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[摘 要]针对石台煤矿通风系统现状，分析目前矿井通风系统存在的问题，提出通风系统优化改造方案。根据石台煤矿生产规划和采掘布局，利用计算机模拟通风系统优化的各种方案，预测优化改造结果，并对多种方案进行比较，最终确定优化改造方案，保障了石台煤矿通风系统的安全可靠性和主要通风机的安全经济运行，并对类似生产矿井的通风系统改造有一定的借鉴作用。
[关键词]矿井通风；优化改造；计算机模拟；通风阻力
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0034-01
1 矿井通风系统现状分析
1.1 矿井主要通风机运行状况
石台煤矿通风系统分为南风井和中央风井两大通风系统，由新、老副井进风，南风井和中央风井回风，形成中央边界——单翼对角混合式抽出通风方式。目前，南风井主要通风机型号AGF 606-2.4- 1.3-2，叶片安装角-3°，主要担负南五采区、Ⅱ1采区回风；中央风井主要通风机型号G4-73-11NO23D，叶片安装角90°，主要担负Ⅲ1采区、I4采区和Ⅱ1辅助采区的回风。中央风井和南风井主要通风机均接近满负荷运行，尤其是中央风井风机运行角度为90°（前导器全开），再提高排风量已无可能。同时，中央风井两台主要风机扩散器出口安装消音器后阻力损失增加，实际运行性能曲线均有所下降。
1.2 矿井风量分配
目前矿井总回风量11950m3/min。南风井系统中南五采区回风量2550m3/min，II1采区回风量3650 m3/min，中央风井系统中I4采区回风量1900m3/min，II1辅助采区回风量2000m3/min，Ⅲ1采区回风量1900 m3/min，
1.3 矿井通风系统阻力分布
1）实测中央风井通风系统总阻力为2651Pa，其中进风段为470Pa，占总阻力的17.7%；用风段为96Pa，占总阻力的3.8%；回风段为2085Pa，占总阻力的78.5%。
2）实测南风井通风系统总阻力为2362Pa，其中进风段为650Pa，占总阻力的27.5%；用风段为100Pa，占总阻力的4.2%；回风段为1612Pa，占总阻力的68.3%。
3）从中央风井和南风井通风系统阻力测定结果来看，主要通风机所提供的静压大部分用于克服回风段的通风阻力，主要因为回风段风量大，通风路线长，部分巷道有积水，局部地点巷道由于常年失修断面较小，造成通风阻力较大。因此，通风系统优化改造时必须对回风巷采取扩修巷道或增补巷道等措施扩大巷道通风断面，降低通风系统回风阻力。
2 矿井通风系统存在的主要问题
随着矿井向深部延深，井巷通风线路长、通风阻力大，预计三水平首采区（III1采区）投入生产时，Ⅱ1辅助采区、I4采区已回采结束，根据生产需求南五采区需配风3000m3/min，II1采区需配风3260 m3/min，III1采区需配风3140m3/min。Ⅲ1采区需风量将由1700m3/min提高至 3140m3/min。由于目前中央风井风机已是满负荷运行，无法通过提高风机运行角度来增加风量，随着矿井向深部延伸，矿井的总需风量将增加，矿井通风阻力随之增大。基于上述分析，为解决三水平投入生产时各采掘工作面风量的问题，必须通过矿井通风系统的计算机模拟，优化矿井通风系统，提出最佳的通风系统改造方案，保证矿井安全正常生产。
3 矿井通风系统优化方案的选择
3.1 通风系统优化方案模拟预测
全矿安排3个回采面、1个收作面、8个掘进工作面，Ⅲ1采区从中央风井回风。通过对全矿井通风阻力测定数据分析，提出以下二种方案对Ⅲ1采区回风系统高阻力段巷道进行降阻：
1）方案一：补掘Ⅲ1辅助回风巷500m，断面12m2，修护南一运输上山750m，断面由4m2扩至12m2；
2）方案二：补掘III总回风联巷80m，将II1辅助运输机上段改为回风巷道；修护南一童台回风上山330m，断面7.5m2扩至12m2；修护南一运输上山750m，断面由4m2扩至12m2。
在进行计算机模拟解算时，南风井重点考察最大阻力路线II319工作面风量情况；中央风井系统Ⅲ1采区掘进工作面及峒室需要风量固定，重点考察最大阻力路线Ⅲ313工作面风量情况。各方案采面计划风量、模拟风量、风机工况点和采区风量比较分别见表1、表2。
3.2 通风系统优化方案的可行性比较
1）技术比较
通过计算机模拟预测，采用方案一时，Ⅲ313工作面风量为1146m3/min，II319工作面风量为870m3/min，能够满足工作面和各采区需风要求。
采用方案二时，Ⅲ313工作面风量为1122m3/min，II319工作面风量为895m3/min，，亦能够满足工作面和各采区需风要求。
2）经济比较
方案一：补掘Ⅲ1辅助回风巷500m，总价200万，工期7.7个月；修护南一运输上山750m，总价150万，工期8.3个月。合计总价350万，工期16个月
方案二：补掘III总回风联巷80m，总价25.6万，工期1.2个月；修护南一童台回风上山330m，总价66万，工期3.7个月；修护南一运输上山750m，总价150万，工期8.3个月。合计总价241.6万，工期13.2个月。
综上所述，两种通风系统优化改造方案均可以满足要求，方案二比方案一节省108.4万元左右，且方案二巷道工程量小，完成工期较短。经过各方案安全技术及经济比较，最后确定矿井通风系统优化改造采用方案二。
4 结论
1）通过对石台煤矿通风阻力分析表明：由于矿井通风线路长，回风系统局部地点断面较小等因素，造成矿井通风阻力大，并且主要通风机所提供的静压65%以上用于克服回风段的通风阻力。
2）在通风系统优化改造过程中，充分利用废旧巷道形成并联通风网络，可大幅度降低矿井通风阻力，减少优化改造费用，此次通风系统优化改造井巷工程费用节省108.4万元，改造工期缩短近3个月，主要通风机每年可节约电费近80万。
3）通过对石台煤矿通风系统优化改造结果来看，方案二是切实可行的，此时矿井总风量增加500 m3/min，中央风井通风阻力降低了250Pa，各用风地点均能满足风量分配需求。
[关键词]矿井通风；优化改造；计算机模拟；通风阻力
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0034-01
1 矿井通风系统现状分析
1.1 矿井主要通风机运行状况
石台煤矿通风系统分为南风井和中央风井两大通风系统，由新、老副井进风，南风井和中央风井回风，形成中央边界——单翼对角混合式抽出通风方式。目前，南风井主要通风机型号AGF 606-2.4- 1.3-2，叶片安装角-3°，主要担负南五采区、Ⅱ1采区回风；中央风井主要通风机型号G4-73-11NO23D，叶片安装角90°，主要担负Ⅲ1采区、I4采区和Ⅱ1辅助采区的回风。中央风井和南风井主要通风机均接近满负荷运行，尤其是中央风井风机运行角度为90°（前导器全开），再提高排风量已无可能。同时，中央风井两台主要风机扩散器出口安装消音器后阻力损失增加，实际运行性能曲线均有所下降。
1.2 矿井风量分配
目前矿井总回风量11950m3/min。南风井系统中南五采区回风量2550m3/min，II1采区回风量3650 m3/min，中央风井系统中I4采区回风量1900m3/min，II1辅助采区回风量2000m3/min，Ⅲ1采区回风量1900 m3/min，
1.3 矿井通风系统阻力分布
1）实测中央风井通风系统总阻力为2651Pa，其中进风段为470Pa，占总阻力的17.7%；用风段为96Pa，占总阻力的3.8%；回风段为2085Pa，占总阻力的78.5%。
2）实测南风井通风系统总阻力为2362Pa，其中进风段为650Pa，占总阻力的27.5%；用风段为100Pa，占总阻力的4.2%；回风段为1612Pa，占总阻力的68.3%。
3）从中央风井和南风井通风系统阻力测定结果来看，主要通风机所提供的静压大部分用于克服回风段的通风阻力，主要因为回风段风量大，通风路线长，部分巷道有积水，局部地点巷道由于常年失修断面较小，造成通风阻力较大。因此，通风系统优化改造时必须对回风巷采取扩修巷道或增补巷道等措施扩大巷道通风断面，降低通风系统回风阻力。
2 矿井通风系统存在的主要问题
随着矿井向深部延深，井巷通风线路长、通风阻力大，预计三水平首采区（III1采区）投入生产时，Ⅱ1辅助采区、I4采区已回采结束，根据生产需求南五采区需配风3000m3/min，II1采区需配风3260 m3/min，III1采区需配风3140m3/min。Ⅲ1采区需风量将由1700m3/min提高至 3140m3/min。由于目前中央风井风机已是满负荷运行，无法通过提高风机运行角度来增加风量，随着矿井向深部延伸，矿井的总需风量将增加，矿井通风阻力随之增大。基于上述分析，为解决三水平投入生产时各采掘工作面风量的问题，必须通过矿井通风系统的计算机模拟，优化矿井通风系统，提出最佳的通风系统改造方案，保证矿井安全正常生产。
3 矿井通风系统优化方案的选择
3.1 通风系统优化方案模拟预测
全矿安排3个回采面、1个收作面、8个掘进工作面，Ⅲ1采区从中央风井回风。通过对全矿井通风阻力测定数据分析，提出以下二种方案对Ⅲ1采区回风系统高阻力段巷道进行降阻：
1）方案一：补掘Ⅲ1辅助回风巷500m，断面12m2，修护南一运输上山750m，断面由4m2扩至12m2；
2）方案二：补掘III总回风联巷80m，将II1辅助运输机上段改为回风巷道；修护南一童台回风上山330m，断面7.5m2扩至12m2；修护南一运输上山750m，断面由4m2扩至12m2。
在进行计算机模拟解算时，南风井重点考察最大阻力路线II319工作面风量情况；中央风井系统Ⅲ1采区掘进工作面及峒室需要风量固定，重点考察最大阻力路线Ⅲ313工作面风量情况。各方案采面计划风量、模拟风量、风机工况点和采区风量比较分别见表1、表2。
3.2 通风系统优化方案的可行性比较
1）技术比较
通过计算机模拟预测，采用方案一时，Ⅲ313工作面风量为1146m3/min，II319工作面风量为870m3/min，能够满足工作面和各采区需风要求。
采用方案二时，Ⅲ313工作面风量为1122m3/min，II319工作面风量为895m3/min，，亦能够满足工作面和各采区需风要求。
2）经济比较
方案一：补掘Ⅲ1辅助回风巷500m，总价200万，工期7.7个月；修护南一运输上山750m，总价150万，工期8.3个月。合计总价350万，工期16个月
方案二：补掘III总回风联巷80m，总价25.6万，工期1.2个月；修护南一童台回风上山330m，总价66万，工期3.7个月；修护南一运输上山750m，总价150万，工期8.3个月。合计总价241.6万，工期13.2个月。
综上所述，两种通风系统优化改造方案均可以满足要求，方案二比方案一节省108.4万元左右，且方案二巷道工程量小，完成工期较短。经过各方案安全技术及经济比较，最后确定矿井通风系统优化改造采用方案二。
4 结论
1）通过对石台煤矿通风阻力分析表明：由于矿井通风线路长，回风系统局部地点断面较小等因素，造成矿井通风阻力大，并且主要通风机所提供的静压65%以上用于克服回风段的通风阻力。
2）在通风系统优化改造过程中，充分利用废旧巷道形成并联通风网络，可大幅度降低矿井通风阻力，减少优化改造费用，此次通风系统优化改造井巷工程费用节省108.4万元，改造工期缩短近3个月，主要通风机每年可节约电费近80万。
3）通过对石台煤矿通风系统优化改造结果来看，方案二是切实可行的，此时矿井总风量增加500 m3/min，中央风井通风阻力降低了250Pa，各用风地点均能满足风量分配需求。