1、东滩煤矿西风井通风系统改造优化设计及应用丰 云 雷（山东兖矿设计咨询有限公司，山东 邹城 273500）摘要：东滩煤矿西风井主要通风机已连续运行 30 余年，风机及附属设施老化严重；西风井服务的采区仍为主力生产采区，为保证矿井安全生产，将现有主要通风机进行更换。本文通过分析井下采场、计算风量负压，提出了 2 种主要通风机选型方案并进行比选，确定了主要通风机设备型号，结合现场实际完成通风机房、扩散塔等布置，最后提出新旧风机切换方法。关键词：通风系统；通风阻力；主要通风机；优化设计中图分类号：TD724文献标志码：A文章编号：1009-0797（2023）06-0092-04Optimizatio
2、n Design and Application of West Air Shaft Ventilation Systemin Dongtan Coal MineFENG Yunlei（273500，）Abstract：The main fan of the west air shaft in Dongtan Coal Mine has been running continuously for more than 30 years.The mining areaserved by the west air shaft is still the main production area.In
3、order to ensure the safety of mine production,the existing main fan will bereplaced.Based on the analysis of underground stope and calculation of air volume negative pressure,this paper puts forward two main fanselection schemes and compares them,determines the main fan equipment model,completes the
4、 layout of ventilation room and diffusion towercombined with the actual situation on site,and finally puts forward the switching method of new and old fans.Key words：ventilation system;ventilation resistance;main ventilator;the optimization design0引言东滩煤矿采用立井多水平开拓，两翼对角抽出式通风，副井进风，主井辅助进风，西风井、北风井回风。矿井于
5、2018 年对北风井通风系统进行了改造，更换为 2 台 ANN-2650/1250C 型通风机，主要担负一采区、三采区、部分十四采区以及将来五、七采区回风。西风井目前仍使用 1988 年安装的 2 台HDR280-69 型轴流式主要通风机，主要担负四采区、六采区及部分十四采区回风。1矿井西风井通风系统改造的必要性1）主要通风机及附属设施已老化，安全性能下降。西风井装备 2 套 HDR280-69 型动叶可调式轴流风机，自 1988 年安装至今已连续运行 30 余年。长期使用致使风机及附属设施出现老化，机械磨损严重，风机运行性能差，能耗高，通风安全性能降低。2）主要通风机控制系统无法实现集控。主
6、要通风机控制系统于 1997 年进行改造，采用欧姆龙 PLC进行程序控制，无模拟量模块、通讯模块、总线接口等，无法实现集控，且升级改造工程量大、耗时长，期间单风机运行，存在安全隐患。3）主要通风机运行效率偏低，不满足节能要求。主要通风机虽能满足目前矿井接续生产用风要求，但风机运行效率偏低且不满足现行节能规范的要求。2矿井风量及阻力计算2.1矿井生产接续规划东滩煤矿-660 m 水平共划分为 8 个采区，即西翼四采区，北翼十四采区，南翼六、八采区，东翼一、三、五、七采区。目前，矿井生产采区为三、六、十四采区，其中十四采区即将回采结束。十四采区回采结束后，东翼五、七采区接续生产，届时三、五、六、七
7、采区将成为矿井后续主要生产采区。根据矿井生产接续规划，矿井生产将长期保持 23 个采煤工作面同时生产的格局，并配 89 个掘进工作面。2.2矿井通风时期的划分西风井主要服务于矿井四采区（扩大区）、六采区、十四采区（扩大），按生产接续可划分 2 个时期。1）六采区和十四采区同采时期。该时期西风井主要服务六采区和十四采区生产，六采区布置 1 个综采工作面、4 个掘进工作面，十四采区布置 1 个综放工作面。2）四、六、八采区仅一个工作面回采时期。该十2023 年第 6 期煤矿现代化第 32 卷92四采区已基本回采完毕，西风井主要服务四采区、六采区、八采区生产。3 个采区之间交替生产，仅布置为 1 个
8、采煤工作面生产和 34 个掘进工作面。经分析，六采区和十四采区同采时期，2 个工作面集中在西风井服务范围内，西风井通风风量大，通风距离较长。经比较，十四采区 14320 综放工作面和63上06 综采工作面同时生产时期为西风井通风困难时期，届时生产布局为六采区、十四采区各布置 1个采煤工作面，4 个掘进工作面全部集中在六采区，负责工作面顺槽及联络巷掘进工作。四、六、八采区仅一个工作面回采时期，西风井仅服务一个采煤工作面，风量较小，通风距离较近。经比较，六采区 63上02 工作面生产时期为西风井通风容易时期，届时六采区布置 1 个采煤工作面和 3个掘进工作面，3 个掘进工作面中 2 个负责顺槽掘进
9、工作，1 个负责下山开拓延伸工作。2.3矿井风量计算根据煤矿安全规程、煤矿矿井风量计算方法（MT/T 634-2019）等规定，西风井通风容易时期及困难时期总风量及分配详见表 1。2.4矿井通风阻力计算1）通风容易时期以回采 63上02 工作面为路线进行摩擦阻力计算，通风路线如下：地面副井井底车场西翼轨道大巷南翼轨道大巷南翼辅运下山63上02 辅运顺槽63上02 工作面63上02 胶运顺槽南翼回风巷南翼总回风巷西翼总回风巷西风井地面。2）通风困难时期以回采 63上06 工作面为路线进行摩擦阻力计算，通风路线如下：地面副井井底车场西翼轨道大巷南翼轨道大巷南翼辅运下山南翼辅运巷63上06辅运顺槽6
10、3上06 工作面63上06 胶运顺槽南翼回风巷南翼总回风巷西翼总回风巷西风井地面。3）局部通风阻力按摩擦阻力的 10%计算。根据矿井开拓布局和生产接续，矿井西风井通风阻力按通风容易时期、通风困难时期最大通风路线分别进行计算。利用下式计算摩擦阻力：=2/3式中：为摩擦阻力，Pa；为摩擦阻力系数，Ns2/m4；为井巷长度，m；为井巷净周长，m；为通过井巷的风量，m3/s；为井巷净断面，m2。经计算，西风井通风容易时期、困难时期的风量、负压见表 2。表 1西风井各时期总风量及其分配表表 2西风井各时期通风参数表2.5原有主要通风设备校核西 风 井 原 有 主 要 通 风 机 房 安 装 2 台HDR
11、280-69 型动叶可调式轴流风机，电机型号为PA100G90-70/6，功率为 1 300 kW 同步电动机，转速1 000 r/min，叶轮直径 2.8 m，1 台运转，1 台备用。根据西风井不同时期通风风量、负压对原有 2台 HDR280-69 型风井进行校核，其结果详见表 3。“通风困难时期”和“通风容易时期”西风井主要通风机满足生产所需风量和负压满足矿井生产通风的要2023 年第 6 期煤矿现代化第 32 卷通风容易时期配风标准（m3/s）通风困难时期配风标准（m3/s）采煤63上02 工作面3414320 综放工作面1763上06 综采工作面34掘进63上07 辅运顺槽综掘1263
12、上02 辅运顺槽综掘1263上07 胶运顺槽综掘1263上02 胶运顺槽综掘12六采区 2 号辅助轨道下山普掘1063上08 辅顺联普掘1063上08 胶顺联普掘10硐室南翼 1 号变电所2南翼 1 号变电所2胶轮车换装硐室2胶轮车换装硐室2胶轮车乘车硐室2胶轮车乘车硐室2六采区避难硐室2六采区避难硐室2南翼 2 号变电所2南翼 2 号变电所2南翼 2 号水泵房2南翼 2 号水泵房2检修硐室2检修硐室2十四采区变电所4十四采区变电所4十四采区避难硐室2其它南翼胶带下山5南翼胶带下山5南翼第二胶带巷5南翼第二胶带巷5北翼皮带石门5北翼皮带石门5北翼皮带机尾联络巷5北翼皮带机尾联络巷5十四采十中车
13、场5十四采十中车场5西翼轨道石门8西翼轨道石门8西翼皮带石门5西翼皮带石门5四采扩大区轨道上山15四采扩大区轨道上山15小计139小计168考虑通风系数（取 1.15）160考虑通风系数（取 1.15）194十四采区 15 m3/s 由北风井回风-15十四采区 16 m3/s 由北风井通风16西风井合计145西风井合计178时 期风量（m3/s）负压（Pa）通风容易时期1452 020.79通风困难时期1782 502.4293求，但效率偏低，不满足目前国家的节能要求。表 3HDR280-69 型风机工况点参数电动机容量表注：风量考虑通风设备漏风系数 1.05。3矿井通风系统改造优化设计3.1
14、主要通风机选型根据国内大型煤矿主要通风机运行情况，目前矿用轴流式主要通风机具有提供大风量、运行效率高的性能，并且轴流式通风机具有反转反风或调整叶片角反风的特点，可节省地面反风道的建设工程，风机安装布置简单，反风调节方便可靠。故设计西风井主要通风机选型为矿用轴流式通风机。设计选用Howden ANN-2650/1250C 型 和 GAF25-12.5-1(GZ)型风机进行对比。方案：选用 Howden ANN-2650/1250C 型风机2 台，1 台使用，1 台备用。动态调整叶片角度改变风量，采用电动机反转方式进行反风。每台风机配6 kV，990 r/min，1 000 kW 异步电动机 1
15、台，风机与电机直联传动。通风困难时期风机叶片角 59，通风容易时期风机叶片角 50。方案：选用 GAF25-12.5-1（GZ）型风机 2 台，1 台使用，1 台备用。动态调整叶片角度改变风量，采用叶片角度反向方式进行反风。每台风机配 6 kV，1 000 r/min，1 000 kW 异步电动机 1 台，风机与电机直接传动。通风困难时期风机叶片角-1，通风容易时期风机叶片角-8。对上述西风井主要通风机 2 个选型方案进行技术、经济比较，具体比选详见表 4。方案选用Howden ANN-2650/1250C 型风机相比方案选用GAF25-12.5-1（GZ）型风机，虽投资高，但具有运行可靠、故
16、障率低、高效区域广等优点；另外矿井北风井已更换了 2 台 HowdenANN-2650/1250C 型风井，配 1 000 kW 电机，考虑风机备品备件的通用性，推荐 选 用 方 案 为 主 导 方 案，即 选 用 HowdenANN-2650/1250C 风机 2 台，1 台使用，1 台备用。3.2主要通风机房布置在西风井工业场地内，西风井东侧为原有注浆站及黄土堆，南侧为原井筒施工建筑物，西侧为进入厂区的道路，北侧为现有主要通风机房及地面风硐。西风井工业场地内现有建、构筑物情况详见图 1。新选主要通风机设备为轴流式，电机在风机的入风口侧，风机和电机在扩散塔一侧。原有主要通风机和电机在扩散塔的
17、两侧，2 种风机的结构形式和布置形式不一样，不能利用现有主要通风机房，需新建主要通风机房。表 4西风井主要通风机选型方案比选表西风井工业场地南侧有居民，若主要通风机房及扩散塔等布置在井筒南侧，则噪音对居民影响较大；故设计选择拆除井筒东部注浆站，平整东北侧的部分黄土堆，在西风井东侧新建主要通风机房、风硐、扩散塔等，同时重新规划厂区内道路，未来考虑在西风井南侧重建注浆站。改造后西风井工业场地内建、构筑物情况详见图 2。3.3新、旧主要通风机运行切换1）对现有锁口改造。因新建地面风硐，现有锁口无法满足使用要求，需对现有锁口进行改造。现有锁2023 年第 6 期煤矿现代化第 32 卷时 期风量（m3/
18、min）负压（Pa）效率（）叶片角度（）计算电机轴功率（kW）电机容量（kW）通风困难时期1973 12460371 2551 300通风容易时期1652 67963318591 300方 案内 容方案方案通风困难时期通风容易时期通风困难时期通风容易时期1风机型号Howden ANN-2650/1250CGAF25-12.5-1（GZ）2电动机规格参数每台风机配 1 台电机U=6 kV，n=990 r/min，N=1 000 kW每台风机配 1 台风机U=6 kV，n=1000 r/min，N=1 000 kW3风机转速（r/min）9901 0004所需风量（m3/s）186.9152.25
19、186.9152.255所需负压（Pa）2 812.422 280.792 812.422 280.796工况点叶片（）5950-1-8风量（m3/s）187153187153负压（Pa）2 8132 2812 8132 281效率（%）8686.586847计算电轴功率（kW）6114036114208百万 m3.Pa 电耗0.3850.3830.3850.3999计算电机功率（kW）74849474851410年电耗（万 kW h/a）62641362643011总投资（万元）2 956.892 791.8912主要优点1.运行效率较高，节能效果较好；2.风机高效区域广；3.北风井正在使用
20、该型风机，能够减少备品备件的费用，并便于管理和操作。1.与方案相比投资较低，低约 165 万元。13主要缺点1.与方案相比投资较高，高约 165 万元。1.运行效率较低，运行费用较高；2.运行高 效区 域 不如Howden 风机广；3.与北风井风机备品备件不通用，不便于管理。备注：风机年运行时间按 365 d 计算。94口内径 6.0 m，壁厚 0.8 m，设计在现锁口外侧新建圆形锁口内径 7.5 m，高 6.0 m，壁厚 0.8 m。新锁口设防爆盖，防爆盖采用自动压紧装置。图 1改造前西风井工业场地布置平面图图 2改造后西风井工业场地布置平面图2）新、旧风机切换。新换主要通风机安装测试完毕后
21、，封堵原有旧风硐（距风井不超过 6 m 以免形成盲巷），起吊原有风井防爆盖，并贯通新风硐，启动新风机完成切换。该矿西风井新、旧主要通风机切换用时约 810 h。4运行效果检验目前，东滩煤矿西风井通风系统现场已改造完毕，主要通风机整体运行状态良好，风机运行期间体积流量 151.25 m3/s，负压 2 184.81 Pa，满足井下采掘工作面等用风要求。西风井主要通风机采用智能化系统和新型节能技术，在井下通风动力不停止状态下，2 台主要通风机可实现自动切换，同时可对主要通风机运行特性参数自动在线监测、故障诊断和远程自动化管理，已达到无人值守的标准。西风井更换为大能力高效率的主要通风机后，提高了矿井通风系统的稳定性和可靠性，改善了井下作业环境得，提高了矿井抗灾能力，为矿井安全高效生产奠定了坚实的基础。参考文献：1 王德明，煤矿通风与安全，徐州，中国矿业大学，2007.2 张大卫，煤矿通风系统优化和改造实践 J.山东煤炭科技，2014（2）.3 王鹏飞，矿井通风系统优化改造应用研究J.西部探矿工程，2019（10）.作者简介：丰云雷（1988.12），男，山东曲阜人，硕士研究生,现就职于山东兖矿设计咨询有限公司，从事煤炭矿井设计和技术研究工作。（收稿日期：2023-3-23）2023 年第 6 期煤矿现代化第 32 卷95
