＊王雪江 陈虎斌

（山西潞安集团蒲县开拓煤业有限公司 山西 041200）

引言

根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件批复，同意山西蒲县开拓煤矿有限公司、山西蒲县道子里煤业有限公司（已关闭）兼并重组为山西潞安集团蒲县开拓煤业有限公司，井田面积2.8084km2，批准开采井田内2号、3号、11号煤层，生产规模450kt/a。为构建低碳、环保的矿山工业系统，充分利用矿井已形成的井巷工程和井上、井下生产系统和通风系统，以最小的投资获取最大的经济效益和社会效益。矿井主扇是煤矿生产中的重要设备之一，它担负着向井下输送新鲜空气、排除有毒有害气体、创造良好生产环境、确保矿井安全的重任。通过对原主扇与未来通风系统的匹配分析，为主扇选型提供科学依据。

1.矿井概况及原主扇性能概述

矿井概况：井田开拓方式为斜井立井混合开拓，利用原开拓煤矿主斜井作为兼并重组后主斜井，新建副斜井、回风立井。主斜井担负矿井提煤任务，为矿井的进风井和安全出口之一；副斜井担负矿井人员升降、提升矸石及清理撒煤、下放材料、设备等辅助提升任务，为矿井的进风井和安全出口之一；回风立井装备梯子间，担负矿井回风任务，兼作安全出口。

根据煤层赋存情况，2号、3号煤层层间距为4.22m，距离较近，适宜划为一个煤组；3号、11号煤层间距为93.78m，距离较远。为此，设计将全井田划分为两个水平进行开采，即2号、3号煤采用联合布置，划分为一个水平，11号煤单独划为一个水平。煤层之间开采顺序为先上后下依次开采。

采区划分：所采煤层倾角较平缓，属近水平煤层，地质条件简单，根据煤层赋存情况，设计将2号煤划分为3个采区；将3号煤划分为1个采区；将11号煤划分为2个采区。

原主扇情况：矿井兼并重组前已有FBCZ-6-16B型轴流式通风机两台，该风机的风量范围Q=1140～2820m3/min，负压范围h=200～1050Pa；配用YBFe280M-6型防爆三相异步电动机，功率为55kW，转速ne=980r/min。

2.原主扇匹配性分析依据

(1)各煤层回采工作面瓦斯涌出量

煤层瓦斯基本参数包括煤层瓦斯压力、瓦斯含量、钻孔自然瓦斯涌出量、钻孔瓦斯涌出衰减系数、煤层透气性系数、煤的工业分析、瓦斯吸附常数、煤的孔隙率、煤的瓦斯放散初速度、坚固性系数及钻孔瓦斯组分等参数。煤层瓦斯基本参数的测定结果为矿井瓦斯涌出量预测提供基本条件及主要参数的确定提供依据。矿井瓦斯涌出量预测的依据是 《矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018-2006），采用的方法是分源预测法。矿井瓦斯涌出构成关系如图1所示。

图1 矿井瓦斯涌出构成关系图

根据矿井瓦斯涌出量预测报告可知，2号煤层综采工作面年产30万吨时瓦斯绝对涌出量为0.18m3/min。

当2号煤层回采工作面年产量达到45万吨时瓦斯绝对涌出量为0.27m3/min；

3号煤层回采工作面瓦斯绝对涌出量为0.51m3/min；

11号煤层回采工作面瓦斯绝对涌出量为2.63m3/min。

(2)各煤层掘进工作面瓦斯涌出量

2号煤层掘进工作面瓦斯绝对涌出量取实测值，掘进工作面瓦斯绝对涌出量为0.04m3/min；

3号煤层掘进工作面瓦斯绝对涌出量为0.44m3/min；

11号煤层掘进工作面瓦斯涌出量1采区为1.69m3/min，2采区为1.50m3/min，3采区为1.49m3/min。

(3)各煤层用风点设计配风量

基于《山西潞安集团一通三防管理制度》中矿井需风量计算办法，采掘工作面实际配风量应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、爆破后的有害气体产生量、工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。其中按瓦斯涌出量计算：

式中：Q采—采煤工作面需风量，m3/min；

q采—采煤工作面瓦斯绝对涌出量；

kCH4—采煤工作面瓦斯涌出不均匀系数，正常生产时连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量和月平均日绝对瓦斯涌出量的比值，无统计值最低取1.8。

考虑矿井通风系统形成过程中，矿井各时期主要用风点配风情况如下：2号煤层回采工作面682m3/min，备用工作面341m3/min，掘进工作面214m3/min；3号煤层回采工作面564m3/min，备用工作面282m3/min，掘进（岩巷）工作面214m3/min，掘进（煤巷）工作面311m3/min；11号煤层回采工作面1231m3/min，备用工作面616m3/min，一采区掘进工作面317m3/min，二采区掘进工作面281m3/min，三采区掘进工作面280m3/min；硐室及其他采区变电所120m3/min，中央变电所120m3/min，消防材料库120m3/min，其它巷道用风800m3/min。

(4)各煤层巷道风阻参数

对于已有巷道，根据2021年度矿井通风阻力测定报告其风阻取实测值；对于未形成的设计巷道，取本矿相同物理参数的已有巷道的实测值；其它情况，结合潞安集团公司其它矿井同类型巷道百米风阻经验值取值。

3.矿井投产后各煤层开采期间分阶段通风系统匹配性研究

(1)矿井多煤层分步开采情况

阶段一：按设计生产能力投产后首采工作面回采时期通风系统；

阶段二：2号煤层向3号煤层过渡时期通风系统；

阶段三：3号煤层通风困难时期通风系统；

阶段四：3号煤层向11号煤层过渡时期通风系统；

阶段五：11号煤层通风困难时期通风系统。

(2)矿井多煤层分步开采用风量布置情况

阶段一：矿井首个综采工作面回采时，考虑2号煤层布置一个综采工作面和一个掘进工作面，3号煤层布置三个掘进工作面；

阶段二：矿井2号煤层资源枯竭向3号煤层过渡时期，考虑2号煤层布置一个回采工作面，3号煤层布置一个备用工作面和两个掘进工作面；

阶段三：此时期的矿井通风系统，考虑3号煤层布置一个回采工作面，一个备用工作面和两个掘进工作面；

阶段四：矿井3号煤层资源枯竭向11号煤层过渡时期，考虑3号煤层布置一个回采工作面，11号煤层布置一个备用工作面和四个掘进工作面；

阶段五：对于此时期的矿井通风系统，考虑11号煤层布置一个回采工作面，一个备用工作面和四个掘进工作面。

(3)矿井多煤层分步开采通风系统预测分析

按照上述分阶段用风点布置时，通过网络解算分析各时期主扇运行工况预测如下：阶段一：主扇工况参数为负压550Pa，排风量2834m3/min；阶段二：主扇工况参数为负压330Pa，排风量2870m3/min；阶段三：主扇工况参数为负压500Pa，排风量2769m3/min；阶段四：主扇工况参数为负压460Pa，排风量4736m3/min；阶段五：主扇工况参数为负压1470Pa，排风量5258m3/min。

(4)矿井多煤层分步开采矿井原主扇匹配分析

从阶段一到阶段五：矿井各时期预测工况范围为负压h=330～1470Pa，最大配风量范围为Q=2769～5258m3/min；对比原主扇负压范围h=200～1050Pa，风量范围Q=1140～2820m3/min。

经过对各时期通风系统网络解算分析可知，矿井原有两台FBCZ-6-16B型轴流式通风机不能满足矿井兼并重组后通风要求，需重新选择满足各时期通风要求的主扇。

4.回风井主扇选型

根据以上对矿井各阶段开采时期通风系统进行网络解算分析，新回风井主扇需满足的各时期工况列表如下：

表1 新回风井主扇需满足的各时期工况

根据新回风井主扇需求工况，按风机能力留有10%余量（安全生产行业标准AQ1028-2006）的原则，对主扇需满足的工况进行修正后作为主扇选型理论参考工况（风压修正系数1.1，风量修正系数1.1）；同时考虑到主扇个体特性与理论特性的差异，实际的主扇选型工况参数宜在理论工况基础上扩大10%；另外，对于开拓煤业矿井，参考工况的标准状况压力参数可换算为现场压力参数×1.15。进行以上各项修正后的主扇选型工况见表2。

表2 新回风井主扇选型工况表

按照以上主扇选型工况参数表，绘制主扇选型参考工况图，见图2。

图2 新回风井主扇选型参考工况图

图中①标、②标、③标、④标、⑤标为标况参数工况点，主扇选型时，必须考虑以下几点，最终主扇型号需由厂商与矿方具体确定：

（1）参照厂商提供的风机性能曲线进行选型时，需考察各标况参数工况点，主扇性能曲线应尽量符合以下（3）（4）（5）点要求；

（2）主扇安装好后必须进行性能测试，需考察各现场参数工况点，主扇实测性能曲线应尽量符合以下（3）（4）（5）点要求；

（3）各工况点应在最小叶片角度性能曲线右侧、次最大叶片角度性能曲线左侧的合理、稳定工况范围内；

（4）主扇最高风压必须超过最高风压工况点风压值的20%；

（5）各工况点应尽量位于主扇性能曲线高效区内。

按某些主扇风机厂商提供的主扇性能曲线与上述选型工况点进行比选，主扇型号最小应为FBCDZ№21（轮毂比0.54、转速740r/min、额定功率2×185kW，合理稳定工况范围风量4158～8310m3/min），最终型号还应由厂商具体确定。

5.结束语

（1）多煤层开采过程中主扇匹配性分析应结合矿井实际生产情况，多煤层之间的过渡是确定通风困难时期的难点，如果未对多煤层联合开采考虑，将导致未来煤层开采接替期间主扇风量不足，最终导致采掘失衡。

（2）新建矿井主扇型号的合理选择至关重要；既能保证矿井建设全寿命周期内的风量需求，又能使得矿井整个通风系统安全稳定运行，还能保证主扇运行的高效性和安全性，从而获得巨大的经济效益和社会效益。

（3）本次研究充分考虑开拓矿建设周期内各阶段通风困难时期的通风系统，经过与原主扇的匹配性分析，确定原主扇性能无法满足未来全矿井通风需求；并根据本次研究结果确定了回风井新主扇型号，为矿井初步设计中主扇设备选择提供了理论依据。