浅析矿井通风系统的优化.pdf

第5卷 第4期 2009年8月 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 Journal of Safety Science and Technology Vol . 5 No. 4 Aug . 2009 文章编号 1673 - 193X2009 - 04 - 0187 - 04 浅析矿井通风系统的优化 马 骊 1 ,王鹏军 2 ,李晋生 2 1. 晋城泽泰安全评价中心,晋城 048000 2. 山西亚美大宁能源有限公司,晋城 048000 摘 要我国部分煤矿采用复杂落后、 较不安全合理的通风系统是造成煤矿瓦斯重大事故的直接 原因。只有通过优化矿井通风系统,才能达到“ 系统简单、 安全可靠、 经济合理 ” 。本文通过介绍矿 井通风系统优化理论,并分析大宁煤矿优化通风系统实例,得出矿井优化通风系统的必要性结论。 关键词煤矿;优化;通风系统 中图分类号 X928. 03 文献标识码A Analysis on opti m ization of m ine ventilation system MA Li 1 , WANG Peng2jun 2 , L IJin2sheng 2 1. Zetai SafetyAssess ment Center, Jincheng 048000, China 2. ShanxiAsian American Daning Energy Co. ,Ltd, Jincheng 048000, China AbstractThe complex, behind and more unreasonable ventilation system in some mine of China is the direct cause ofmethane major accidents . Only through optimization ine ventilation system can it reach to“si mple system, safe and reliable, economic and reasonable”.In this paper, by introducing optimization theory ofmine ventilation system and analyzing instances forDaning mine ventilation system optimization, it come to necessary conclusion of mine ventilation system optimization. Key wordsMine; optimization; ventilation system 收稿日期 2009205212 1 前言 矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部 分,担负着连续不断地向井下供给新鲜空气,排出有 毒有害气体,保证矿井和作业人员生命安全的重要 任务。所有矿井的通风系统都必须符合“ 系统简 单、 安全可靠、 经济合理 ” 。即通风系统简单,便于 通风管理;通风经济合理,可以节约通风费用;而通 风系统安全可靠状况直接决定着整个矿井的安全或 危险程度,是煤矿安全工作的重中之重。 2 我国矿井通风系统现状 近年来,我国煤矿技术高速发展,原煤产量较大 提升但矿井事故却未相应减少,尤其煤矿瓦斯重大 事故屡有发生。在部分开采时间较长的煤矿中,通 风系统不科学合理是造成瓦斯重大事故的直接原 因随着开采范围的扩大、 开采深度的加深、 原煤产 量的提高和瓦斯涌出量的增加,矿井出现了通风线 路长、 通风阻力大、 通风设施差、 漏风严重,通风能力 不足等现象;尤其部分中小乡镇煤矿,通风人才较 少、 基础力量较低、 改进意识薄弱,未对复杂落后、 急 需优化的通风系统进行优化改造,极易造成通风事 故。为了确保矿井通风系统的合理、 稳定、 可靠,杜 绝矿井通风及瓦斯、 煤尘爆炸事故,各矿进行优化矿 井通风系统尤为重要。 3 矿井通风系统优化理论 矿井通风系统优化是对矿井现有通风情况进行 分析,找出系统中存在的不足和改进的地方;并在已 提出的众多矿井通风系统方案中,寻找能满足矿井 各用风地点供风、 确保矿井安全、 有利于矿井生产 或建设和降低通风费用的最优通风系统方案。 各矿井通风系统可以通过对下列几方面进行比 较得出适合该矿的最优通风系统 1改变矿井通风方法。矿井通风方法包括抽 出式、 压入式及抽压联合式。当矿井在浅部开采、 矿 井煤层有自燃倾向性、 或矿井火区比较严重时考虑 采用压入式通风方法外,其余矿井一般选择采用抽 出式通风方法。抽压联合式通风无论从管理,还是 从装备上都比较复杂,应较少使用。 2改变矿井通风方式。矿井通风方式分为中 央并列式、 中央分列式、 两翼对角式、 分区对角式和混 合式。通风方式的选择,应根据矿井煤层赋存条件、 地形条件、 井田面积及矿井瓦斯等级、 煤层自燃倾向 性等情况,从经济、 技术和安全加以分析比较确定。 一般情况下,井田面积小、 煤层倾角大、 埋藏较 深、 新建矿井较多选择中央并列式;但在这种通风方 式中矿井通风路线是折返式的,在同等条件下和其 它通风方式比较,风路较长、 阻力较大、 漏风较多,而 且主要通风机耗电多,矿井风压变化大。中央边界 式或对角式的矿井通风方式优缺点与中央并列式相 反,分别适用于井田面积大、 煤层倾角大、 埋藏较深 的生产矿井中。煤层埋藏深、 井田规模大、 瓦斯等级 高、 多煤层开采的老矿井,宜使用混合式通风。 3简化矿井通风网络。矿井通风网络分为简 单通风网络和复杂通风网络,两者的区别就是网络 中有无角联风路。简化矿井通风网络的途径就是消 灭或减少矿井通风网络中的角联风路。 4合理规划矿井通风设施。矿井通风设施包 括风门、 风墙、 风桥、 风窗等,在矿井通风系统中起着 至关重要的作用。其设置应首先考虑尽量使矿井风 流进行自然分配,减少矿井通风设施的数量,降低矿 井通风阻力;若自然分配风量不能达到各用风地点 需求,才考虑适当增加通风设施,并达到经济合理。 矿井通风设施的位置、 质量、 数量必须符合要求,否 则会导致漏风、 风流短路、 紊乱以及有害气体涌出等 现象的发生,降低矿井通风系统的稳定性和可靠 程度。 5合理配备矿井通风量。有效的稀释和排出 井下生产过程中产生的瓦斯、 煤尘和其他有害气体, 是矿井通风的一项重要任务和目的,矿井必须按照 风量计算方法计算矿井、 采区、 采掘工作面及其他地 点需风量;依照各地点需风量进行风量分配,增加通 风系统的抗灾能力。在一些矿井,因井下开采范围 的扩大或加深、 工作地点的变更,矿井需风量会发生 较大的变化,所以要及时根据矿井需风量更换主要 通风机,使其达到既能满足矿井安全生产的要求,又 经济合理。 6降低矿井通风阻力。影响矿井通风阻力因 素很多,如巷道支护形式及光滑程度、 断面大小及变 化情况、 周边长度及巷道长度、 以及矿井通风网络的 布置、 风量分配等。只有通过改变这些基础数据,才 能降低矿井通风阻力,并为优化矿井通风系统提供 条件,使矿井通风达到经济合理的要求。 4 应用实例 为了进一步说明优化矿井通风系统的理论,下 面以山西亚美大宁能源有限公司大宁煤矿通风系统 优化为例进行介绍。2007年9月,大宁煤矿开使进 行矿井通风系统优化改造, 2008年10月,该矿井通 风系统优化改造工程完成。 411 大宁煤矿矿井概况 山西亚美大宁能源有限公司大宁煤矿矿井位于 山西省晋城市阳城县町店镇大宁村,为中外合作经 营企业。该矿批准井田面积3818225km 2 ,现开采3 煤层,安全许可和生产能力均为410Mt/a。 该矿采用斜-立井综合开拓,现设有六个井筒 主斜井、 副斜井、 行人斜井、 进风立井、 中央回风立井 和采区回风立井;井下布置有七条主要大巷,其中四 条为进风巷、 三条为回风大巷。 矿井布置有一个综采工作面、 四个三巷交替掘 进工作面。其中采煤工作面采用综合机械化一次采 全高的采煤方法;掘进工作面采用综合机械化掘进 881 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 第5卷 或联采机掘进方法。 该矿为高瓦斯矿井,矿井绝对瓦斯涌出量为 428104m 3 /min,相对瓦斯涌出量为55187m 3 /t;且3 煤层部分区域具有突出危险性。该矿3煤层煤尘 无爆炸性;煤层属不易自燃煤层。 412 优化前的通风系统 优化通风系统前,该矿井采用中央并列式通风 系统,由主斜井等四个井筒进风,中央回风立井回 风。回风井安装BDK - 10 -№40 1600kW 2 主 要通风机2台,通风方法为抽出式。矿井总进风量 26332m 3 /min,总回风量26739m 3 /min。 井下采掘工作面采用独立通风,其中回采工作 面采用三进二回的“U” 型通风,工作面使用风量为 5576m 3 /min。 三巷交替掘进工作面采用二进一回的“U” 型通 风,各掘进头均使用2台30kW2局部通风机压入 式供风。全风压供给二条进风巷的风量分别为 3367、1125m 3 /min,共4492m 3 /min。 413 通风系统优化方案的提出 大宁煤矿采用原有的通风系统存在矿井用风地 点风量不足、 风排瓦斯浓度高、 通风路线长、 通风阻 力大、 并导致采掘失调等现象,系统较为复杂、 较不 经济合理。为解决上述问题,该矿提出优化通风系 统方案。主要工程为在首采区新建一采区回风立 井,缩短通风路线、 加大矿井及井下各地通风量、 采 煤工作面变更通风系统、 降低风排瓦斯浓度。 414 优化后的通风系统 优化通风系统后,该矿井采用混合式通风系统, 由主斜井等四个井筒进风,中央回风立井和采区回风 立井回风。采区回风立井新安装BDK - 8 -№31 800k W 2 主要通风机2台,通风方法为抽出式。 矿井总进风量35325m 3 /min,总回风量39649m 3 /min。 井下回采工作面采用六进二回或五进二回 的“h” 型通风,工作面使用风量为6082m 3 /min,工作 面回风风量为10267m 3 /min,见图1 三巷交替掘进工作面仍采用原有通风系统,但 加大各掘进用风量,全风压供给二条进风巷的风量 共5101m 3 /min。 415 优化前、 后的通风系统比较 通过对大宁煤矿通风系统优化改造项目前、 后 的通风系统进行比较,可以看出优化后的系统有以 下优点。 图1 采煤工作面通风系统优化 1矿井通风阻力减小。该矿改变了矿井通风 方式,在采区增加了一个采区回风井,专供采煤工作 面的通风。采面通风路线比原来缩短了一半仅采 煤工作面就缩短了回风顺槽的通风路线2000m ;同 时,各巷道断面比原有巷道扩大3145m 2 ;大大缩小 了矿井通风阻力。 2增加采掘工作面个数及各地的用风量。在 优化前的原有通风系统中,由于用风地点较多,井下 仅能布置一采二掘,采掘平衡较失调,掘进速度远远 跟不上采煤速度;并且由于掘进速度必须加快,瓦斯 抽放不完全,造成采掘工作面风排瓦斯浓度较大,时 有超限现象。优化系统后,矿井增加了13317m 3 / min风量,不仅满足了各地点的用风,还可以多布置 二个三巷交替掘进工作面。 3降低了矿井风排瓦斯浓度。优化前,原有 采煤工作面回风量仅5560m 3 /min,回风瓦斯浓度较 高、 不稳定;特别是工作面瓦斯抽放不完全的情况下 常有瓦斯超限现象,严重影响工作面的回采进度。 优化后的工作面回风量达到10000m 3 /min以上,有 效的降低了采面风排瓦斯浓度,更安全可靠、 合理稳 定、 抗灾能力强。 4增强矿井与各采面的通风安全可靠程度。 由于优化后的通风系统使用了二个回风井,风量加 大,系统更安全,易于防灾;且当一个回风井用风地 点灾变时不致影响到另一个回风井,限制了灾害的 981 第4期 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 扩大,且易于救灾,易于尽快恢复生产。 另外,因矿井瓦斯抽放系统未改变,而优化后的 通风系统多布置两个三巷交替掘进工作面,井下每 个采掘面的瓦斯抽放量均有所降低;矿井在每个采 掘面风量增加、 风排瓦斯浓度不变的情况下,可以增 大风排瓦斯量。 5优化矿井通风后,由于多运行采区风井的 主要通风机,通风费用有所加大;但井下采掘速度可 以加快,对整个矿井经济核算还是合理的。 矿井通风系统优化前、 后方案详细比较见表1。 表1 矿井通风系统优化方案比较表 项目优化前情况优化后情况比较 矿井通风方式中央并列式混合式矿井通风路线缩短 矿井进/回风井个数4/14/2增加一个采区回风立井 矿井总进/回风量 m 3 /min 26332/2673935325/39649增加风量约13000m3/min 矿井总回风瓦斯浓度 0130～01550120～0145总回风巷风排瓦斯浓度有所降低 矿井瓦斯绝对涌出量 m 3 /min 492176501182矿井绝对瓦斯量基本相同 矿井风排瓦斯绝对涌出量 m 3 /min 111186121186矿井风排瓦斯量基本相同,但回风瓦斯浓度降低 矿井瓦斯绝对抽放量 m 3 /min 380190379196矿井抽放瓦斯量基本相同,但每个面抽放量降低 矿井负压Pa35802313/3007两个回风井各自的矿井负压均降低 矿井通风阻力Pa33332183/2097两个回风井各自选取的矿井通风阻力均降低 井下工作面个数一采二掘一采四掘多布置二个三巷掘进面,掘进月进尺加快 采掘巷道断面 m 2 1811521160断面增加,可提高通风风量、 降低通风阻力 回采工作面使用/回风风量 m 3 /min5576/5576 6082/10267在各巷风速不超限情况下,大大增加了采面回风量 回采工作面瓦斯浓度 0120～01450120～0145瓦斯浓度基本相同,原因主要是回采速度加快 回采工作面回风浓度 0140～01650135～0160瓦斯浓度降低较小,原因在于风排瓦斯量增大较多 回采工作面各巷风速m /s21564风速不超限,回风量提高 回采面风排瓦斯涌出量 m 3 /min 3817861147风排瓦斯量增大较多,原因为回采速度加快 掘进工作面使用风量 m 3 /min 44925101工作面风量略有提高,风速不超限 掘进工作面/回风瓦斯浓度 0120～01450120～0145瓦斯浓度基本相同 掘进工作面各巷风速m /s41123193优化前风速超限,优化后风速降低 掘进风排瓦斯涌出量 m 3 /min 4514760135加大风排瓦斯量,可降低同一掘进瓦斯抽放量 5 结论 综上所述,矿井在遵守确保矿井风流稳定可靠, 用风地点风量足够;力求经济合理,尽量减少通风工 程量,降低通风费用;尽可能减少公共风路风阻的原 则来优化矿井通风系统,既能满足矿井通风安全基 本要求,又能获得良好经济效益。 1通过优化通风系统能够将足够的风量送往 井下用风地点,通风效果好、 风质好、 有效风量率高。 2优化通风系统可增强矿井抗灾能力,限制 灾害扩大;且在灾害时易于救灾,易于尽快恢复 生产。 3优化通风系统可使矿井通风系统简单化。 4优化通风系统可减小矿井通风阻力,降低 矿井通风费用。 参考文献 [1] 煤矿安全规程.国家安全生产监督管理总局/国家煤 矿安全监察局 [2] 煤矿安全规程 读本.北京煤炭工业出版社. 2004 [3] 煤炭工业矿井设计规范. GB50215 - 2005.北京中国 计划出版社. 2007 [4] 黄元平.矿井通风.北京中国矿业大学出版社. 1990 [5] 张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术.北京煤炭工业出版 社. 2007 091 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 第5卷