延六+155回风平巷	米	5.4	70	0.4		28
3	延九-20回风石门	米	5.4	170	0.4		68
4	延九-20至+20回风巷通风上山	米	5.4	96	0.6		57.6
5	延九+20回风石门	米	5.4	150	0.4		60
合计							613.6
方案二
序号	工程名称	单位	断面	工程量		单价（万元）	资金（万元）
1	延八-150至-110区段通风上山（2条）	米	5.4	170		0.6	102
2	延八-70至-30区段通风上山扩巷	米	3.0	85		0.2	17
3	延九-20回风石门	米	5.4	170		0.4	68
4	延九-20至+20回风巷通风上山	米	5.4	96		0.6	57.6
5	延九+20回风石门	米	5.4	150		0.4	60
6	辅助通风机	台		2		5	10
合计							314.6
方案三
序号	工程名称	单位	断面	工程量		单价（万元）	资金（万元）
1	延八-150至-110区段通风上山（2条）	米	5.4	170		0.6	102
2	延八-70至-30区段通风上山扩巷	米	3.0	85		0.2	17
3	延九-150至+60回风巷通风上山	米	5.4	500		0.6	300
4	辅助通风机	台		2		5	10
合计							429

3.2各通风系统优化改造方案的比较：

序号	项目	方案一	方案二	方案三
序号	项目	从延八采区-150m-37#E运巷底板施工一条通风上山与现有的+155m回风石门。延九采区-20m及+20m各打一条回风石门并施工-20m至+20m通风上山，与延五采区+20m回风上山相通, 改善延九采区通风现状，优化完善采区通风系统.	延八采区利用现有的通风上山，首先在延八采区-30m回风巷安装一台11kw辅助局部通风机增加通风负压，接着在-150m施工两条区段通风上山，由于-70m区段回风上山受采动影响巷道变形严重，造成断面小，需进行扩大刷巷，并对回风线路所有的密闭进行整改，减少采空区散热。延九采区改造同方案一。	延八采区利用现有的通风上山，在延八采区-30m回风巷安装一台11kw辅助通风机，接着在-150m施工两条区段通风上山，并对-70m区段回风上山进行扩大刷巷，以增加延八采区总进风量；延九采区-150m-20#E运巷施工一条通风上山与延五采区+60m回风平巷相通，改善延九采区通风现状。
1	资金	所需资金为613.6万元，前期投入资金多，但后期可减少风机的电耗，电费和巷道维护费用少。	所需资金为314.6万元，前期投入少，但风机的电耗高，电费和巷道维护费用高。	所需资金为429万元，前期投入少，但后期风机电耗高，电费和巷道维护费用高。
2	施工技术	施工工期长，难度较大。	施工工期短，但扩巷难度大。	施工技术比较简单。
3	效果	回风线路短，回风系统可靠，阻力小，可增大采区进风量，回风巷布置避开采空区散热源，有效降低工作面温度。	通风线路长，阻力下降小，增加采区进风量有限，降温效果较差，延九采区通风条件无法改善。	通风线路长，阻力下降小，增加采区进风量有限，降温效果较差。
4	其它	改造后可加大延六、延五采区煤炭资源的复采力度，提高资源的利用率。可作为延八采区逃生通道，提高矿井抗灾能力。	需留设煤柱，无法对延五、延六采区煤炭资源进行复采回收。	需留设煤柱，无法对延六采区煤炭资源进行复采回收。

经过以上方案比较，方案一可以很大程度缩短回风线路长度，有效降低通风阻力，增大采区进风量，降低工作面温度，且耗电量少，后期维护投入少，延八、延九采区增加了一条逃生通道，可提高矿井抗灾能力，还可加大延六、延五采区资源复采率，提高资源的利用等优点。因此，选择方案一进行通风系统优化改造。

4．通风系统优化改造后的效果分析

4.1通过实施通风系统优化改造，矿井的进风量增加，通风线路缩短，通风阻力减小，通风能力增大；通风阻力由改造前的1810.6 Pa降低到改造后的1601.1 Pa，降低了209.5 Pa；矿井进风量由改造前的27.2m³/s增加到改造后的32.8 m³/s，增加了5.6 m³/s；通风线路由改造前的7463m缩短到改造后的6338m，缩短了1125m；等积孔由改造前的0.98m²,增大到了1.12 m²，矿井通风难易程度由困难变为中等；矿井有效风量率由改造前的77.3%提高到了改造后的87.5%，提高了10.2%；有效改善了矿井的通风状况，使通风系统更完善、更可靠，满足了矿井生产需要。矿井通风系统改造前后通风阻力、等积孔、进风量情况详见表4-1、4-2、4-3。

4.2通风系统优化改造完成后，延八采区避开区段串联通风，温度下降3℃左右，改善了矿井作业环境。延九采区的通风系统得到进一步的完善优化，采区进风量得到了增加。同时，延九采区轨道下山和人行下山同时进风，人员上下班处于进风流中，不在处于污浊的回风流中，职工身体避免受粉尘、炮烟等有毒有害气体危害，对于保障矿井的防灾抗灾能力也有一定的作用。

表4-1 铜锣坪煤矿通风系统阻力计算表（改造前）

	铜锣坪煤矿通风阻力计算表（改造前）
序号	井巷名称	支架种类特征	摩阻系数α (N·s²·m⁴)	巷道长度L （m）	断面净周长U（m）	净断面S （m²）	S³	R （ku）	风量Q（m³/s）	Q²	风速V（m/s）	阻力 H（pa）
1	410主平硐口至二采区+410石门口	喷浆、砌碹	0.010	1040	9.7109	6.20	238.33	0.4238	12.30	151.29	1.98	64.11
2	二采区+410石门口至延二+410车场口	喷浆、砌碹	0.010	67	11.5693	8.80	681.47	0.0114	27.20	739.84	3.09	8.42
3	延二+410车场口至延一+415轨道下山口	喷浆	0.010	973	11.3033	8.40	592.70	0.1856	10.00	100	1.19	18.56
4	延一+415轨道下山口至延一+205车场	喷浆、砌碹	0.010	495	9.3924	5.80	195.11	0.2383	9.80	96.04	1.69	22.89
5	延一+205车场至延六+205轨道下山口	喷浆、砌碹	0.010	125	11.5693	8.80	681.47	0.0212	9.60	92.16	1.09	1.96
6	延六+205轨道下山至延六155轨道下山口	喷浆、砌碹	0.010	89	9.0628	5.40	157.46	0.0512	9.50	90.25	1.76	4.62
7	延六155轨道下山口至延六+65轨道下山口	喷浆、砌碹	0.010	233	9.0628	5.40	157.46	0.1341	9.30	86.49	1.72	11.60
8	延六+65轨道下山口至延六+20车场	喷浆、砌碹	0.010	119	9.8663	6.40	262.14	0.0448	8.60	73.96	1.34	3.31
9	延六+20车场至延八+20轨道下山口	喷浆、砌碹	0.010	195	9.7109	6.20	238.33	0.0795	8.30	68.89	1.34	5.47
10	延八+20轨道下山口至延八-150车场	喷浆	0.010	425	9.0628	5.40	157.46	0.2446	8.20	67.24	1.52	16.45
11	延八-150车场至-110副下山通道口	喷浆、砌碹	0.010	98	9.0628	5.40	157.46	0.0564	8.20	67.24	1.52	3.79
12	延八-110副下山通道口至-110-37#E通风上山口	裸巷	0.012	310	9.0628	5.40	157.46	0.2141	5.40	29.16	1.00	6.24
13	延八-110-37#E通风上山至-70-37#E运巷	金支架	0.015	85	7.3997	3.60	46.66	0.2022	5.50	30.25	1.53	6.12
14	延八-70-37#E运巷至-70/37#E回风上山口	金支架	0.015	194	9.0628	5.40	157.46	0.1675	6.52	42.51	1.21	7.12
15	延八-70/37#E回风上山口至延八-30回风石门	裸巷	0.012	85	6.7550	3.00	27.00	0.2552	10.60	112.36	3.53	28.67
16	延八-30回风石门至延八-30/37#E回风上山口	金支架	0.015	293	7.9926	4.20	74.09	0.4741	12.60	158.76	3.00	75.27
17	延八-30/37#E回风上山口至延六+65回风石门	金支架	0.015	430	7.3997	3.60	46.66	1.0230	12.80	163.84	3.56	167.61
18	延六+65回风石门至延六+65车场通道	砌碹	0.009	238	9.0628	5.40	157.46	0.1233	13.00	169.00	2.41	20.83
19	延六+65车场通道延六+155回风石门	喷浆	0.010	254	8.2731	4.50	91.13	0.2306	13.40	179.56	2.98	41.41
20	延六+155回风石门至延六+155采区回风上山口	喷浆	0.010	450	8.1807	4.40	85.18	0.4322	13.50	182.25	3.07	78.76
21	延六+155采区回风上山口至延二+360回风巷	砌碹	0.009	518	8.1807	4.40	85.18	0.4477	13.60	184.96	3.09	82.81
22	延二+360回风巷至延二+410回风上山口	喷浆	0.010	176	7.9926	4.20	74.09	0.1899	33.00	1089.00	7.86	206.77
23	延二+410回风上山口至+595风井	喷浆	0.010	571	7.9926	4.20	74.09	0.6160	35.20	1239.04	8.38	763.24
	合计			7463								1646.03
改造前矿井通风阻力（含局部阻力损失）：h最大＝h×1.1=1810.6（Pa）等积孔：A＝1.19（Q/√h）=0.98 m²

表4-2 铜锣坪煤矿通风系统阻力计算表（改造后）铜锣坪煤矿通风阻力计算表（改造后）
序号	井巷名称	支架种类特征	摩阻系数α (N·s²·m⁴)	巷道长度L （m）	断面净周长U（m）	净断面S （m²）	S³	R （ku）	风量Q（m³/s）	Q²	风速V（m/s）	阻力 H（pa）
1	主平硐口至二采区+410石门口	喷浆、砌碹	0.010	1040	9.7109	6.20	238.33	0.4238	12.30	151.29	1.98	64.11
2	二采区+410石门口至延二+410车场口	喷浆、砌碹	0.010	67	11.5693	8.80	681.47	0.0114	32.80	1075.84	3.73	12.24
3	延二+410车场口至延一+415轨道下山口	喷浆	0.010	973	11.3033	8.40	592.70	0.1856	12.00	144	1.43	26.72
4	延一+415轨道下山口至延一+205车场	喷浆、砌碹	0.010	495	9.3924	5.80	195.11	0.2383	11.80	139.24	2.03	33.18
5	延一+205车场至延六+205轨道下山口	喷浆、砌碹	0.010	125	11.5693	8.80	681.47	0.0212	10.60	112.36	1.20	2.38
6	延六+205轨道下山至延六+155轨道下山口	喷浆、砌碹	0.010	89	9.0628	5.40	157.46	0.0512	9.70	94.09	1.80	4.82
7	延六+155轨道下山口至延六+65轨道下山口	喷浆、砌碹	0.010	233	9.0628	5.40	157.46	0.1341	9.60	92.16	1.78	12.36
8	延六+65轨道下山口至延六+20车场	喷浆、砌碹	0.010	119	9.8663	6.40	262.14	0.0448	8.60	73.96	1.34	3.31
9	延六+20车场至延八+20轨道下山口	喷浆、砌碹	0.010	195	9.7109	6.20	238.33	0.0795	8.70	75.69	1.40	6.01
10	延八+20轨道下山口至延八-150车场	喷浆	0.010	425	9.0628	5.40	157.46	0.2446	5.30	28.09	0.98	6.87
11	延八-150车场至-150-37#E通风上山口	裸巷	0.012	125	9.0628	5.40	157.46	0.0863	5.35	28.62	0.99	2.47
12	延八-150-37#E通风上山口至延六+155回风平巷口	裸巷	0.012	667	9.0628	5.40	157.46	0.4607	5.40	29.16	1.00	13.43
13	延六+155回风平巷口至延六+155回风石门	喷浆	0.010	70	9.0628	5.40	157.46	0.0403	13.40	179.56	2.48	7.23
14	延六+155回风石门至延六+155采区回风上山口	喷浆	0.010	450	8.1807	4.40	85.18	0.4322	13.50	182.25	3.07	78.76
15	延六+155采区回风上山口至延二+360回风巷	砌碹	0.009	518	8.1807	4.40	85.18	0.4477	13.60	184.96	3.09	82.81
16	延二+360回风巷至延二+410回风上山口	喷浆	0.010	176	7.9926	4.20	74.09	0.1899	35.00	1225.00	8.33	232.59
17	延二+410回风上山口至+595风井	喷浆	0.010	571	7.9926	4.20	74.09	0.6160	37.50	1406.25	8.93	866.24
	合计			6338								1455.55
改造后矿井通风阻力（含局部阻力损失）：h最大＝h×1.1=1601.1（Pa）等积孔：A＝1.19（Q/√h）=1.12 m²

表4-3 通风系统优化改造前后通风参数结果汇总表

时期

进风量

（m³/s）

回风量

（m³/s）

有效风量率

（%）

阻力

（Pa）

等积孔

（m²）

改造前

27.2

35.2

77.3

1810.6

0.98

改造后

32.8

37.5

87.5

1601.1

1.12

5．结论

本文通过对福建省属铜锣坪煤矿通风系统存在问题进行分析研究，提出了通风系统优化改造三个可供选择方案，经过方案综合比选，最终确定方案一，并对方案一通风系统优化改造后可达到预期效果进行分析。希望这些经验做法，可以在福建省属其他煤矿中得到推广应用。

参考文献：

《煤矿安全规程》、《煤矿通风安全学》等。

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