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[摘 要]结合井下实际情况，分析了制约通风能力的主要问题，并针对性地提出通风系统的改造优化措施，经优化改造后取得较好的效果，满足了矿井安全高效生产的需要，为其他矿井通风改造工作提供了合理、经济、科学的借鉴技术经验。
[关键词]矿井；通风系统；优化；改造
中图分类号：TD725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0162-01
1 矿井概况
某煤矿原设计生产能力为90万t，经改扩建后年生产能力达到了120万t。矿井井田共共含煤23层，目前主采煤层为1号和2号煤层。受井田开拓条件及巷道布置因素影响，矿井通风方式采用中央并列式与中央边界式混合通风系统、抽出式通风。矿井原总进风量3000m3/min，总回风量3100m3/min，等级孔I.8m2。井田中央的工业广场内布置3个井筒，即主井、副井、中央风井；在井田西部边界布置一个井筒为西风井。矿井的主、副井进风，中央风井及西风井回风。
随着矿井向深部延伸，煤层瓦斯含量和地温也随之变大，导致矿井瓦斯涌出量增加与工作环境温度升高，加之生产能力提升使设备机械化程度加大，矿井需用风量大幅增加，矿井原有通风系统捉襟见肘，供风能力严重不足，极大地制约了矿井的安全及正常生产，因此对矿井通风系统进行优化改造工作迫在眉睫。
2 通风系统存在问题及优化改造的必要性
随着矿井向深部开拓延伸，煤层瓦斯含量及地温随之增高，使得矿井瓦斯涌出量进一步变大，采掘工作面内温度逐渐增高，井下工作环境日趋恶化，需增加更多风量来排放瓦斯和给各采掘工作面降温；另外，矿井改扩建后生产能力提升与采掘设备机械化程度越来越高，各采掘工作面需用风量大幅增加，矿井对通风能力需求增强，但本矿井通风路线比较长，回风系统原有主要巷道断面小且巷道变形严重，通风阻力太大，受原有主风机机械能力所限制等因素，原有通风系统能力有限，与矿井安全生产的通风需求能力形成对立矛盾。为解决这一对立矛盾，对矿井原有通风系统的通风参数进行了全面测定，根据测定结果结合矿井巷道情况进行综合分析，认为矿井原有通风系统主要存在以下几个主要问题和制约因素。
（1）矿井主要风巷距离较长，巷道断面小、变形严重，导致通风阻力变大。本矿井主要回风巷道较长，四采区的主要回风道通风距离1600m，六采区的北总回风巷通风距离2000m。矿井原有主要回风道巷道断面较小，多在6-10m2之间，加之因矿井地压比较大，采用工字钢支护的巷道多数遭受破坏、严重变形，参差不齐的巷道断面导致矿井通风阻力变大。在以往进行的矿井通风系统参数的测定工作中，四采区回风道通风阻力测定结果为l980Pa，占中央风井通风系统总阻力的70.7%；六采区的北总回风巷阻力达2300Pa，占西风井通风系统总阻力的74.19%。两条巷道的通风阻力所占矿井通风总阻力的比重都非常大，据此数据分析得出，由于受主要回风道供风距离长、摩擦阻力大、局部阻力高，加上巷道变形等因素所影响，造成回风系统总通风阻力比较大，严重制约了矿井的通风效率。必须对巷道迸行断面扩大或维修来增加风流通过面积，减小通风阻力。
（2）随着矿井生产能力变化及机械化程度提高，矿井生产用风量大幅增加。矿井改扩建前，掘进巷道设计断面为8m2，改扩建后巷道断面增加到12m2左右，矿井开拓深度增加使煤层瓦斯含量增大，掘进时瓦斯涌出量大幅升高；另外改扩建后采掘机械化程度加深，掘进速度有所提高，也导致需风量增大。为保证掘进面的正常用风，每个掘进工作面掘进时所需配用风量由原来的200-280m3/min增加到500m3/min；同理回采工作面也因设计产量变大瓦斯涌出量有所升高，需要更多进风量来稀释瓦斯，每个回采工作面需配用风量由600-800m3/min增大到l500m3/min左右。此外，随着矿井开拓深度增加地温的升高，井下工作环境的温度也逐渐变高，为降低采掘工作面温度，改善工作环境，也需要更多的新鲜风流来降温。经计算，目前整个矿井总需配风量要达到8000m3/min以上才能保证矿井安全生产用风。
（3）主要通风设备陈旧、能力和效率比较低。随着时间的推移，风机机械性能不断下降，在之前进行的风机性能测试中，中央风井主要通风机有效率为68%、西风井主要通风机有效率仅为45.6%。随着矿井总需风量的大幅增加，原有主风机已经不能满足矿井安全生产用风要求，必须进行升级或更换。
（4）受小煤窑非法采动破坏影响，矿井漏风严重。该矿周边存在多个小煤窑，受小煤窑非法采动影响，现在西风井井筒多处变形，井壁浆皮跨落、支护遭到严重破坏，且该影响甚至延伸至地表导致西风井主要通风机房地基变形，已经影响到主要通风机的正常安全运行；另外，北大巷因受此影响不仅仅是巷道变形严重，且有裂隙与外部小窑导通，漏风状况使得矿井通风系统安全受到严重威胁。
基于以上几个方面因素影响，为保證矿井安全高效的生产，对原有通风系统进行优化改造的工作显得尤为重要且刻不容缓。只有通过对通风系统的优化、改造工作来提升通风系统的能力，提升其可靠性和稳定性，才能满足矿井所需的风量，确保矿井安全生产。
3 通风系统优化改造措施
（1）扩修回风巷道，改变支护方式。对原有巷道进行扩帮维修，包括四采区l500m左右总回风巷与其他变形严重的回风巷道，增大巷道断面使其达13.4m2以上；改变巷道原来的工字钢支护方式，全部采用锚网梁加锚喷支护方式，降低巷道的摩擦阻力；在巷道的所有拐弯处采用流线型设计，减小巷道拐弯处的局部阻力。
（2）增设l条中央风井风道，增大风流通过面积。原通风系统中的中央风井地面约有l条180m长的风硐，原通风断面为3.4m×3.4m，回风流通过面积偏小，增加l条相同规格的风硐与已有风硐并联使用，增加回风流通过面积，减小风机排风端的通风阻力。
（3）缩短四、六采区共用段距离，对四采区增设进风巷道。对四采区和六采区回风系统路线进行调整，将四采区与六采区共用进风段减少800m距离；同时，为了满足四采区的用风需求，对其再单独增设一条进风巷道，降低采区进风时的通风阻力。
（4）报废北总回风巷和西风井，新建1个替代回风井。受小煤窑采动后影响，矿井原有的北总回风巷漏风现象严重，加上西风井机房地基变形，已经影响了风机的安全运行。拟报废北总回风巷与西风井，在井田北翼的八采区中央新建1个北风井与井下回风系统连通，以缩短六采区和八采区之间的通风距离。报废北总回风巷待新风井建成并连通后，较以前六采和八采通风距离减少2000m，进一步减小了矿井的总通风阻力。
（5）更换中央风井风机，提高风机排风量及通风能力，选用具有高效率、低噪声、无驼峰等特点的风机，从根本上提高矿井的通风能力，以满足整个矿井的用风需求。
4 通风系统优化改造后效果
根据矿井生产规划，矿井经过三年的时间，按优化改造方案逐步实施，最终通风系统各项优化改造工作全部完成。经优化改造后，目前矿井总进风量11000m3/min，总回风量11200m3/min，矿井等级孔为3.2m2，完全满足了矿井安全高效生产的总需风量。其中，中央风井风机回风量7500m3/min，风机负压3000Pa，风机效率91%；北风井风机回风量3700m3/min，风机负压2600Pa，风机效率87%。且矿井各作业场所温度平均降低2-3℃，大大改善了井下作业环境，取得比较理想的预期结果。
5 结语
该矿经过一系列通风系统改造后，降低了矿井通风阻力，提高了通风能效，大大提高矿井通风能力和排放瓦斯能力，增强了通风系统的安全可靠性和抗灾能力，改善了井下作业场所的环境，满足了矿井通风安全需要，并为今后矿井扩大区的投产和实现高产高效提供了通风条件。同时，也可为其他矿井的通风系统优化改造工作提供合理、经济、科学的借鉴。
作者简介
刘振（1985），河南周口人，现供职于中煤新集能源股份有限公司新集一矿通风区。
[关键词]矿井；通风系统；优化；改造
中图分类号：TD725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0162-01
1 矿井概况
某煤矿原设计生产能力为90万t，经改扩建后年生产能力达到了120万t。矿井井田共共含煤23层，目前主采煤层为1号和2号煤层。受井田开拓条件及巷道布置因素影响，矿井通风方式采用中央并列式与中央边界式混合通风系统、抽出式通风。矿井原总进风量3000m3/min，总回风量3100m3/min，等级孔I.8m2。井田中央的工业广场内布置3个井筒，即主井、副井、中央风井；在井田西部边界布置一个井筒为西风井。矿井的主、副井进风，中央风井及西风井回风。
随着矿井向深部延伸，煤层瓦斯含量和地温也随之变大，导致矿井瓦斯涌出量增加与工作环境温度升高，加之生产能力提升使设备机械化程度加大，矿井需用风量大幅增加，矿井原有通风系统捉襟见肘，供风能力严重不足，极大地制约了矿井的安全及正常生产，因此对矿井通风系统进行优化改造工作迫在眉睫。
2 通风系统存在问题及优化改造的必要性
随着矿井向深部开拓延伸，煤层瓦斯含量及地温随之增高，使得矿井瓦斯涌出量进一步变大，采掘工作面内温度逐渐增高，井下工作环境日趋恶化，需增加更多风量来排放瓦斯和给各采掘工作面降温；另外，矿井改扩建后生产能力提升与采掘设备机械化程度越来越高，各采掘工作面需用风量大幅增加，矿井对通风能力需求增强，但本矿井通风路线比较长，回风系统原有主要巷道断面小且巷道变形严重，通风阻力太大，受原有主风机机械能力所限制等因素，原有通风系统能力有限，与矿井安全生产的通风需求能力形成对立矛盾。为解决这一对立矛盾，对矿井原有通风系统的通风参数进行了全面测定，根据测定结果结合矿井巷道情况进行综合分析，认为矿井原有通风系统主要存在以下几个主要问题和制约因素。
（1）矿井主要风巷距离较长，巷道断面小、变形严重，导致通风阻力变大。本矿井主要回风巷道较长，四采区的主要回风道通风距离1600m，六采区的北总回风巷通风距离2000m。矿井原有主要回风道巷道断面较小，多在6-10m2之间，加之因矿井地压比较大，采用工字钢支护的巷道多数遭受破坏、严重变形，参差不齐的巷道断面导致矿井通风阻力变大。在以往进行的矿井通风系统参数的测定工作中，四采区回风道通风阻力测定结果为l980Pa，占中央风井通风系统总阻力的70.7%；六采区的北总回风巷阻力达2300Pa，占西风井通风系统总阻力的74.19%。两条巷道的通风阻力所占矿井通风总阻力的比重都非常大，据此数据分析得出，由于受主要回风道供风距离长、摩擦阻力大、局部阻力高，加上巷道变形等因素所影响，造成回风系统总通风阻力比较大，严重制约了矿井的通风效率。必须对巷道迸行断面扩大或维修来增加风流通过面积，减小通风阻力。
（2）随着矿井生产能力变化及机械化程度提高，矿井生产用风量大幅增加。矿井改扩建前，掘进巷道设计断面为8m2，改扩建后巷道断面增加到12m2左右，矿井开拓深度增加使煤层瓦斯含量增大，掘进时瓦斯涌出量大幅升高；另外改扩建后采掘机械化程度加深，掘进速度有所提高，也导致需风量增大。为保证掘进面的正常用风，每个掘进工作面掘进时所需配用风量由原来的200-280m3/min增加到500m3/min；同理回采工作面也因设计产量变大瓦斯涌出量有所升高，需要更多进风量来稀释瓦斯，每个回采工作面需配用风量由600-800m3/min增大到l500m3/min左右。此外，随着矿井开拓深度增加地温的升高，井下工作环境的温度也逐渐变高，为降低采掘工作面温度，改善工作环境，也需要更多的新鲜风流来降温。经计算，目前整个矿井总需配风量要达到8000m3/min以上才能保证矿井安全生产用风。
（3）主要通风设备陈旧、能力和效率比较低。随着时间的推移，风机机械性能不断下降，在之前进行的风机性能测试中，中央风井主要通风机有效率为68%、西风井主要通风机有效率仅为45.6%。随着矿井总需风量的大幅增加，原有主风机已经不能满足矿井安全生产用风要求，必须进行升级或更换。
（4）受小煤窑非法采动破坏影响，矿井漏风严重。该矿周边存在多个小煤窑，受小煤窑非法采动影响，现在西风井井筒多处变形，井壁浆皮跨落、支护遭到严重破坏，且该影响甚至延伸至地表导致西风井主要通风机房地基变形，已经影响到主要通风机的正常安全运行；另外，北大巷因受此影响不仅仅是巷道变形严重，且有裂隙与外部小窑导通，漏风状况使得矿井通风系统安全受到严重威胁。
基于以上几个方面因素影响，为保證矿井安全高效的生产，对原有通风系统进行优化改造的工作显得尤为重要且刻不容缓。只有通过对通风系统的优化、改造工作来提升通风系统的能力，提升其可靠性和稳定性，才能满足矿井所需的风量，确保矿井安全生产。
3 通风系统优化改造措施
（1）扩修回风巷道，改变支护方式。对原有巷道进行扩帮维修，包括四采区l500m左右总回风巷与其他变形严重的回风巷道，增大巷道断面使其达13.4m2以上；改变巷道原来的工字钢支护方式，全部采用锚网梁加锚喷支护方式，降低巷道的摩擦阻力；在巷道的所有拐弯处采用流线型设计，减小巷道拐弯处的局部阻力。
（2）增设l条中央风井风道，增大风流通过面积。原通风系统中的中央风井地面约有l条180m长的风硐，原通风断面为3.4m×3.4m，回风流通过面积偏小，增加l条相同规格的风硐与已有风硐并联使用，增加回风流通过面积，减小风机排风端的通风阻力。
（3）缩短四、六采区共用段距离，对四采区增设进风巷道。对四采区和六采区回风系统路线进行调整，将四采区与六采区共用进风段减少800m距离；同时，为了满足四采区的用风需求，对其再单独增设一条进风巷道，降低采区进风时的通风阻力。
（4）报废北总回风巷和西风井，新建1个替代回风井。受小煤窑采动后影响，矿井原有的北总回风巷漏风现象严重，加上西风井机房地基变形，已经影响了风机的安全运行。拟报废北总回风巷与西风井，在井田北翼的八采区中央新建1个北风井与井下回风系统连通，以缩短六采区和八采区之间的通风距离。报废北总回风巷待新风井建成并连通后，较以前六采和八采通风距离减少2000m，进一步减小了矿井的总通风阻力。
（5）更换中央风井风机，提高风机排风量及通风能力，选用具有高效率、低噪声、无驼峰等特点的风机，从根本上提高矿井的通风能力，以满足整个矿井的用风需求。
4 通风系统优化改造后效果
根据矿井生产规划，矿井经过三年的时间，按优化改造方案逐步实施，最终通风系统各项优化改造工作全部完成。经优化改造后，目前矿井总进风量11000m3/min，总回风量11200m3/min，矿井等级孔为3.2m2，完全满足了矿井安全高效生产的总需风量。其中，中央风井风机回风量7500m3/min，风机负压3000Pa，风机效率91%；北风井风机回风量3700m3/min，风机负压2600Pa，风机效率87%。且矿井各作业场所温度平均降低2-3℃，大大改善了井下作业环境，取得比较理想的预期结果。
5 结语
该矿经过一系列通风系统改造后，降低了矿井通风阻力，提高了通风能效，大大提高矿井通风能力和排放瓦斯能力，增强了通风系统的安全可靠性和抗灾能力，改善了井下作业场所的环境，满足了矿井通风安全需要，并为今后矿井扩大区的投产和实现高产高效提供了通风条件。同时，也可为其他矿井的通风系统优化改造工作提供合理、经济、科学的借鉴。
作者简介
刘振（1985），河南周口人，现供职于中煤新集能源股份有限公司新集一矿通风区。