田晓红

(陕西能源职业技术学院，陕西 咸阳 712000)

0 引言

矿井通风是煤矿生产中的一个重要环节。通风系统是由诸多不可控变量组成的一个复杂系统，其运行状态对保证井下安全生产具有重要意义。随着矿井开拓水平的不断延伸，开采规模的不断扩大，矿井通风系统和通风网络也相应地会越来越复杂，所以进行通风系统可靠性与稳定性调查分析很有必要。这样做能及时发现系统运行过程中存在或可能出现的问题，给矿井通风系统设计和管理提供科学依据，有效地防治和减少系统事故的发生。文中以彬县下沟煤矿通风系统为对象，通过数据测量与计算，参照《煤矿安全规程》，在对数据整合分析的基础上，提出了系统运行中存在的问题及解决方法，对矿井通风系统设计、改造、优化及管理具有参考价值。

1 矿井通风系统现状

1.1 通风系统

下沟煤矿通风方式为中央分列式，通风方法为负压抽出式通风，采用斜井、立井单水平开拓方式(四斜一立)，其中主井、副井、行人斜井3条井筒进风，上沟回风井、水帘洞回风井回风，总体为“三进二回”的通风系统。

目前，主井进风量1 527 m3/min，副井进风量5 380 m3/min，行人斜井进风量2 967 m3/min，矿井总进风量为9 874 m3/min。矿井总回风量为10 298 m3/min，主通风机总排风量为10 550 m3/min，外部漏风率为2.39%，内部漏风率为5.5%。等积孔A=3.7 m2(根据2016年通风机阻力测定)。水帘风井通过反风道反风，上沟风井通过风机反转进行反风。

1.2 通风设备

上沟回风井地面安装BD-Ⅱ-8-NO22型防爆对旋轴流式主要通风机2台，一台使用一台备用，配用电动机型号YBF355L1-8型，总功率2×185 kW，主扇排风量7 100 m3/min，现运行负压2 600 Pa；水帘洞回风井地面安装4-72-12NO-20B型防爆离心式主要通风机2台，一台使用一台备用，配用电动机型号JS-127-8型，总功率2×185 kW，主扇排风量3 410 m3/min，现运行负压1 330 Pa。

1.3 通风路线

上沟回风井通风路线：

地面(新鲜风)→主副斜井、行人斜井→轨道皮带大巷及配风巷→西轨道大巷、西皮带大巷→

→404西二水平回风巷→404回风下山→上沟风井

水帘回风井通风路线：

地面(新鲜风)→主副斜井、行人斜井→轨道皮带大巷及配风巷→401轨道皮带下山→

→401西二水平回风巷→401回风下井→水帘风井→地面

2 通风参数调查与风量计算

2.1 矿井通风参数调查

掘进工作面、采煤工作面、硐室及其他地点通风参数分别见表1、表2、表3。

2.2 矿井风量计算

下沟煤矿目前有3个掘进工作面，ZF2820、ZF301和ZF2411工作面；2个采煤工作面，ZF2404工作面和ZF2817工作面。4个采区变电所，3个水泵房，1个注氮硐室，1个抽放硐室，1个炸药库，1个无极绳硐室，4个皮带机头。

表1 掘进工作面通风参数

表2 采煤工作面通风参数

表3 硐室及其他地点通风参数

根据《煤矿安全规程》规定，矿井总风量应按井下同时工作的最多人数每人每分钟供给风量不得少于4 m3和按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要风量总和分别计算，并选取其中的最大值。

采煤、掘进工作面风量计算：按工作面温度核算，ZF2817采煤工作面风速为1.0～1.5 m/s，取1.2 m/s，风量为1 231.2 m3/min；按瓦斯涌出量计算，风量为336 m3/min；按工作人数计算，风量为120 m3/min。工作面实际需风量应为满足各种条件下的风量最大值，即ZF2817工作面配风量为1 231.2 m3/min。

按照上述同样方法，ZF2404工作面、ZF2411回风顺槽掘进工作面、ZF2411运输顺槽掘进工作面、ZF2820运输顺槽掘进面、ZF2820回风顺槽掘进面理论需风量分别为1 228.6 m3/min、370.8 m3/min、393.6 m3/min、392.4 m3/min和370.8 m3/min。

ZF301回风顺槽掘进面风量，按稀释瓦斯所需风量计算，需风量592 m3/min；按人数计算所需风量，需风量120 m3/min；按局部通风机的吸风量核算，需风量536.4 m3/min；取满足各种条件下的风量最大值592 m3/min。经风速验算V=Q/S=592/16.8=0.59 m/s，0.25 m/s<0.59 m/s<4 m/s，符合规程要求，但不经济，需要抽放瓦斯。

按照上述计算方法，ZF301运输顺槽掘进面风量计算结果为0.25 m/s<1.34 m/s<4 m/s，符合规程要求，但不经济，需要抽放瓦斯。

403采区炮掘措施巷工作面风量核算按瓦斯涌出量核算，风量取45.5 m3/min；按局部通风机的吸风量核算，风量取300 m3/min；按工作人员数量核算，风量取120 m3/min；按炸药量计算，风量取162.5 m3/min。取风量最大值，即403采区炮掘工作面计划风量为300 m3/min。

采区硐室风量计算：按《规程》要求，401采区硐室风量根据设备发热量变电硐室、水泵房、注氮硐室、炸药库风量分别取80 m3/min、60 m3/min、60 m3/min和60 m3/min。硐室风量之和为340 m3/min。

同样可计算得404采区硐室风量之和为540 m3/min。

皮带机头根据实际取200 m3/min，有4个皮带机头共800 m3/min。

轨道下山底风量计算：按瓦斯涌出量核算，风量取14.3 m3/min；按风速核算，风量取90 m3/min。即401轨道下山底需风量为90 m3/min。404轨道下山取其各种核算结果最大值，即404轨道下山底计划风量为140.4 m3/min。

井下其它巷道需要风量：按∑Q采、∑Q掘、∑Q401轨道下山底、∑Q404轨道下山底、∑Q硐、∑Q403采区炮掘6项总风量之和的5%选取。即

∑Q其它=(∑Q采+∑Q掘+∑Q401轨道下山底+∑Q404轨道下山底+∑Q403采区炮掘+∑Q硐)×0.05=(2 459.8+2 930.232+90+104.4+300+1 680)×0.05=378 m3/min。

矿井需风量计算：根据以上计算结果，矿井需要风量为

Q矿=(∑Q采+∑Q掘+∑Q401轨道下山底+∑Q404轨道下山底+∑Q403采区炮掘∑Q硐+∑Q其他)·K=(2 459.8+2 930.232+90+104.4+300+378+1 680)×1.25=9 930 m3/min=165.5 m3/s。

式中：K—矿井通风系数，取1.25。

2.3 风量分配(表4)

2.4 矿井有效风量率和漏风率

根据矿井通风阻力测定汇总表，矿井有效风量

《煤矿安全规程》规定矿井有效风量率应不低于85%，符合《煤矿安全规程》的要求。

下沟煤矿井下主要有33个风门，共漏风量为9.05 m3/s，矿井总进风量为164.6 m3/s，矿井内部漏风率为9.05/164.6×100%=5.5%。

下沟煤矿主风机总排风量175.8 m3/s，总回风为171.6 m3/s，故矿井漏风量为4.2 m3/s，外部漏风率PL=4.2/175.8=2.39%。

《煤矿安全规程》规定矿井主要通风机装置外部漏风率无提升设备时不得超过5%，有提升设备时不得超过15%，符合《煤矿安全规程》的要求。

3 通风阻力与自然风压的影响

3.1 通风阻力

下沟煤矿于2016年上半年委托有关部门进行了矿井通风阻力测定，并形成了下沟煤矿《矿井通风阻力测定报告》。矿井现在的通风系统与阻力测定时的通风系统相比较有一定变化，但对系统阻力分布影响不大。

由表5中可知矿井水帘风井通风总阻力为1 265.88 Pa，401采区总进风量为60.90 m3/s，上沟风井通风总阻力为2 537.384 Pa，404采区总进风量为108.95 m3/s。

根据h=RQ2，可得R=h/Q2

=0.288 3N·s2/m8

=0.197 2N·s2/m8

h总Q总=h总进Q总+h401Q401+h404Q404=196.46×169.87+169.42×60.92+2340.92×108.95=33 372.67+65 149.07+255 043.23

h总=353 564.961÷169.87=2 081.38 Pa

表5 矿井通风阻力分布表

故401采区总风阻为0.288 3 N·s2/m8；404采区总风阻为0.197 2 N·s2/m8；矿井的总阻力为2 081.38 Pa，矿井的总风阻为0.072 1 N·s2/m8，等积孔为4.43 m2。

一般合理的矿井的进风段、用风段和回风段阻力分配比例应为3∶3∶4，而下沟煤矿实际矿井通风路线总阻力分配比近似为3∶1∶3。从中可以看出，目前矿井通风阻力主要集中在回风段，原因是3条回风巷中有多条直径为φ377、φ720的瓦斯抽放管、直径为φ159的灌浆管路等其它管路，这些都减小了巷道断面，增加了矿井通风阻力；联络巷过多也难免会造成较大的局部阻力；应对系统漏风及没有存在意义的巷道和设施加以封闭和改造，简化通风网络，降低矿井通风阻力，建议加强巷道维护，扩大巷道断面，减少通风阻力。

3.2 自然风压对系统的影响

水帘风井的水平标高为640 m，上沟风井的水平标高为710 m，进风井的水平标高500 m，矿井深度370 m。副斜井的空气密度为1.06 kg/m3，水帘风井的空气密度为1.055 kg/m3，上沟风井的空气密度为1.013 kg/m3。

根据自然风压计算公式

h自=Zg(ρ均进-ρ均回)

即：上沟风井的自然风压h自=170.422 Pa

水帘风井的自然风压h自=18.62 Pa

矿井通风动力是矿井机械风压与自然风压的共同作用，矿井机械风压是连续稳定的，而自然风压会随着地表气体的温度、湿度、大气压，还有矿井的深度等因素的变化而改变，会影响到整个矿井通风。因此，同一个矿井冬季和夏季的自然风压会不一样。在冬季，进风井空气平均温度降低，自然风压会增加。当主要通风机正常运转时，机械风压作用远远大于自然风压作用，风量变化一般不会超过允许范围。而当矿井主要通风机发生故障或矿井降风时，由于没有矿井风压作用或矿井风压作用效果减弱，而引起风流停滞或逆转，使井巷风流中的毒害气体浓度增加，甚至超限，从而引发事故发生。

上沟通风机风压为2 600 Pa，实际总风量为7 004 m3/min，上沟风井的自然风压170 Pa，水帘通风机风压为1 330 Pa，实际总风量为3 294 m3/min，水帘风井的自然风压18.6 Pa。正常情况下，自然风压对通风系统的影响不大。

4 结论

(1)经统计下沟煤矿井下主要通风设施现有255处，其中密闭墙66道，风门131个，调节风门40个，风桥7个，测风站11座。下沟煤矿通风设施、通风设备全面，通风能力满足生产需要。

(2)矿井有效风量率88.39%，矿井外部漏风率2.39%，符合《煤矿安全规程》规定。

(3)ZF301回风顺槽掘进工作面，运输顺槽掘进工作面风速符合规程要求，但是利用风排瓦斯的方法不符合《煤矿安全规程》规定，建议利用井下临时抽放系统进行抽放，瓦斯抽采率应大于等于20%或者调节局部通风机吸风量。

(4)《煤矿安全规程》规定矿井通风总阻力不应超过2 940 Pa，上沟回风井风机现运行负压2 600 Pa，距离上限要求只差11.6%左右，富余系数较小，调节的可能性不大，建议对通风系统优化。

(5)本矿上沟通风机风压为2 600 Pa，实际总风量为7 004 m3/min，上沟风井的自然风压170 Pa，水帘通风机风压为1 330 Pa，实际总风量为3 294 m3/min，水帘风井的自然风压18.6 Pa。正常情况下，自然风压对通风系统的影响不大。