馬家溝煤礦通風系統(tǒng)優(yōu)化研究①

朱鍇 李斌 張景鋼

(華北科技學院安全工程學院，北京東燕郊 101601)

馬家溝煤礦通風系統(tǒng)優(yōu)化研究①

朱鍇②李斌 張景鋼

(華北科技學院安全工程學院，北京東燕郊 101601)

基于目前礦井通風阻力過大的現(xiàn)狀，根據(jù)馬家溝煤礦后期生產(chǎn)規(guī)劃，對馬家溝煤礦進行了全面的阻力測定，分析了阻力分布狀況以及通風系統(tǒng)存在的問題，提出了針對性的優(yōu)化方案，利用計算機軟件對各個方案進行了解算模擬，最終優(yōu)選出最佳的改造方案。

通風系統(tǒng);通風阻力;風機性能;系統(tǒng)優(yōu)化

1 概述

馬家溝煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力為60萬t/年。2010年實際生產(chǎn)原煤為58.96萬噸，目前本礦在九水平、十水平開采9煤層、12煤層，布置了4個采煤工作面，6個掘進工作面。礦井煤層間開采順序和采區(qū)內(nèi)同一煤層開采順序均為自上而下。采煤工作面布置以走向長壁為主，采用柔性掩護支架支護，采煤工作面頂板管理為自然垮落法。礦井采用單翼對角抽出式通風，新鮮風流經(jīng)老2號及3、4號三個立井至5水平井底車場，后進入11號暗井至8水平井底車場再經(jīng)13號暗井，到達10水平運輸大巷，部分風流經(jīng)0005進風上山?jīng)_洗工作面后到0005回風道經(jīng)9905回風上山，至8905暗井，經(jīng)7905暗井到5水平平石門回到5605上山至3水平大巷最后到2505甲回風巷最后到西風井回至地面。

現(xiàn)用主要通風機型號為62A13－N024型軸流式風機，功率為1000kW，風機葉片安裝角度45度。備用主要通風機型號為62A14－N024軸流式風機，功率為1250kW，風機葉片安裝角度45度。2011年7月28日實測礦井實際總進風量155.50m3/s，礦井總排風量160.62 m3/s，礦井通風總阻力2815.34Pa。

2 通風阻力測定及分析

2.1 通風阻力測定方法的選取

根據(jù)本研究的目的，需對全礦各通風系統(tǒng)進行全面調(diào)查和阻力測定工作，為礦井系統(tǒng)優(yōu)化提供基礎(chǔ)參數(shù)，因工作量大，測定線路長，故采用氣壓計法對全礦各通風系統(tǒng)進行阻力測定。測定時，將一臺JFY－1型精密氣壓計放置在地面井口附近作為基點，測量地面氣壓變化情況，另外一臺氣壓計沿測定路線按選定的測點依次進行測定?；c氣壓計每隔5分鐘讀一次相對壓力數(shù)值，井下測點氣壓計在各測點每逢5分鐘讀數(shù)，以便測點氣壓計和基點氣壓計讀數(shù)時間相對應(yīng)，用來校正地面氣壓變化對測點讀數(shù)的影響，保證測定結(jié)果的可靠性。在各測點測定風流壓力的同時，應(yīng)對巷道的風速、斷面尺寸等相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集〔1〕。如此依次測定全部測點，待測點氣壓計回到井口時重新校對儀器讀數(shù)，以檢查儀器的誤差，至此測定完成。

2.2 通風阻力分布分析

按用風地點在通風系統(tǒng)中的位置和作用，將礦井通風系統(tǒng)的各段風路分為進風段、用風段和回風段，三段的阻力比例是衡量通風優(yōu)劣的重要標志之一〔2〕。本次測定共有十條路線，其中通過采區(qū)的通風系統(tǒng)有六條，分別是：0421一面/0423一面通風系統(tǒng)，0591三面通風系統(tǒng)，0721四面通風系統(tǒng)，0091四面通風系統(tǒng)，0523二面通風系統(tǒng)和9321四面/9323四面通風系統(tǒng)。這六條通風系統(tǒng)的的阻力分布如表1。

表1 馬家溝煤礦通風系統(tǒng)阻力分布表(2011.8)

分析如下：

1)從上表計算結(jié)果可以看出，礦井六條通風路線的阻力主要集中在回風段，其阻力大部分都在60%以上，整個礦井通風阻力的分布比較合理。

2)馬家溝煤礦已有近百年的開采歷史，礦井通風系統(tǒng)和通風網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，存在所謂“三多”現(xiàn)象——通風巷道多、漏風通道多、角聯(lián)風路多，造成0091、9605、8605等井下多個有效風量偏低。且五水平14石門以東大巷冒嚴只能從火藥庫串風。

3)由于礦井通風路線長，7405風眼上下口、9405上口、九水平副巷、9605、8605、7705風眼及相關(guān)巷道冒落嚴重，8205風眼上口、8475風眼、9505大眼、船眼、0005一面船眼到大眼聯(lián)絡(luò)巷、七水平7石門至12石門大巷等多處巷道斷面被壓縮變小，致使礦井通風阻力偏大。根據(jù)《中華人民共和國安全生產(chǎn)行業(yè)標準》AQ1028－2006(煤礦井工開采通風技術(shù)條件)〔3〕：風量5000～10000m3/min時，礦井總阻力應(yīng)＜2500Pa。本次阻力測定結(jié)果表明，礦井總回風量為9330m3/min，礦井通風總阻力為2815.34Pa，礦井通風阻力顯然高于規(guī)定值。

3 礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化方案的提出

為實提高通風系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低礦井通風阻力，在前期礦井通風阻力測定與分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合該礦的實際生產(chǎn)情況和近期規(guī)劃，針對現(xiàn)有通風系統(tǒng)存在的問題，綜合考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、巷道斷面等技術(shù)措施，在與現(xiàn)場工程技術(shù)人員多次溝通和討論后，提出如下三個優(yōu)化方案：

1)方案一：進行全礦井的巷道整修工程：對風阻較大的13條巷道和風眼進行全面整修，通過擴巷工程，疏通系統(tǒng)，提高系統(tǒng)通風能力。

2)方案二：在方案一的基礎(chǔ)上，改用大功率風機：擴巷工程實施后，西風井換用BDK－8－No.26對旋式大能力風機。

3)方案三：在方案一的基礎(chǔ)上，改中央二號井進風系統(tǒng)為回風系統(tǒng)：擴巷工程實施后，將原來礦井上巷的巷道用風、硐室用風、十一水平延伸用風及九西三石門和四石門的部分生產(chǎn)用風，從二號井進風系統(tǒng)排出地面。

3.2 最優(yōu)方案的確定

礦井通風系統(tǒng)改造方案提出后，利用計算機軟件對以上各個方案進行了通風網(wǎng)絡(luò)解算分析，從技術(shù)層面綜合比較了上述各方案的模擬結(jié)果，模擬效果對比表2：

表2 模擬效果比較

分析如下：

1)采用方案一，從模擬結(jié)果可知：西風井風機風量增加為166.44m3/s，風壓值降低為2637.186Pa，效果比較明顯，但沒有達到預(yù)期目標，可作為基礎(chǔ)方案采用。

2)采用方案二，對全礦的巷道進行整修后，選用風機型號為BDK－No.26A對旋式風機，從模擬結(jié)果可知：西風井風量有所增加為185 m3/s，比較接近預(yù)期效果，但風壓增加為3252.381Pa，效果仍不理想。

3)采用方案三，從模擬結(jié)果可知：西風井風量151.88 m3/s，二號井風量96.73 m3/s，礦井總進風量大大增加，且風機工況點均在有效工作區(qū)域之內(nèi)。井下各用風點風量均滿足要求，達到了預(yù)期的效果，可作為最佳方案。

綜上述，馬家溝煤礦采用方案三作為通風系統(tǒng)優(yōu)化方案，是最優(yōu)的選擇。

4 結(jié)論

1)根據(jù)馬家溝礦通風系統(tǒng)的實際情況和礦方提出的優(yōu)化改造目標及要求，有針對性地提出了三套優(yōu)化方案，通過對這些方案進行詳細的解算模擬和對優(yōu)化后的效果進行認真的分析研究，確定方案三作為最佳方案

2)采用方案三，勢必存在兩臺風機并聯(lián)運轉(zhuǎn)問題。研究表明：公共風路的風阻越小，各臺風機的能力越接近，則風機運轉(zhuǎn)越穩(wěn)定，也越安全可靠。因此，在進行礦井通風設(shè)計時，要盡可能降低公共風路的風阻。在條件允許情況下，公共風路的巷道斷面要盡可能大些;路線盡可能短些，或者使礦井的進風道盡可能多些，從而保證兩臺風機并聯(lián)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

3)方案三實施后，應(yīng)該對兩臺主要通風機的運轉(zhuǎn)狀況進行必要的監(jiān)控，一旦出現(xiàn)風機不穩(wěn)定運行，立刻采取有效措施，以確保全礦井通風的穩(wěn)定可靠。

［1］程根銀，朱鍇，等.百善煤礦通風阻力測定及分析［J］.中國安全科學學報，2009，19(2)：101－105

［2］張國樞.通風安全學［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2000

［3］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦井工開采通風技術(shù)條件［S］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007

Majiagou Optimization of coal mine ventilation system

ZHU Kai，LI Bin，ZHANG Jinggang

(North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing-East101601)

Based on the current mine ventilation status of the resistance is too large，according to later in Majiagou coal mine production plan，a comprehensive determination of the resistance in Majiagou coal mine，analysis of the distribution of resistance as well as the ventilation system problems，proposed targeted optimization，using computer software to understand the various options considered simulation，and final selection of the best rehabilitation program．

ventilation systems;ventilation resistance;fan performance;system optimization

TD724

A

1672－7169(2011)04－0030－03

2011－07－28

朱鍇(1966－)，男，河北保定人，博士，教授，華北科技學院安全工程學院院長助理，研究方向：礦山災(zāi)害。