新峪煤矿通风系统优化研究①

康伯阳

(首都经济贸易大学安全与环境工程学院,北京 100026)

新峪煤矿通风系统优化研究①

康伯阳②

(首都经济贸易大学安全与环境工程学院,北京 100026)

为科学优化新峪煤矿通风系统,根据新峪煤矿通风系统实际情况,选择5条测定路线,采用精密气压计逐点测定法,对其通风系统阻力进行了测定,全面掌握了矿井通风系统的阻力分布情况及井下通风系统稳定性,找出了系统存在的主要问题,通过计算机软件模拟,确定了科学的系统优化方案。

通风系统;通风阻力;多风机联合,优化

1 概况

矿井通风阻力是衡量矿井通风能力的主要指标,是进行矿井通风系统优化的根本依据。随着矿井开采过程的变化,影响通风阻力的因素发生变化,矿井通风系统和通风阻力大小也随之改变[1]。因此,矿井通风系统的优劣,直接影响其安全生产和可持续发展。新峪煤矿地处山西省孝义市西南方向,距孝义市20km,主采煤层为9、10、11号煤层。采用中央立井开拓方式,通风方式为分区式通风,北风井主扇担负五采供风,东风井主扇担负七采扩区供风,宜兴风井主扇担负宜兴区供风,南风井主扇担负六采区供风。目前矿井主要通风机型号：北风井主扇型号为ZK60-4NO.28型,东风井主扇型号为ZK60-4NO.24型,宜兴风井主扇型号为FBCDZNO22/2 ×160型,南风井型号为ZK60-4NO.24型,煤尘爆炸指数较高,煤层不易自燃,属于低瓦斯矿井。

2 通风阻力测定原理

本次阻力测定采用压差计法,其原理基于能量方程,即伯努利方程。巷道中的流动风流,其能量方程可表示为[3]：

3 通风阻力测定

3.1 通风路线及测点的选择

测定路线的选择：测定路线应为所有并联各风路中选择通风路线最长、通过风量最大、且通过回采工作面的和具有较多井巷类型及支护形式的主风流路线,其他通风路线则为辅助路线[4]。

测点布置：在风流的分风点或汇风点、在井巷断面的扩大或缩小处、在不同支护形式的接合处、在不同运输方式的转载点均应布置测点。

3.2 两测点间巷道阻力的计算

用精密气压计逐点测定时,两测点间的通风阻力按下式计算[5]：

各主测路线的测量数据及计算结果见表1～表5。

表1 五采皮带通风系统阻力解算结果表

表2 五采5110通风系统阻力解算结果表

表3 宜兴D1201通风系统阻力解算结果表

表4 六采6014通风系统阻力解算结果表

表5 六采6125通风系统阻力解算结果表

3.3 测定结果检验

为了保证测定结果的可靠性,须对测定结果进行误差分析。通风阻力计算值与实测值的相对误差可按下式计算：

式中：hr——系统实测通风阻力,Pa;

h′r——由通风机房水柱计读数计算出的系统理论通风阻力,Pa。

系统理论通风阻力可按下式计算：

式中：hs1——风机房水柱计读数,Pa;

hv1——风硐内测压断面的速压,Pa;

hn——矿井自然风压,Pa.

各风流路线的测定误差如表6所示。

表6 并联系统测值比较表

由以上误差计算表明,本次测定的精度符合要求,各系统的测定误差均在允许范围内,因此可以认为本次的测定数据有效,计算结果可靠。

4 通风系统优化分析

4.1 系统阻力分布分析

将矿井通风系统的各段风路,按在通风系统中的位置和作用,将各通风系统分为进风段、用风段和回风段,四个工作面所在通风系统4条通风线路各段的阻力分布如表7所示。

表7 新峪煤矿通风系统阻力分布表

系统名称区段测段通风阻力Pa占系统总阻力的百分比% 6014备用面进风段1-26172.3324.24用风段26-36435.8461.31回风段36-304102.7014.45合计710.87100.00 6125工作面进风段1-26172.3324.23用风段26-46438.3561.64回风段46-304100.4414.13合计711.11100.00

从上表计算结果可以看出,井下各系统阻力分布基本合理,用风段阻力分布所占比例超过45%。

4.2 通风难易程度分析

矿井的等积孔是评价通风难易程度的重要指标,通过测定,新峪矿等积孔计算如下：

按照新峪煤矿实际情况。矿井排风量取回风井内的风量(扣除矿井外部漏风量),Q总= 143.85m3/s,矿井通风总阻力(取最大阻力路线的阻力值),Hr m总=667.353Pa,则矿井总等积孔为6.62643m2。按等积孔数值判断,该矿井通风系统的目前通风难易程度属于“容易”。且符合《中华人民共和国安全生产行业标准》AQ1028-2006(煤矿井工开采通风技术条件)的要求(矿井风量在5000～10000m3/min时,矿井通风阻力应小于2500Pa)。

4.3 通风现状评价

通过现场调查、井下测定和资料分析,得出新峪矿通风系统现状的基本评价：

1)新峪矿矿井总进风量7444m3/min,总回风量7808m3/min。按照通风能力核算标准,能够满足目前矿井生产的需风量的需求。

2)矿井通风设施较齐全,通风管理水平较高,可靠性强,通风系统总体布局基本合理。

3)大巷和采区均采用三条巷道的布置方式,大部分巷道断面规整,有效通风断面大,通风能力较强,但从实测数据看,部分回风道及个别巷道阻力偏大,个别巷道断面偏小,风速偏高。

4)从全矿阻力分布上看,新峪矿的通风阻力主要集中在用风段。

5)新峪矿现阶段通风系统用风地点较多,生产较分散,采区内通风设施多,给通风管理带来困难。

6)从四个主扇性能曲线及工况点可看出,四主扇工况点均位于合理工况范围内,尚有提高负压风量的能力。

7)宜兴七采扩区巷道内有堆积管,且断面变小。最大阻力线路为宜兴通风系统,819.918Pa,主要原因是进风线路过长,通过风量较大。如宜兴运输巷(12-201),有1855.03m,阻力为303.57Pa。

8)矿井通风系统相对比较复杂,通风路线长。5采区北风机通风系统基本独立通风。其它各采区之间通过付二井以及+700轨道和皮带巷相连。南风井六采通风系统与东风井七采通风系统以及宜兴通风系统公用巷道阻力为68.11Pa,东风井通风系统与宜兴风井通风系统公用巷道阻力为110Pa。均未超过风机风压的30%,与总阻力之比为13.4%,小于15%。公共分支风阻为0.02679。公共分支的风阻相对较小。对于多风机联合运转的通风系统,其公共分支的风阻越小,越能够保证其稳定性。新峪煤矿通风系统公共分支的风阻较小,各个系统相互影响较小,系统较稳定。

5 优化措施

在现场测定分析的基础上,通过采用计算机解算软件模拟优化效果,提出如下优化措施：

1)针对系统中存在的多处局部阻力偏大的现状,对这些区域进行维修和局部调整,彻底清除巷道中不必要的堆积物、积水,扩大巷道断面,有效降低局部通风阻力。

2)对系统结构进行调整,鉴于矿井实际生产情况和规划,七采区已开采完毕,建议可把东风井作为宜兴通风系统进风井,从而可提高宜兴风井的通风能力,保证了宜兴井的风量供给,缩短宜兴通风系统的通风线路,从而降低宜兴通风系统的通风阻力。平衡了六采和宜兴区的风量,使通风系统的稳定性进一步增强,同时由于东风井风机的停止运转,节省了风机的运行费和维护费,降低了公用分支的风阻。

3)针对矿井通风线路长、进回风巷相距近、造成井下通风设施增多、矿井通风管理困难的现状,建议提高风门密封质量及采空区的密封质量,加强通风管理,及时采取措施消除内部漏风。

4)建议矿井实行矿井通风系统可视化管理和动态管理,根据矿井的采掘布置安排,及时准确地填报通风信息,并通过计算机模拟,考查通风效果。

计算机解算软件模拟显示,优化方案实施后,能明显改善新峪矿的通风状况,消除风速超限现象,通风通风阻力下降14%,提高风量约1100m3/ min,大大提高了新峪矿通风系统的通风能力。

[1] 辛广龙,方裕璋等.煤矿安全规程问答一通三防[M].北京：煤炭工业出版社,2004

[2] 国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社,2006

[3] 蔡卫.矿井通风系统安全性评价及其应用[J].煤炭学报,2004(2)：195-198

[4] 程绍仁,程建军.矿井通风阻力测定及对几个问题的分析[J].煤矿开采,2006,11(1)：73-74

[5] 程根银,朱锴等.百善煤矿通风系统阻力测定及分析[J].中国安全科学学报,2009,19(2)：101-105

[6] 朱锴,潘得祥,韩晓靠.钱家营矿主要通风机性能测定实践研究[J].中国安全科学学报, 2004(3)：60-63

Research on the JointOperation of System of XinyuM ine

KANG B oyang

(CapticalUniversity of Economics and Business School of Safety and Environmental Engineering,Beijing 100026)

To optimize the ventilation system in Xinyu mine scientifically,an experiment on the distribution of ventilation resistance and the stability of ventilation system has conducted.According to the actuality of this mine,we selected 3 ventilation routes,measured with precise barometer bymeans of point-by-pointmethod.Through the analysis of the result,some problemswere discovered;some rational suggestions on the optimization of ventilation system in Xinyu mine were presented.

ventilation system;ventilation resistance;JointOperation ofMore BlowerOpt imization

TD724

A

1672-7169(2010)04-0033-05

2010-09-21

康伯阳(1984-),女,河北人,首都经济贸易大学安全技术及工程专业在职硕士研究生,研究方向：安全信息方面的研究工作。