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摘要：碱场煤矿当前东区煤层即将回采结束，将转移到矿井南翼开采，如何利用现有矿井巷道，保证东采区和南采区同时生产，直到过渡到南采区独立生产，是一个难题。碱场煤矿与辽宁工程技术大学合作，对碱场煤矿矿井通风阻力进行了测定，从简化通风系统、提高有效风量和降低阻力入手，研究了三种通风系统改造方案，采用计算机进行网络解算，根据结果完成了方案优选，通风系统改造后可以满足安全生产需要。
关键词：矿井 通风系统 优化改造 风量 风压
合理的矿井通风系统对煤矿的安全生产起着重要作用[1—2]。随着碱场煤矿东采区回采即将结束，矿井将形成东翼和南翼同时生产的局面。此时仅用东风井同时承担东翼和南翼的通风，风机将在大角度下运行，东风井风机能力是否满足两翼通风需求亟需进行论证分析。因此，根据碱场煤矿矿井生产接续计划，为确保南采区投入生产后达到设计生产能力，必须对现有矿井通风系统进行优化改造，使东、南两翼的通风系统平衡，以确保通风系统的合理稳定与经济可靠。
1 矿井概况
碱场煤矿位于穆棱县八面通镇，现隶属沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司。设计年产量150万t/a，核定生产能力100万t/a，为高瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量为40.84m3/min，相对瓦斯涌出量为36.48m3/t。现有东翼采区和南翼采区两个采区。矿井通风系统为中央并列抽出式，一段“三入一回”即主井、副井、一区入风井入风，回风井回风；二段“两入一回”即皮带井、轨道井入风，回风井回风。东采区为“两入一回”即集运巷、轨道巷入风，专用回风道回风。
目前在东翼采区安装主要通风机担负矿井通风任务，风机型号BD—Ⅱ—NO26，叶片安装角度为—5°，风压4470Pa，风量5880m3/min。东采区为残采区，2012年年末将结束，南采区明年开始为主采区。
2 问题的提出
东采区现有一个综采工作面两个开拓掘进工作面，三个综掘工作面和五个独立通风硐室，东采区总进风量为4880m3/min，南采区风量仅为1000m3/min，由于南采区风量限制，南采区首采面无法保证生产，同时南采区服务的开拓巷道也无法全部进行。当前东采区主扇叶片角度已调至—5°，矿井通风阻力达到4470Pa，再调高叶片安装角度，风机将出现喘振，因此无法通过提高主扇叶片安装角度来实现风量的增加。现矿井核定年产量为100万t/a，若要实现设计年产量150万t/a，需要供风量为8346 m3/min，当前矿井风量不能满足要求，因此南采区通风系统改造势在必行。
3 改造方案分析
南风井即将贯通，贯通后，矿井有5条井筒：皮带斜井、副斜井、老斜井、现有风井和南风井。东采区和南采区同时生产，东采区一采两掘，南翼采区一采五掘。矿井总入风量7200m3/min，东采区1采2掘，有效风量2100 m3/min，东采区供风2520m3/min，南翼采区1采5掘，有效风量3450m3/min，南翼采区供风4140m3/min。
南翼采区投产，根据南风井风机和现有东区风井风机的运行方式，矿井通风系统方案有三种：①南风井入风，现有东区风机运行；②南风井风机和现有东区风机同时运行；③南风井主扇运行，现有东区风井入风。
3.1 南风井入风，现有东区风机运行
南风井入风，现有东区主扇BD—II—NO26运转，通过计算机解算发现[3—4]：东采区的通风状况比南风井未贯通时大为改善，但是，南区风量不足。因此该方案不可行。
3.2 南风井风机和现有东区风机同时运行
现有东区主扇BD—II—NO26和南风井主扇FBCDZ—8—No.28（HP型）对旋轴流式通风机同时运转。此时的通风状况比现在南风井未贯通时大为改善。但是，南风井和现有风井的风机都在小风量、高负压的不稳定状态运行。分析原因为老主井、新主井、老斜井三个进风井阻力太大，达到2150Pa。因此该方案也不可行。
3.3 南风井主扇运行，现有东区风井入风
南风井主扇FBCDZ—8—No.28（HP型）对旋轴流式通风机运转，东区主扇停止运转，东采区两条入风井与南采区皮带巷和轨道巷连接为采区入风；东采区回风井与南采区回风大巷连接进入南采区回风立井为采区回风。
改造后，解算结果显示：南翼风井风机风量139.1m3/s，压力4215.3Pa，矿井等级孔为2.55m2。现有风井总进风量79.77m3/s，东采区风量55.39m3/s（3320m3/min），东采区工作面风量28.8m3/s，可保证1采2掘。南采区风量78.4m3/s（4700m3/min），南采区工作面风量38.3m3/s，南翼采区可保证1采5掘生产。矿井风量满足要求，但是，南风井主要通风机负压稍高，此方案可行。
3.4 通风系统优化方案的制定与实施
根据以上三种方案计算结果，通过通风参数比较，选取第三种方案。该方案实施需在南采区边界地面开掘一个通风立井，长度550m，直径6m。安设高效节能FBCDZ—8—No.28（HP型）型对旋轴流式通风机，转速为740r/min，风机叶片安装角度为—5°。对东采区初期依据风量需要进行增阻调解，后期将东采区巷道全部封闭。南采区需进一步扩大回风巷断面，降低通风阻力，以保证南采区风量需求。
4 效果分析
4.1 改造后的通风机性能
改造后对南风井主要通风机的性能进行了测定，其结果如下：风机型号为FBCDZ—8—No.28（HP型），最大工作风量为8346m3/min，最大工作负压为4215.3Pa，配套电机功率为2×500KW。
4.2 改造前后效果分析
改造前后比较如表1所示。通风系统改造前，全矿井1个回采工作面和5个掘进工作面同时生产，年产量为100万吨，改造后可实现2个回采工作面和7个掘进工作面同时生产，实现年产量150万吨，年创造直接经济效益10000万元。风量充足，能确保安全生产并可获得巨大社会效益，服务年限可达10年以上。
5 结论
通过矿井通风阻力测定，经过三种不同改造方式的通风系统计算分析，得出了最佳通风系统优化改造方案为南风井主扇运行、现有东区风井入风，并为该方的实施确定了具体措施。改造后风量增加2466m3/min，将能实现设计产量的150万t/a，同时确保矿井的安全生产，将能取得较好的经济和社会效益。
参考文献：
[1]张国枢.通风安全[M].北京：中国矿业大学出版社，2008.1.
[2]赵彭伟，姚理忠，陈旭东.王庄矿西风井通风系统改造[J].机械管理开发，2004，78（3）：39～40.
[3]程磊，杨运良，景国勋. 鹤壁四矿通风系统优化改造[J].河南理工大学学，2005，24（6）：426～429.
[4]马汉池，郭建伟.五矿已三采区通风系统改造[J].煤矿安全，2002，3（1）：13～15.
作者简介：赵英俊（1955—），男，黑龙江鸡西人，沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司通风工程师，主要从事矿井通风与安全工作。
关键词：矿井 通风系统 优化改造 风量 风压
合理的矿井通风系统对煤矿的安全生产起着重要作用[1—2]。随着碱场煤矿东采区回采即将结束，矿井将形成东翼和南翼同时生产的局面。此时仅用东风井同时承担东翼和南翼的通风，风机将在大角度下运行，东风井风机能力是否满足两翼通风需求亟需进行论证分析。因此，根据碱场煤矿矿井生产接续计划，为确保南采区投入生产后达到设计生产能力，必须对现有矿井通风系统进行优化改造，使东、南两翼的通风系统平衡，以确保通风系统的合理稳定与经济可靠。
1 矿井概况
碱场煤矿位于穆棱县八面通镇，现隶属沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司。设计年产量150万t/a，核定生产能力100万t/a，为高瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量为40.84m3/min，相对瓦斯涌出量为36.48m3/t。现有东翼采区和南翼采区两个采区。矿井通风系统为中央并列抽出式，一段“三入一回”即主井、副井、一区入风井入风，回风井回风；二段“两入一回”即皮带井、轨道井入风，回风井回风。东采区为“两入一回”即集运巷、轨道巷入风，专用回风道回风。
目前在东翼采区安装主要通风机担负矿井通风任务，风机型号BD—Ⅱ—NO26，叶片安装角度为—5°，风压4470Pa，风量5880m3/min。东采区为残采区，2012年年末将结束，南采区明年开始为主采区。
2 问题的提出
东采区现有一个综采工作面两个开拓掘进工作面，三个综掘工作面和五个独立通风硐室，东采区总进风量为4880m3/min，南采区风量仅为1000m3/min，由于南采区风量限制，南采区首采面无法保证生产，同时南采区服务的开拓巷道也无法全部进行。当前东采区主扇叶片角度已调至—5°，矿井通风阻力达到4470Pa，再调高叶片安装角度，风机将出现喘振，因此无法通过提高主扇叶片安装角度来实现风量的增加。现矿井核定年产量为100万t/a，若要实现设计年产量150万t/a，需要供风量为8346 m3/min，当前矿井风量不能满足要求，因此南采区通风系统改造势在必行。
3 改造方案分析
南风井即将贯通，贯通后，矿井有5条井筒：皮带斜井、副斜井、老斜井、现有风井和南风井。东采区和南采区同时生产，东采区一采两掘，南翼采区一采五掘。矿井总入风量7200m3/min，东采区1采2掘，有效风量2100 m3/min，东采区供风2520m3/min，南翼采区1采5掘，有效风量3450m3/min，南翼采区供风4140m3/min。
南翼采区投产，根据南风井风机和现有东区风井风机的运行方式，矿井通风系统方案有三种：①南风井入风，现有东区风机运行；②南风井风机和现有东区风机同时运行；③南风井主扇运行，现有东区风井入风。
3.1 南风井入风，现有东区风机运行
南风井入风，现有东区主扇BD—II—NO26运转，通过计算机解算发现[3—4]：东采区的通风状况比南风井未贯通时大为改善，但是，南区风量不足。因此该方案不可行。
3.2 南风井风机和现有东区风机同时运行
现有东区主扇BD—II—NO26和南风井主扇FBCDZ—8—No.28（HP型）对旋轴流式通风机同时运转。此时的通风状况比现在南风井未贯通时大为改善。但是，南风井和现有风井的风机都在小风量、高负压的不稳定状态运行。分析原因为老主井、新主井、老斜井三个进风井阻力太大，达到2150Pa。因此该方案也不可行。
3.3 南风井主扇运行，现有东区风井入风
南风井主扇FBCDZ—8—No.28（HP型）对旋轴流式通风机运转，东区主扇停止运转，东采区两条入风井与南采区皮带巷和轨道巷连接为采区入风；东采区回风井与南采区回风大巷连接进入南采区回风立井为采区回风。
改造后，解算结果显示：南翼风井风机风量139.1m3/s，压力4215.3Pa，矿井等级孔为2.55m2。现有风井总进风量79.77m3/s，东采区风量55.39m3/s（3320m3/min），东采区工作面风量28.8m3/s，可保证1采2掘。南采区风量78.4m3/s（4700m3/min），南采区工作面风量38.3m3/s，南翼采区可保证1采5掘生产。矿井风量满足要求，但是，南风井主要通风机负压稍高，此方案可行。
3.4 通风系统优化方案的制定与实施
根据以上三种方案计算结果，通过通风参数比较，选取第三种方案。该方案实施需在南采区边界地面开掘一个通风立井，长度550m，直径6m。安设高效节能FBCDZ—8—No.28（HP型）型对旋轴流式通风机，转速为740r/min，风机叶片安装角度为—5°。对东采区初期依据风量需要进行增阻调解，后期将东采区巷道全部封闭。南采区需进一步扩大回风巷断面，降低通风阻力，以保证南采区风量需求。
4 效果分析
4.1 改造后的通风机性能
改造后对南风井主要通风机的性能进行了测定，其结果如下：风机型号为FBCDZ—8—No.28（HP型），最大工作风量为8346m3/min，最大工作负压为4215.3Pa，配套电机功率为2×500KW。
4.2 改造前后效果分析
改造前后比较如表1所示。通风系统改造前，全矿井1个回采工作面和5个掘进工作面同时生产，年产量为100万吨，改造后可实现2个回采工作面和7个掘进工作面同时生产，实现年产量150万吨，年创造直接经济效益10000万元。风量充足，能确保安全生产并可获得巨大社会效益，服务年限可达10年以上。
5 结论
通过矿井通风阻力测定，经过三种不同改造方式的通风系统计算分析，得出了最佳通风系统优化改造方案为南风井主扇运行、现有东区风井入风，并为该方的实施确定了具体措施。改造后风量增加2466m3/min，将能实现设计产量的150万t/a，同时确保矿井的安全生产，将能取得较好的经济和社会效益。
参考文献：
[1]张国枢.通风安全[M].北京：中国矿业大学出版社，2008.1.
[2]赵彭伟，姚理忠，陈旭东.王庄矿西风井通风系统改造[J].机械管理开发，2004，78（3）：39～40.
[3]程磊，杨运良，景国勋. 鹤壁四矿通风系统优化改造[J].河南理工大学学，2005，24（6）：426～429.
[4]马汉池，郭建伟.五矿已三采区通风系统改造[J].煤矿安全，2002，3（1）：13～15.
作者简介：赵英俊（1955—），男，黑龙江鸡西人，沈阳焦煤鸡西盛隆矿业有限责任公司通风工程师，主要从事矿井通风与安全工作。