李雅庄煤矿主要通风机预选参数预测分析

徐文俊

(霍州煤电集团有限责任公司 李雅庄煤矿, 山西 霍州 031400)

在煤矿生产过程中，随着生产的推移、新采区的延伸与开拓等，矿井通风系统需要进行相应的改变和系统优化[1-3]. 通风系统优化的主要思路：一是当前通风系统内部网络最优化调节，其目的是对原有矿井通风系统，在合理的风量分配情况下，通过联络巷、通风构筑物等进行通风网络优化调节，确定一个最优的网络内部调节方案。该方法主要用于日常的通风管理[4-5]. 二是对未来将扩建的通风系统进行优化，即在多种可行的改造方案中，包括通风动力分析，通过方案比较，筛选出最优的通风系统改造方案[6].

1 通风系统改造方案确定

目前李雅庄煤矿通风系统的主要问题是需要增加矿井总需风量至18 100～21 300 m3/min.按目前运行的主要通风机FBCDZ-10-No.34的能力，其回风量只有12 000 m3/min，运行负压2 200 Pa，风机能力基本达到满负荷运转，不能满足下一步开拓和回采的衔接需要。仅对该矿目前的通风网络进行优化，不能满足以上生产要求，因此，提出以下两种主要方案：

1) 方案一：更换风机。该方案优点是建设周期短，对矿井生产影响小，费用相对低。

2) 方案二：新建回风井，实现分区通风。需要在八采区新建1个回风井，安设1套主要通风机系统，保留目前2#主要通风机系统。该方案主要优点是实现了分区通风，是未来矿山安全生产的发展趋势,但建设周期长，费用大。

综合李雅庄煤矿实际生产，选择方案一，即更换主通风机。按后期十年规划，当前通风状况为通风容易时期，下面对通风困难时期进行分析。

2 后续生产规划通风系统分析

根据李雅庄煤矿后续生产规划，面临五、六、八采区回采、开拓，期间主要分为3个阶段：

第1阶段：六采区回采期间，五采区、八采区进行开拓，此时六采区布置1个回采工作面、1个备用工作面以及2个掘进工作面，五采区布置4个掘进工作面，八采区布置4个掘进工作面。六采区服务年限约剩余4年，五、八采区开拓时间约为4年，4年后转入第2阶段。

第2阶段：六采区回采完毕，五、八采区开拓完成，届时分别在五、八采区各布置1个回采工作面、1个备用面，八采区布置2个掘进工作面，五采区布置4个掘进工作面。八采区服务年限约为5年，五采区服务年限约为10年，5年后转入第3阶段。

第3阶段：八采区开采完后期，按1个工作面需风量进行配风，届时五采区布置1个回采工作面，1个备用面，4个掘进工作面，至全井田上组煤开采完毕。

3 与生产规划相对应的通风系统分析

利用矿井通风管理信息系统MVIS，对李雅庄煤矿相关通风系统改造方案进行模拟分析。该软件系统主要特点：可任意改变通风系统结构、密闭巷道、新掘巷道、通风动力(叶片角度调整、频率改变、开停操作)、通风构筑物状态(拆除、增加和开启)等，通过仿真运算，实现通风系统状态变化后的通风系统问题再现。

进行矿井通风系统优化方案预测与分析，矿井井巷通风基础参数精确度直接关系到预测的精度[7-9]. 结合李雅庄煤矿通风阻力测定结果，确定了该矿通风系统基础参数。各阶段模拟分析如下：

1) 第1阶段生产布置。

依据矿井实际开采与瓦斯涌出量进行配风，采煤工作面为1 600 m3/min，备用工作面为800 m3/min，掘进工作面为700 m3/min.

第1阶段需要拆除南总回风巷道调节设施，维护南总回风巷道使回风顺畅。

2) 第1阶段仿真结果分析。

通风系统调整后仿真系统图见图1. 由图1可知，最大阻力路线在六采区。进风井和回风井风量、风井阻力、主要巷道风量变化见表1.

图1 第一阶段方案实施后通风系统仿真图

表1 八采区、六采区和五采区各主要井巷风量、阻力对照表

由表1可知，第1阶段矿井总回风量为18 000 m3/min时，通风总阻力为2 694 Pa，相对于目前六采区生产情况，方案掘进面减少2个，六采区总用风量减少1 650 m3/min. 虽然矿井总回风量增加，但是3个采区均衡用风，所以矿井通风总阻力只增加了494 Pa.

3) 第2阶段和第3阶段。

矿井转入第2阶段和第3阶段后，预测分析得到矿井总回风量分别为17 220 m3/min 和16 080 m3/min，矿井通风总阻力分别为2 794 Pa、2 691 Pa.

4 矿井主要通风机参数确定

1) 主要通风机风量。

因有外部漏风，通过主要通风机的风量Qf大于矿井总风量Q.

Qf1=1.05Q1=18 900 (m3/min)

(1)

式中：

Qf1—第一阶段主通风机风量，m3/min；

1.05—抽出式通风矿井的外部漏风系数；

Q1—第一阶段矿井需风量，m3/min.

2) 主要通风机装置静压。

考虑矿井自然风压的作用，以及通风机局部阻力损失100 Pa，则第一阶段方案困难时期主要通风机装置静压见式(2)：

h1=hr-hn+Δh=2 849(Pa)

(2)

式中：

h1—第一阶段主通风机装置静压，Pa；

hr—矿井通风总阻力,Pa,取2 694；

hn—矿井自然风压，Pa，经测算矿井冬季和夏季自然风压分别为85、-55，此处取-55；

Δh—矿井局部阻力损失，Pa,取100.

3) 确定主要通风机的参数。

通风机电机功率输入功率计算见式(3)：

(3)

式中：

Nei—电动机输入功率，kW；

Neo—电动机输出功率，kW；

Nfi—风机输入功率，kW；

Nfo—风机输出功率，kW；

Q—风机风量，m3/s；

H—风机装置静压，Pa；

ηe—传动效率，取1.0；

ηf—风机效率，%，取70.

根据以上计算，可以得出第1阶段主要通风机参数，同理可得出第2阶段、第3阶段主要通风机参数，见表2.

表2 预选主要通风机参数表

矿井通风容易时期是指矿井通风系统总阻力最小的时刻。反之，通风系统阻力最大时刻为通风困难时期。根据表2得出，通风容易时期为第1阶段，通风困难时期为第2阶段，所以所选风机参数需满足以上两个时期通风要求。通风主要参数是指风量、装置静压，相应的电机功率能满足风机需要即可，电机功率按照正常使用进行计算得出。

风机装置静压计算见式(4)：

ht=|hs-hv|=Hfs

(4)

式中：

ht—风硐(风机入风侧)的相对全压，Pa；

hs—风硐(风机入风侧)的相对静压，Pa；

hv—风硐(风机入风侧)的速压；

Hfs—风机装置静压，Pa.

根据以上仿真计算分析，对满足以上生产时期的通风机性能曲线进行预测，容易时期和困难时期通风机性能特性曲线分别见图2，3.

图2 通风容易时期风机性能特性曲线图

由图2和图3可知，通风容易时期风机工况点风机装置静压为2 849 Pa，风量为315 m3/s；通风困难时期风机工况点风机装置静压为2 949 Pa，风量为301.35 m3/s. 通风容易与困难时期的风机装置静压曲线与风机静压曲线趋势一致。

图3 通风困难时期风机性能特性曲线图

5 结 论

1) 目前，李雅庄煤矿通风系统需要增加总需风量,结合该矿现行生产规划，通风系统的改造方案为更换主要通风机。

2) 利用MVIS通风仿真软件构建李雅庄煤矿通风管理信息系统，模拟预测该矿通风容易与通风困难时期的通风状况，得到通风容易时期工况点为装置静压2 849 Pa，风量315 m3/s；困难时期工况点为装置静压2 949 Pa，风量301.35 m3/s. 根据仿真结果给出该矿预选的主要通风机参数以及预选主要通风机性能特性曲线。