摘要： 针对煤矿向深部延深开采，瓦斯涌出量逐渐增大，通风能力不足的问题，在对矿井通风系统进行了技术测定的基础上，提出了扩井通风系统优化改造方案。并进行了经济投入与效益分析，确定了矿井通风系统优化改造方案，满足了矿井通风需要，保证了矿井安全生产。
Abstract： Aiming at the problems of deep mining for coal mine， gradual increasing of gas emission， lack of ventilation， on the basis of technical determinationin on the mine ventilation system， optimization rehabilitation programs of expanded well ventilated system were proposed， and economic input and benefit analysis was carried out to determine the optimization transformation program of mine ventilation system， which meets the mine ventilation needs and ensures mine safety production.
关键词： 煤矿；通风系统；优化改造方案；研究
Key words： coal；ventilation system；optimize rehabilitation programs；research
中图分类号：TD82-9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）30-0076-02
0 引言
皖北煤电集团刘桥一矿建于1971年，原设计生产能力0.6Mt/a，1985年改扩建设计生产能力0.9Mt/a，后经技术改造，2006年经过矿井生产能力核定为1.40Mt/a。随着开采深度的增加和生产能力的提高，瓦斯涌出量逐渐增大，矿井风量已不能满足生产的需要。及时正确的优化改造矿井通风系统，对保障安全生产，保证采掘正常接替，促进生产发展，提高经济效益都是必不可少的先决条件。
1 矿井通风系统优化改造的必要性
刘桥一矿矿井通风方式为混合式，目前矿井有四对井筒：北风井、副井、主井、中央风井。其中北风井、副井进风，中央风井回风。中央风井安装G4-73-11-№28D离心式风机2台，矿井总负压2770Pa。矿井采掘活动都集中在北翼，属于典型的单翼集中生产矿井。随着开采水平不断延深，同时随着外部采区的逐步封闭，总进风分开越来越迟、总回风汇合越来越早，矿井通风阻力仍在逐步增高、风量逐步下降、矿井通风难度逐年增大。相应的矿井瓦斯涌出量亦增大，瓦斯涌出异常点明显增多；地温地热现象也将更加严重，矿井需风量会进一步增大，现有的配风量将不能满足未来矿井安全生产的需要。为解决这些问题，必须对矿井通风系统进行优化调整和技术改造，使矿井通风系统与矿井开拓开采的条件相适应，提高矿井通风能力，以满足安全和生产的需要。
2 通风现状的测定与分析
为确定矿井通风系统最优方案，首先进行了矿井通风系统各用风地点及主要进回风巷的风量、阻力等参数的技术测定。分别选择了5条具有代表性的通风路线对进风段、用风段、回风段的阻力分布进行了测定，经测算，各路线回风段阻力值都在2350～2450Pa之间。也就是说，仅回风段的阻力就已接近《煤矿井工开采通风技术条件》所允许的矿井总阻力上限2500Pa，导致刘桥一矿回风系统阻力高的主要原因有以下两点：
2.1 回风路线长 由于刘桥一矿井田整体呈南北长、东西窄的形状，目前生产采区主要集中在矿井北翼，并仍在继续向北部矿界靠近。而矿井的回风井（中央风井）实际位于矿井南翼的中部，这就在客观上不可避免地造成回风路线长的局面。目前，刘桥一矿回风路线长度平均达4000m，是导致回风系统阻力高的主要原因。
2.2 单风井回风、风硐阻力大 刘桥一矿中央风井和风硐总长度约187m，长度约占回风段总长度的4.7%；通风阻力为605Pa，占矿井总阻力的18.8%，约占回风段阻力的1/4。风硐断面较小，风速较高。因风硐产生的局部阻力损失在风井、风硐阻力中将占据相当大的比重。
综上所述，要降低刘桥一矿的矿井通风阻力，应优先考虑从缩短回风路线、增加回风井、降低风硐阻力等采取措施。
刘桥一矿进风段阻力整体不高，阻值在230～480Pa之间，占矿总阻力的7.5～15%。但存在一些局部高阻力段。进风段总体阻力较低的很重要的原因是副井和北风井两套进风系统同时进风，每套系统大约只担负矿井总进风的50%，产生了显著的减阻效果。
刘桥一矿用风段长度在1690～3250m之间，阻力在260～550Pa之间，占矿井总阻力的8.3～17.5%。用风段阻力不高与各用风地点配风量较低有很大关系。在未来5～10年内，矿井转入深部水平开采，随着用风地点需风量的增大以及通风路线的加长，用风段的阻力将会明显提高。
3 矿井通风系统优化改造方案
针对目前所存在的通风阻力偏高、通风能力不足问题，结合通风系统现状，拟定了4个可行的优化方案，见表1。
方案Ⅰ：更换主要通风机的同时实施减阻工程
按矿井进风量和静压来选择主要通风机是可以做到的。但需要实施减阻工程，副井和北风井进风系统各需要增加一条总进风巷、采区内部至少增加一条专用回风上（下）山、回风系统增加一条总回风巷，总的巷道工程量大约为10000m左右。该方案的一个主要优点是井下风流结构不变，通风设施调整工程量小。 方案Ⅱ：开新风井
新开风井作为矿井回风井，原有的副井、中央风井、北风井全部作为进风井。由于刘桥一矿生产采区已全部集中在矿井北翼，如能在北翼选择合适地点新开一断面足够大的井筒作为矿井回风井，不但可以缩短矿井回风路线，还可以简化矿井通风系统，同时矿井进风阻力也将大幅降低，为提高矿井风量创造条件。
结合刘桥一矿井上下条件，新开北风井开在井田倾向中部，井底标高-480m；矿井通风是3进1回的通风方式，即：副井、北风井、中央风井进风，新北风井回风。该方式以新北风井作为独立回风井，有助于简化矿井通风系统。同时，采用该种通风方式后，矿井进风路线将由2条变为3条，预计进风路线所需的减阻工程将大幅降低。
方案Ⅲ：改北风井为回风井、中央风井为进风井
将北风井改为回风井，将中央风井的风机报废，使之成为进风井。该方案的最大的好处就是避免了副井进风流通过折返路线返回中央风井，预计可缩短副井进风流的回风路线1500～2000m。而且由于中央风井和副井同时进风，原系统中那些跨越总进、总回的联络巷道的漏风问题可自然消除。但问题是北风井断面较小、风阻较高，若要将全矿总风阻控制在合理范围内，减阻工程量较大。另外，由于井下风流结构发生了变化，通风设施调整工程量较大。
方案Ⅳ：改北风井为回风井
将北风井由进风井改为回风井，同时中央风井仍作为回风井。由于全矿井的回风量通过两个风井排除，因此北风井可选用较小的风机，中央风井的风机也可适当降低转速。这一方案的主要好处是避免了单一风井回风时回风路线上风量集中、阻力大的问题。当然，避免了回风路线上的风量集中，就必然导致进风路线上的风量集中。但由于副井断面较大、风阻较小，将风量集中到副井，要好于将风量集中在北风井或中央风井.该方案同样需要实施大量的减阻工程，尤其是对进风路线。目前连接副井的总进风巷
（-540大巷）断面最小处只有6.8m2。该方案对进风系统改造的工程量较大，此外也存在因井下风流结构发生了变化，通风设施调整工程量较大的问题。
上述4个方案均是可行的，经过对各方案进行分析解算，方案Ⅱ工程量小，工程造价低，有利于提高通风系统的稳定性，故选择方案Ⅱ为刘桥一矿通风系统优化改造的最优方案。
矿井通风系统改造后，新增北回风井作为矿井专用回风井、副井、主井、中央风、北风井进风，形成四进一回的通风格局，保证矿井通风系统稳定，风量充足，安全可靠性高。矿井各水平布置有专用回风大巷，采区布置有采区专用回风巷，保证了矿井通风安全可靠。
主要通风机装备两台，其中一台运行，一台备用，并采用双回路供电，风井井口安装防爆门。选用优质高效风机，具有明显的节电效果，该风机叶片可调，风量调节较方便。风机采用反转反风，反风量大于40%。采掘工作面均采用独立的通风系统，无串联通风，确保工作面通风质量和安全。井下掘进工作面采用配备双风机、双电源局部通风机通风，局部供风可靠。通风系统中设置控制风流的挡风墙、风门、调节风门等设施，并有可靠的检测、监控设备，保证设施经常处于完好状态，确保风路畅通和通风系统的安全可靠。
4 结语
4.1 生产矿井随着生产系统的变化和调整，在合理制定采掘规划的同时，必须适时对矿井通风系统加以优化，按照“缩短通风流程、扩大通风断面、减小通风阻力、增大通风能力、提高抗灾能力”的原则，做到网路简单、系统可靠、风流稳定、风量充足、风速风质符合要求。
4.2 矿井通风系统改造必须结合矿井通风系统现状，从矿井通风方式、主要通风机配置、井下通风网络的改造或调整等方面加以综合考虑，利用通风优化理论和先进的技术对通风系统进行充分调查和分析，提出可行方案进行论证，从技术、经济及管理角度来选择最优方案。
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