车集煤矿通风系统优化研究

摘  要：利用通风技术现场测定、理论分析和通风网络解算相结合的方法对车集煤矿通风系统优化方案进行了研究。借助VNT通风网络解算软件对通风系统现状进行网络解算，结合车集矿采掘部署，通过系统分析，提出并确定了矿井的通风系统优化方案，研究成果对指导车集煤矿通风系统调整，保障通风系统稳定及矿井安全快速的发展有着重要的实际指导意义。

关键词：通风系统;技术测定;网络解算;系统优化

通风系统的稳定性包含网路的稳定性、风机的稳定性、风路的稳定性和通风构筑物的稳定性^[1]。前苏联学者首先明确定义了矿井通风系统的可靠性，并以重要性为标准将通风系统的失效分为整个矿井区域失效、矿井的很大区域失效、矿井的个别采区区域失效三级失效，其主要采用了结构法、统计评价法、模拟模型法等评定方法^[2-5]。吴超提出了分支变化灵敏度的概念，并提出了一条分支风流或整个矿井通风网络保持稳定的判别式^[6]。魏建平利用压缩映射原理研究了矿井通风网络不稳定流动数学模型，提出了数学模型数值解收敛的条件和一种利用惯性系数排序选取最小生成树的回路选择方案^[7]。

对于车集矿北风井来说，由于该风井担任区域目前仅有 26 采区 1 个生产工作面，需 风量较小，总通风路线相对较短（最长 7689m），所以在满足当前需风量时，通风阻力 2583Pa。但随着 28 采区延伸和 34 采区的开拓，北翼需风量也会随之越来越大，因此对矿井北翼通风 系统进行优化，降低北翼风阻很有必要。对于南风井来说，由于该风井担任区域目前有 23 采区，25 采区，27 采区 3 个工作面，即 2508 工作面，2509 工作面，2703 工作面，另有 10 个掘进头，通风线路长（最长 11834m），需风量大，通风阻力较大，达到了 3622Pa，风机 排风量为 109.56m3/s。随着矿井开采深度加大，通风路线会越来越长，阻力会越来越大，而 且随着开采深度加大，瓦斯涌出量也会越来越大，需风量也随之越来越大，南风井担负的南 翼通风任务会越来越困难，因此，对车集矿进行通风系统优化，降低通风阻力，对保障矿井 安全生产有着重要意义。

1 矿井概况

车集煤矿是永城煤电（集团）龙宇公司第二对投产的生产矿井，于1992年10月开工建设，矿井主要可采煤层有四层，分别是二₂、三₂²、三₃和三₄煤，现在正回采的是二₂煤层。二₂煤层平均厚2.80m，三₂²煤厚平均1.60m，三₃平均1.60m;三₄煤层厚度平均0.94m，仅局部可采。煤质特征：属低中灰、特低硫、特低磷、高发热量无烟煤。

2 矿井通风阻力测定及通风网络数据库建立

2.1测量线路选择

根据通风阻力路线选择原则，结合矿井通风系统实际情况，选择了两条主测路线，具体测定路线为：

主测路线Ⅰ：主井→淸散煤斜巷一南大巷→25轨道上山→2503下巷→2503综采工作面→2503上巷→25皮带 上山→南大巷副巷→21皮带上山→南翼总回风上山→南翼回风井。

主测路线Ⅱ：副井→26采区皮带下山→26采区轨道下山→26采区轨道上车场→北大巷→24石门→猴车道→24轨道下山→2412轨道集中巷→2412工作面→2412下巷→24回风下山→北翼回风上山→北翼回风井。

阻力测定路线还包括其他一些测试路线，涵盖了矿井的所有进风井、回风井及各主要分支巷道，以保证测试数据可以实现矿井通风网络解算。

矿井通风阻力沿程分布状况分别如图1所示。矿井三段（进风段、用风段、回风段）通风阻力的百分比情况见表1。

从阻力分布图1和表1看出，车集矿南翼回风段阻力占总阻力的29.31%，未超过50%，进风段的阻力所占的百分比为24.82%，用風段的阻力占总阻力的45.87%，车集矿北翼回风段阻力占总阻力的26.62%，未超过50%，进风段的阻力所占的百分比为24.06%，用风段的阻力占总阻力的52.31%，矿井阻力分布基本合理。从巷道百米阻力数值来看，回风段的值远大于进风段和用风段，这主要是风流集中造成的。

从结果可以看出，矿井总进风量为170.86m³/s，矿井总有效风量为148.8m³/s，矿井内部有效风量率仅为87.11%。

根据风井的总回风量与风井风机排风量，计算出车集矿南翼风井外部漏风率为2.78%，北翼风井外部漏风率为4.65%。

2.2 VNT网路解算

通过网络解算获得的通风机运行工况和各主要通风巷道的风量与实际测定数据对比见表2、3。

由上表可以看出，解算的主要巷道的风量与实际风量比较吻合，解算结果的相对误差均小于10%，从而说明通风网路中各分支的风阻值的测算结果是可靠的，满足网路分析的要求，可以作为矿井通风系统改造、优化和管理的数据参数。

3车集煤矿通风系统优化

方案一：南二风井回风、南风井进风

南二风井担负南翼采区用风，南风井改为进风井，北风井担负北翼28采区、34采区用风。南二风井安装主要通风型号为FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）轴流对旋式风机，转速为740r/min，叶片安装角度为35度，外部漏风率取4.65%。

方案二：南风井、南二风井都回风

继续保留南风井，与南二风井共同担负矿井南翼采区通风，现在南风井担负33采区通风，其余采区通风均由南二风井通风。南二风井安装FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）轴流对旋式风机，转速为740r/min，叶片安装角度为25度，解算出南二风井主要通风机的工况：Hf=2847Pa、Qf=74.46m³/s。

方案三：仅南风井回风、不建南二风井

南风井担负南翼采区回风，南风井安装主要通风型号为FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）轴流对旋式风机，转速为740r/min，叶片安装角度为45度，外部漏风率5%。北风井也更换主要通风机型号为FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）轴流对旋式风机，转速为740r/min，叶片安装角度为40度，外部漏风率取5%。

针对矿井生产部署，进行了解算分析，主要解算结果见表4。

通过方案对比，从中可以看出：新建南二风井，由南二风井担负矿井南翼采区回风、南风井改为进风井为最优，减少了矿井南翼采区进风段的阻力，使得矿井负压降低，节约电耗，减少电费，且新建南二风井是保证南翼采区通风的必然要求。

4结语

根据针对车集煤矿通风系统存在问题及矿井后期风井部署，经过三个通风系统优化方案对比分析，需新建南二风井，南翼采区由南二风井回风，为减少进风段阻力，并将南风井改为进风井，南二风井主要通风投入工作，为煤矿生产安排提供可靠的数据，对矿井通风系统稳定有着重要的现实指导意义。

参考文献

[1]  陈长华. 风网稳定性的定量分析[J]. 辽宁工程技术大学学报，1992，22（1）：292-294.

[2]  Ueng T H，Wang Y J. Analysis of mine ventilation networks using nonlinear programming techniques[J]. International Journal of Mining Engineering，1984，2（3）：245-252.

[3]  Hu Y，Koroleva O I，Krsti? M. Control Design for Mine Ventilation Network Systems[J]. 2002，1：543-548 vol.1.

作者简介：翟亚锋，硕士生，高级工程师，研究方向：矿井通风理论及技术。