使用通风解算程序进行通风方案设计.pdf

★科技大观★ 使用通风解算程序进行通风方案设计 新 汉矿业集团公司设计院陈瑞峰 中国矿业大学北京校区 吴兵 摘要在煤矿 新井通风设计及矿井通风 系统改造中 , 需要提供实际可行的 、 优化的通风 方案 。 传 统的手工算法只能提供粗略的矿 井通风佑算 , 且对 多方案的计算十分繁琐 。 应用已发 展成熟的矿井通风模拟技术 , 对提出的通风方案进行全风网模拟解算 , 可获得与实际相符的风 量 、 阻力分布及主要通风机工 况 , 从而为通风方案的 确定和矿井通风管理提供清晰 、 可靠的依 据 。 以实际矿井通风改造为例 , 阐述了应用矿井通风模拟解算的过程和方 法 , 力求为矿 井通风 的现代化管理提供一些帮助 。 关键词通风方案通风解算程序矿井通风 通风模拟解算的实质 通 风模拟解算就是 在已知矿井 风网结 构 、 分支 风阻及 主要 通 风机特性 曲线 的情况下 , 解算出整个 风 网的风量 、 阻力分布及主要通风机的工况点 。对 于 风 网内部的分支可以设定一定数量的分支 为固定风 量分支 如漏风分支 、 需风分支等 , 以进行含漏风分 支 、 控风措施等条件下 的通风解算 也可以在分支上 设定辅助通 风机 , 进行井下 局部区域有辅助通风机 帮助条件下 的通风状况或局部循环通风状况的模拟 解算 。 当前随着编程技术的发展 , 在通风模拟解算的 基础上扩展 出许多新的功能 。 例如 与图形化相结合 的通风系统管理 与数据库相结合的日常统计通 风 管理 与监测 系统相结合的预测预报系统等 。这些 应 用都大大方便了矿井通风管理 , 为科学 、 经济地管理 矿井通风打下 了基础 。 在一个新矿井的设计中 , 应 当提供的通风管理 方案 , 主要包括通风系统的构造和其运行状态的预 测 。 在传统的矿井设计中 , 只给出矿井各主要需风地 点的配风量 、 主要的通风路线及最大阻力路线上 的 阻力 。使用 通风模拟解算 , 可以将优选 的主要通风机 特性代人矿井通风网络 中 , 进行模拟计算 , 给出井下 所有巷道及工作面 的风量 、 阻力 分布及主要通 风机 的工况 。 通过改变主要通风机的特性 曲线及通风路 线风阻 , 可以预测各种叶片角度下 , 各个通风时期整 个矿井的通风状况 , 从而为矿井 投产后 的通 风管理 奠定基础 。 应用通风模拟解算的步骤 应用通 风模拟解算 , 首先必须 准备矿井通风网 络 的基础数据 , 这 一 步骤往往成 为通风模拟解算应 用 的一个瓶颈 , 但是只要按一定的步骤进行 , 这一过 程并不 困难 。 而且 , 在建立 了较准确的矿井通风网络 基础数据之后 , 随着矿井的扩大和巷道的变化 , 只需 对基础数据进行少量的调 整和修正 , 即可满足新条 件下 的需 要 , 因此 , 主 要 的工作都是 在第一次完成 的 。 矿井通风网络的基础数据是指风网的结构 、 分支 的风阻及主要通风机的特性数据三方面 的内容 。 犷井通风网络 解算中使用的矿井通风网络是建立在矿井通风 系统基础上的 , 是对矿井通风系统的合理简化 。 在构 造矿井 通风网络时 , 首先对通风系统 中的节点和巷 道编号 。 为了使编号具有一定的实际意义 , 最好设定 编号的规则 , 其次 , 对相距较近的节点进行必要的合 并 , 对不需区分或不影响通风状况的分支进行合并 。 如采区车场的各节点 , 平行进风巷道 间的多个联络 巷道等 。 第三 , 绘制通风网络图 , 给出各分支的风流 方 向 。 中国煤炭第卷第期年月 风网分支的风队 风网分支的风阻有两种确定方法 , 即实际测定 和根据经验数据估算 。而在 实际中 , 常将两种方法结 合起来使用 。 由于需要确定风网中每一条分支的风 阻 , 因此 , 计算工作量较大 , 往往 成为应用通 风模拟 解算的难点 。若 要准确地确定风网各分支的风阻 , 应 按下 列步骤进行获得准确的风网风量分布 。 对 于生产矿井 , 应根据某一 时间实际测定的分支风量 , 依据节点风量 平衡定律获 得 全 矿 井 的风 量分 布情 况 。对 于测定 中未测分支的风量 , 根据与其相联分支 的风量推算或进行 补测 , 得出 的全矿井的 出风量应 与主要通风机出口处测定的风量相 同或在规定的误 差范围内 。 需要注意的是各风量都应转换为标准状 态下 的值 。 对于矿井设计 , 可根据各需风地点的风量 推算各分支的风量 。 获得矿井大致的阻力分布及 测定路线上各分支 的准确阻力值 , 以作为风网风阻 计算的基础 。对 于一次矿井通风阻力测定 , 至少应测 定两条闭合的通风线路 , 以检验测定过程中的误差 。 对于调节风 门 、 调 节风窗 , 以测量 风量为 主 , 可选择 一处有代表性的分支进行通风阻力的测定 。 每一 矿井的通风分支一般都在条以上 , 将其全部测 定 , 工作量巨大且无必要 。 因此 , 应合理选择测定路 线 , 做到既避免重复 , 又能夜盖矿井主要的通风路线 和主要 的用风地点 。 计算各分支的风阻 。 根据上 ’ 述方法 获 得 的风量 、 阻力数据 , 计算各分支的风 阻 值 , 对大量未测定的分支使用两种方法进行估算 。 第 一 , 若分支的两端都已测定 , 可根据测定的相对压力 进行计算 第二 , 对照同类巷道 的百米 风阻 , 并结合 该巷道 的支护状况进行计算 。经过 该步骤后 , 获得的 矿井风 网风阻数据只是初步的数据 , 调节装置 、 漏风 通道等的风阻 尚未确定 。 进行通风模拟解算 , 获 得准确的 、 可靠的风网风阻数据 。使用 上述获得的初 步风阻数据 , 编制模拟解算数据表 , 进行通风模拟解 算 。矿井 主要通风机的数据可以使用实际测定数据 , 也可以根据测定 的工况 点 , 构 造一台含工况点在内 的虚拟风机 。将 解算获得的风量分布与中确定的 风量分布相对照 , 主要用风线路 、用 风地点 的风量应 相近 , 解算获得 的 主要通 风机工 况应 与实际测定的 工况相 近 , 否则需要对风网风阻进行适当地调整 。 调 整的依据主要是通风阻力的分布状况 。 将调整后的 数据再次进行通风模拟 , 不断重复该过程 , 最终获得 准确的风阻数据 。 对于矿井通风设计 , 无法进行阻力测定 , 只能依 使用通风解算程序进行通风方案设计 据经验数据和设计的巷道类型 、 断面积 、 长度等数据 选取适当的风阻系数 , 计算获得全矿井的风阻数据 。 主要通风机的特性 矿井主要通风机的运转特性对矿井通风管理 、 通风解算至关重要 。 因此 , 作为通风方案或现场通风 技术人员必须了解矿井主要通风机的准确特性 。 有 两种方法 获得主要 通风机的运转特性 , 一是依据风 机 出厂时提供的标准特性 曲线及实际的工况点进行 推算二是进行实际的主要通风机性能测定 。第二 种 方 法是煤矿安全规程规定必须进 行的 , 并且是 获 得主要通风机安装调试后实际特性的唯一途径 。 因 此 , 该方法 为获得主要通风机特性的基本方法 。 矿井 主要通风机性能测定 , 是一项需要矿方多个部门配 合进行的工作 , 从测定方案 、 组织实施到数据整理都 要求认真仔细 , 以保证获得 的数据可靠 、 准确 。 对可多 叶片角度运转的主要通 风机 , 应尽 可能 多地测试其不 同角度下 的运转特性 , 以便于在今后 工作中及通风改造 中使用 。 一个通风系统优化的实例 在获得准确 、 可靠的矿井风网基础数据后 , 就可 对人为设计的各种 通 风方案进行模拟解算 , 以考察 方案的可行性和运行的经济性 。此 时 , 只需调整风 网 中少量分支 的联接 结 构 、 风 阻数值及主要通风机 的 特性数据 , 然后比较结果 中主要通风机的工况点 、 主 要用风地点的风量值等 。 这些模拟的结果是凭经验 和简单的计算难以估计的 。 下面以邯郸局陶二煤矿 为例 , 说明使用通风解算程序进行通 风 系统改造的 效果 。 矿 井通风概况 陶二煤矿是一座年产万的矿井 , 当前以一 水平分上 、 下山开采 , 通 风 系统 为 中央边界 式 , 南北两翼采区通过总回风道与西风井相连构成通风 系统 。 矿井主要通风机为两台的轴流式风机 , ”风机性 能较好 , 但耗电量高 。 年月矿井南翼 一采区已经 封闭 , 三 、 五 采区只有下山的几个工作面可布置辅助采面 , 矿井 的主要生产集 中在北翼 。 北翼的四采区已经结束 , 六 采区为上山采区 , 布置一个工作面回采 , 四采区为下 山采区 , 布置一个工作面回采 。 主要开拓六下采区和 四下延伸开采 。 四下采区风流经集 中皮带巷 、火 药库 回风上 山至风井底 , 为主要采区 , 需风量大 , 通风阻 力大 , 供风困难 。 主要通风机的特性仍有一定的可调 余地 , 但总回风巷小窑漏风严重 , 占全矿井总风量的 近 。 基拙数据的准备 矿井 通风网络图是在通风 系统图的基础 上 , 经 过一定的简化绘制而成 。 当前矿井通风系统见下 图 。 比比比比比比比 盆盆盆盆盆 产产 」」 胜、、、 口口 氛氛氛氛氛 急急急急急 门门 二二二二二 令令令令令令令令 门门门门门 晌晌晌 丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫 日日日日 , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,曰曰曰曰风穆毋毋毋毋 夺夺夺夺 一 月声口尸尸尸尸 日日日日日日 补补补补补补补补补补补补补补补补补补补补补 目目目目目目目目「「「「「「「 二二 图陶二煤矿通风系统示意图 对井下巷道的交点编号不 能重复 , 编号原则为机的工况也 同实测值相 近误差一 , 说明 对矿井的整体公共节 点 , 以 位数字编号 , 如副网络 中分支的风 阻 一可反 映矿 井地面为号点 , 井底为号点等 。 其它节点采用井的真实状况 , 其它通风方案计算都以此数据 为基 位数字编号 。 对一水平北冀以为首 , 南翼础数据进行 。 以为首 , 如为北翼号节点 。 对延伸扩大区 , 优化方案的 确定 一 水 平使用 、 表示南 、 北 冀 节点 。 对 当前通 风系统的优化主要解决两个间题 , 一 一翼的整体巷道 中 , 节点从开始 , 如是矿井阻力较大 , 需要降阻以减少外部漏风 , 降低风 表明是南翼大巷中的号节点 。 对某一采区的节机工作压力 二是增 加四采区的风量和北翼的通风 点 , 使用表示采区的号节点 。如 表示能力 , 为六下采区的开拓和四下采区的延伸作准备 。 北翼采区的号节点 。 调节方案涉及的减阻工程主要有两项 , 即 对网络中的分支 编号不能重复 , 原则 为对北翼总回风段调节风门拆除 , 分支风阻从 矿井整体巷道 , 以位数字编号 。 对各采区用 一减至 一“ 南翼总回风至 位数字编号 , 第一位代表采区 。 对新水平 , 如果陶一回风连接巷扩大断面 , 分支 一“风阻 采区号相同 , 可使用位数字 , 第一位为表示新水从 , 一 减至 , 一, 。 主要 平 。 考察两方面的效果 , 一是实施减阻工程后 , 矿井风量 以矿井通 风网络图为基础 , 结合通风阻力测定及 风机工况的变化 二是四下 ,采 区安装辅助风机供 的结果 , 确定网络 中各分支 的风阻和风量测定值 。 风后 , 风量及风机工况的变化 。对 于安装辅助通风机 将相应 的风机特性曲线代人 , 进行矿井通风模拟 , 获的方案 , 必须制定相 应的辅助 风机运行安 全管理制 得的风量分布 、 阻力分布与矿井实测分布相近似 , 风度 , 以保证辅助风机安全可靠地运行 。 各方案的内容 中国煤炭第卷第期年月 如表 。 衰优化调节方案甚础今傲衰 对比方案参数及工程数据文件 方案风机 。, 无减阻工程一 方案 方案 风机 。, ①②减阻工程 风机 , ①减阻 , 辅扇 。 一 一 根据各方案 改变相应的分支 风阻和分支类型 , 并添加辅助通风机的运转特性 , 模拟解算后 各方案风量分布变化情况见表 。 衰通风优化方案的效 巷道名称 分支方案方案方案 其 中方案中辅助风机工 况 为 。 从上述解算结果 中可见 , 方案中 , ①②减阻 工程的实施对四下采区供风的影响很 小 , 面 的 风量仅减少 ” , 基本没有变化 。 但风机的工 况却有较大的改善 。 风量增加了 , 风压降 低了 , 漏风也有所减少 。 方案采用辅 助 风机为四下采区供风后 , 面的风量可增 加 “ , 矿井主要通风机的工况进一步改善 。 由 此可见 , 辅助风机的使用 大大减轻了主要通风机的 负担 , 可以满足四下采区延伸阶段的风量供给 。 经过 上述比较 , 方案是较好的通风方案 , 较使用主 要通风机可节省电耗约 , 效益十分可观 。 结论 通过在 陶二煤矿及其它矿井通风系统优化 中使 用通风模拟解算的经验 , 虽 然初期的基础数据 准备 工作比较繁杂 , 但只要按步就班地按要求进行 , 就可 获得准确 、 可靠的风网基础数据 。在该基础 数据上进 行的通风方案设计和效果模拟 , 结果是可靠的 , 能充 分反 映矿井的实际状况 。 对于一些难以靠经验来决 断的通风方案选择 , 如多风井联合通风 , 井下辅助通 风 、循环通风等 问题 , 解算提供的结果具有很大的参 考价值 。 ”““ 总进风 南翼进风 面供风 五采进风 北冀进风 四采进风 面供风 六采进风 总汤风 风机工况 上接第页 原因多种多样 , 而实质都是物体的碰撞 。虽 然 目前对 块煤碰撞破碎的机理掌握不多 , 但块煤的碰撞都符 合公式 优一 式中 碰撞 时的力 碰撞物体的质量 碰撞接触时间 。、 、 碰撞前 、后 的速度。 可以看出 , 影 响块煤碰撞时受力的 因素是碰撞 接触的时间 、 碰撞前后的速度及碰撞物体的质量 。一 般情况下 , 块煤碰撞后的速度很小 , 可以近似认为是 零 , 这样 , 碰撞受力的影响 因素主要是物体碰撞前的 速度 。 当块煤的跌落为 自由落体运动 时 , 比如在煤仓 内 , 块煤碰撞前 的运动速度可由公式 。 丫厄万万求 出 , 即块煤碰撞前的速 度 由跌落高度决定 , 高度越 大 , 跌落速度越大 , 碰撞接触时 间也越小 , 碰撞时 的 力相应越大 , 块煤就越容易破碎 , 这也是安装煤仓限 位装置的理论依据 。 除了碰撞时的速度和接触时 间外 , 影 响块煤碰 撞的另一因素就是块煤的质量 。 块煤的质量与块煤 碰撞所受的冲击力成正比 , 块煤的质量越天 , 其受的 冲击力就越大 。 实测证明 , 随着粒度的增加 , 块煤的质量增加很 快 , 也就是说在相同的碰撞条件下 , 大块煤更容易破 碎 。 晋城局所畅销的洗 中块的粒度为一 , 因 此 , 应转换研究方向 , 考虑利用比较合适 的破碎机械 和合理的破碎方式 , 在顺槽中将大块煤破碎成一定 粒度比如粒度小于的小块煤 , 从而减少大 块煤在后续工序 中的破碎 , 而不是简单地把井下 的 块煤粒度提高到 。 使用通风解算程序进行通风方案设计