礦井多水平通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整改造方法研究

摘 要：白莊煤礦經(jīng)歷了由一個(gè)水平到兩個(gè)水平再到三個(gè)水平的不同生產(chǎn)時(shí)期，針對(duì)不同時(shí)期用風(fēng)需求，研究制定不同的通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案，合理利用現(xiàn)有資源，保證礦井安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，合理提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：多水平;通風(fēng)系統(tǒng);方法研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.071

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，通風(fēng)系統(tǒng)合理與否與礦井安全生產(chǎn)、防災(zāi)抗災(zāi)能力、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)有密切關(guān)系。生產(chǎn)礦井在開(kāi)采過(guò)程中，因生產(chǎn)布局、生產(chǎn)水平和生產(chǎn)能力發(fā)生變化，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、局部通風(fēng)系統(tǒng)也應(yīng)隨之進(jìn)行調(diào)整和變化。因此，適時(shí)進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案調(diào)整和模擬優(yōu)化，進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造，確保礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定，礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，防止一通三防重特大事故發(fā)生顯得尤為重要.

1 基本情況

白莊煤礦位于肥城煤田中西部，生產(chǎn)水平為-150和-250水平，延伸水平為-430水平，-150和-250兩個(gè)水平通風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，礦井通風(fēng)系統(tǒng)為中央分列抽出式。-150水平南風(fēng)井設(shè)兩臺(tái)4-72-11№20B型離心式通風(fēng)機(jī)，運(yùn)行電機(jī)功率為95KW，排風(fēng)量2180m3/min，負(fù)壓1250Pa，備用電機(jī)功率為110KW，主要擔(dān)負(fù)-150水平一個(gè)采煤面和三個(gè)掘進(jìn)頭的供風(fēng)任務(wù)。-250水平北風(fēng)井設(shè)兩臺(tái)G4-73-12№25D型離心式通風(fēng)機(jī)，配備用電機(jī)功率為280KW，排風(fēng)量為3980m3/min，負(fù)壓1300Pa。礦井生產(chǎn)主要集中于-250水平（3個(gè)采煤面12個(gè)掘進(jìn)頭），-430水平于2001年進(jìn)行延伸，-430水平2005年投產(chǎn)形成生產(chǎn)能力后，礦井將形成3個(gè)生產(chǎn)水平同時(shí)生產(chǎn)的局面。

2 礦井不同時(shí)期通風(fēng)系統(tǒng)改造方法分析、確定

2.1 問(wèn)題提出

白莊煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)變化歷經(jīng)三個(gè)不同時(shí)期：

（1）-250水平投產(chǎn)前;

（2）礦井-250水平投產(chǎn)后;

（3）礦井-430水平投產(chǎn)后。

三個(gè)不同時(shí)期礦井生產(chǎn)布局和礦井通風(fēng)系統(tǒng)狀況，均不同程度存在著礦井通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足礦井安全生產(chǎn)需要的問(wèn)題。

2.1.1 -250水平投產(chǎn)前

-250水平投產(chǎn)前，礦井生產(chǎn)主要集中在-150水平，-150水平通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題是：

（1）-150水平主通風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，-150水平深部7400采區(qū)供風(fēng)量無(wú)法滿足生產(chǎn)用風(fēng)要求;

（2）-250水平在北風(fēng)井與北大巷貫通后，-250水平主通風(fēng)機(jī)安裝前，-150通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法滿足7400采區(qū)生產(chǎn)用風(fēng)和-250增加掘進(jìn)頭數(shù)的用風(fēng)需要，-150水平通風(fēng)系統(tǒng)急待進(jìn)行調(diào)整改造。

2.1.2 -250水平投產(chǎn)后

-250水平主通風(fēng)機(jī)安裝運(yùn)行后，礦井生產(chǎn)由-150水平逐漸向-250水平過(guò)渡，兩個(gè)水平用風(fēng)量逐漸發(fā)生變化，-150水平風(fēng)量由不足到富裕，-150水平通風(fēng)系統(tǒng)也需要調(diào)整優(yōu)化和改造。

2.1.3 -430水平通風(fēng)投產(chǎn)后

礦井生產(chǎn)由-250水平逐漸向-430水平過(guò)渡，-150水平采掘作業(yè)地點(diǎn)減少，礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要問(wèn)題是：

（1）-430水平通風(fēng)方案如何確定。

（2）-150水平后期通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題如何解決。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整方法的分析確定

2.2.1 -250水平投產(chǎn)前

（1）-150水平7400采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)解決方案。7400采區(qū)為-150水平深部采區(qū)，將安排一頭一面生產(chǎn)，屆時(shí)通風(fēng)流程達(dá)8200米，-150水平主通風(fēng)機(jī)基本滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，依靠原有通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法解決7400采區(qū)通風(fēng)問(wèn)題。提出四個(gè)解決方案。1）更換主要通風(fēng)機(jī)。2）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造。3）在主進(jìn)風(fēng)巷安裝輔扇。4）利用礦井可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)，解決7400采區(qū)通風(fēng)問(wèn)題。1991年經(jīng)中煤總公司和中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)組織專家論證，選擇方案4采用可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)解決短期內(nèi)7400通風(fēng)問(wèn)題。

計(jì)算機(jī)分析模擬結(jié)果表明，-150水平利用可控循環(huán)風(fēng)后能解決7400采區(qū)通風(fēng)問(wèn)題，同時(shí)能滿足-250水平3個(gè)掘進(jìn)工作面的用風(fēng)需要，因現(xiàn)有通風(fēng)能力限制，-250水平無(wú)法再增加掘進(jìn)工作面?zhèn)€數(shù)。

（2）-250水平增加掘進(jìn)工作面通風(fēng)系統(tǒng)解決方案。針對(duì)白莊礦的實(shí)際，在-250水平主要通風(fēng)機(jī)未安裝投運(yùn)前，制定了三個(gè)方案。

方案1：利用7400可控循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)增加風(fēng)量。

方案2：改造-150水平主要通風(fēng)機(jī)，加大礦井總排風(fēng)量。

方案3：利用局扇群通風(fēng)，建立-250水平臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)，解決-250改擴(kuò)建的通風(fēng)問(wèn)題。

通過(guò)方案比較，-250水平通風(fēng)系統(tǒng)阻力為119Pa，需風(fēng)量750m3/min，JBT-62型28KW局扇二臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺(tái)備用，可產(chǎn)生負(fù)壓700-3000Pa，風(fēng)量500-780m3/min，能滿足-250水平的用風(fēng)要求。-250水平均為巖巷掘進(jìn)，瓦斯涌出量較小，系統(tǒng)服務(wù)時(shí)間短，通風(fēng)安全系數(shù)較大，通風(fēng)、瓦斯管理難度不大。經(jīng)報(bào)請(qǐng)山東省省煤管局批準(zhǔn)采用局扇群解決-250水平通風(fēng)問(wèn)題。

2.2.2 -250水平投產(chǎn)后

-250水平投產(chǎn)后，-150水平3400采區(qū)、3700采區(qū)收縮，通風(fēng)流程大大縮短，-150水平用風(fēng)量逐漸減少，-250水平北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，礦井兩通風(fēng)系統(tǒng)改造分兩步進(jìn)行。

（1）7400采區(qū)可控循環(huán)風(fēng)。-150水平3400采區(qū)收縮結(jié)束后，-150水平供風(fēng)距離縮短，南風(fēng)井風(fēng)機(jī)能力過(guò)剩，能夠滿足-150生產(chǎn)用風(fēng)需要，拆除7400采區(qū)可控循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)。

（2）-150水平翻煤籠漏風(fēng)。-150水平翻罐籠漏風(fēng)造成-250皮帶巷煤塵飛揚(yáng)，風(fēng)流局部短路，風(fēng)量浪費(fèi)問(wèn)題日益顯現(xiàn)出來(lái)。

2.2.3 -430水平投產(chǎn)后

-430水平投產(chǎn)后，-150、-250、-430水平同時(shí)生產(chǎn)，礦井生產(chǎn)向-430水平過(guò)渡，提出不同時(shí)期的礦井通風(fēng)系統(tǒng)解決方案。

（1）-430水平投產(chǎn)初期通風(fēng)系統(tǒng)改造方案。-150水平南主通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)-150水平和-430水平通風(fēng)任務(wù)，-250水平北風(fēng)井擔(dān)負(fù)-250水平通風(fēng)任務(wù)。

（2）-430水平投產(chǎn)中期通風(fēng)系統(tǒng)改造方案。-150水平南主通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)-150水平和-430水平部分通風(fēng)任務(wù)，-250水平北風(fēng)井擔(dān)負(fù)-250水平和-430水平部分通風(fēng)任務(wù)。

（3）-430水平投產(chǎn)后期通風(fēng)系統(tǒng)改造方案。-150水平南主通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)-150水平和-250水平部分通風(fēng)任務(wù)，-250水平北風(fēng)井擔(dān)負(fù)-430水平通風(fēng)任務(wù)。

（4）-430水平生產(chǎn)中期和末期電機(jī)功率選型。

1）-430水平生產(chǎn)中期功率選型。

主扇軸功率：

W1=hm1*Q排/1000=1513.8*（6300/60）/1000=158.9kw

配備電機(jī)功率：

W電1=W1*K/（n1*n2）=158.9*1.15/0.7/0.9=290kw

2）-430水平生產(chǎn)末期功率選型。

主扇軸功率：

W2=hm2*Q排/1000=2537.6*（7219.8/60）/1000=305.3kw

配備電機(jī)功率：

W電2=W2*K/（n1*n2）=305.3/0.85=400kw

-250m水平北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為280kw，轉(zhuǎn)數(shù)為480r/min。-430m水平初期所需電機(jī)功率為290kw，-430m水平末期所需電機(jī)功率為400kw。

（5）-150水平通風(fēng)系統(tǒng)改造方案。-430生產(chǎn)中期，-250水平逐漸向-430水平過(guò)渡，如對(duì)-150水平西翼封閉，勢(shì)必造成-150水平以下大量積水，因-150水平和-250水平相臨，大量積水會(huì)對(duì)-250水平安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅，因此-150水平停產(chǎn)后，需保留-150水平主要泵房、必要變電所和絞車房及運(yùn)輸行人軌道。制定了三個(gè)方案：

通過(guò)方案分析比較，待-150水平停產(chǎn)后，如-250和-430水平通風(fēng)能力充足，選用方案一，否則，選用方案三。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

3.1 -250水平投產(chǎn)前

（1）可控循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)，解決了白莊礦深部7400采區(qū)、3400采區(qū)通風(fēng)問(wèn)題，為國(guó)內(nèi)解決同類通風(fēng)問(wèn)題積累了經(jīng)驗(yàn)，新增產(chǎn)值17000萬(wàn)元，直接經(jīng)濟(jì)效益3350.5萬(wàn)元。

（2）-250水平臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)。1）增大了-250水平的風(fēng)量698m3/min，使-250水平掘進(jìn)工作面由3個(gè)增至6個(gè)。2）-250水平利用臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)比利用主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng)節(jié)電。

利用北風(fēng)井臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)比利用南風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)主扇擔(dān)負(fù)-250水平通風(fēng)問(wèn)題累計(jì)節(jié)電90.8萬(wàn)kW.h，節(jié)約電費(fèi)27.24萬(wàn)，新增產(chǎn)值3350.5萬(wàn)元。

3.2 -250水平投產(chǎn)后

（1）優(yōu)化簡(jiǎn)化系統(tǒng)減少風(fēng)量，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)工況（下落風(fēng)峒立閘門(mén)）。每年節(jié)約電費(fèi)6.55萬(wàn)元。

（2）改造風(fēng)阻大的總回風(fēng)巷，更換主通風(fēng)機(jī)電機(jī)。每年節(jié)約電費(fèi)21.8萬(wàn)元。

（3）-250水平效益分析（-150翻煤籠漏風(fēng)治理）。累計(jì)節(jié)約電費(fèi)46.4萬(wàn)元。

3.3 -430水平通風(fēng)效益分析預(yù)測(cè)

-430水平投產(chǎn)后，礦井生產(chǎn)主要集中于-430和-250水平，-150水平生產(chǎn)結(jié)束后，停止-150水平主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

（1）采用-250水平北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)-150水平通風(fēng)，每年節(jié)電年70萬(wàn)度，節(jié)約電費(fèi)28萬(wàn)元。

（2）若-150水平獨(dú)立通風(fēng)，每年節(jié)約電費(fèi)14.45萬(wàn)元。

（3）利用-150水平主通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)-430水平部分采區(qū)供風(fēng)任務(wù)，每年可節(jié)約電費(fèi)20萬(wàn)元。

4 幾點(diǎn)體會(huì)

（1）多水平生產(chǎn)礦井，自然條件、生產(chǎn)布局變化（如水平延伸、生產(chǎn)地點(diǎn)邊遠(yuǎn)、礦井不同水平的不同生產(chǎn)時(shí)期），易造成礦井邊遠(yuǎn)地區(qū)風(fēng)量不足，改擴(kuò)建過(guò)渡時(shí)期風(fēng)量不能滿足生產(chǎn)要求，與之適應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)勢(shì)必發(fā)生變化，可控循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)、臨時(shí)用風(fēng)系統(tǒng)是較為有效的解決辦法，但要應(yīng)用條件嚴(yán)格。水平生產(chǎn)后期，用風(fēng)量減少，采用下落風(fēng)峒立閘門(mén)和更換電機(jī)的辦法，同類礦井可借鑒應(yīng)用。

（2）礦井風(fēng)量過(guò)剩時(shí)，在更換小功率電機(jī)前，采用下落風(fēng)峒立閘門(mén)的方法可降阻、節(jié)電，效果較好。

（3）礦井多水平通風(fēng)系統(tǒng)要結(jié)合各自實(shí)際制定相應(yīng)的改造方案，對(duì)方案的計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)通風(fēng)方案由定性到定量分析的必要前提條件，對(duì)改造方案的成功與否起決定性作用。

（4）如何確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造的評(píng)判指標(biāo)，即礦井通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)確定哪些參數(shù)或這些參數(shù)指標(biāo)具體數(shù)值為多少時(shí)方需優(yōu)化改造。

（5）優(yōu)化改造效果的評(píng)判，優(yōu)化改造的結(jié)果是否最優(yōu)，指標(biāo)如何確定等還需進(jìn)一步探討。

作者簡(jiǎn)介：劉尊杰（1964-），男，山東菏澤人，研究生，站長(zhǎng)，研究方向：煤礦安全管理和礦建技術(shù)。