青东煤矿通风系统模拟分析与预测研究.pdf

2020 年第 5 期 近年来， 随着矿井开采深度、 强度及机械化程度的增 加， 矿井通风系统逐渐复杂化， 通风问题也会愈加突出， 严重影响矿山的生产效率和职工的健康与安全。开展改 扩建矿井通风系统优化研究，解决改扩建矿井存在的通 风难题，对创造安全稳定的工作环境和提高矿山的经济 效益都有积极意义[1-2]。矿井开采深度增加使得矿井通风 系统日益复杂[3]， 通风网络结构也日益复杂， 给煤矿高效 安全生产带来了不可预测性[4]。 本文对青东煤矿通风系统 网络进行模拟分析， 根据矿井采掘接替计划， 青东煤矿七 采区上首采面投产，判断中央风机及井下的通风系统是 否能够满足届时的通风需求以及应采取的措施。 一尧矿井及其通风系统概况 青东井田位于淮北矿区临涣区的西北角。东以大刘 家断层为界， 西至 F9 断层， 南以石炭系太原组顶界灰岩 露头线为界，北至 F19 断层和 2-2 煤层 -1200m 水平投 影线，东西长约 13km，南北宽约 2.56.5km，矿区面积 51.729km2。矿井井型为 1.8Mt/a， 采用立井、 多水平， 主要 大巷、 石门分区开拓， 分区通风、 集中出煤的开拓方式。 前 期开采储量丰富的东区， 采用主井、 副井和中央风井三个 立井， 主要大巷、 石门开拓， 中央并列式抽出的通风方式。 矿井设计三个生产水平 一水平标高为 -585m， 二水平标 高为 -900m， 三水平标高 -1200m。根据矿井采掘接替计 划， 先是七采区上首采面投产， 后期七采区下首采面也即 将投产。 矿井现主要有工业广场内的副井 （人员、 进风和安全 出口） 和主井两个进风井， 一个中央风井为回风井。 目前， 中央风井系统现有 82 采区、 84 采区、 五采区三个采区在 生 产 ，中 央 风 井 矿 井 主 要 通风 机 型 号 为 BD- Ⅱ -10-NO36， 安 装 角 度 -5 ， 配 套 电 机 型 号 为 YBF-710-10， 功率 560kW， 转速 594r/min。 二尧矿井通风系统分析预测 为保证矿井正常生产接替， 保持矿井持续稳产， 矿井 将组织开拓七采区。本次矿井通风系统分析预测的目的 是分析七采区首采面投产时期，如果矿井通风系统全部 由中央风井来承担， 中央风井系统是否能满足需要， 是否 需要改造中央风井主要通风机及配套电机，以及是否要 施工新巷道或新风井。 1.中央风井通风系统需风量预测 根据矿井采掘生产接替计划，七采区首采面投产时 期，届时原有的 82 采区需风量 55.8m3/s， 84 采区需风量 51.6 m3/s，五采区需风量 25.8m3/s，主井系统需风量 13.4m3/s， 新开的七采区需风量 71.7m3/s。 中央风井总风量 为 218.3m3/s， 按 1.2 倍计算为 262m3/s， 外部漏风按 8m3/s 计算， 全矿井排风量为 270m3/s。 2.中央风井主要通风机工况预测 风量 270m3/s， 阻力 4166Pa， 自然风压 -100Pa， 装置 静压 4266Pa， 输入功率 1774kW， 综合效率 65， 输出功 率 1153kW。 3.中央风井通风系统预测结果及分析 七采区首采面投产后， 若不打新风井， 全矿井通风流 程达到 13916m， 中央风井总回风量达到 262m3/s， 排风量 达到 270m3/s， 阻力 4166Pa， 现有主要通风机及其配套电 机不能满足矿井的安全生产。 从矿井通风系统三区段阻力分布情况看，进风段为 1144Pa， 占比 27.5； 用风段为 133Pa， 占比 2.2； 回风段 为2889Pa， 占比 69.3。回风段阻力是进风段阻力的 1.5 倍，说明自七采区采面风巷外段至风机入口处所占比例 较高， 超过 69.3， 若仅从采区进风段降阻措施， 现有的 风机及配套电机仍不能满足要求。 从以上分析看出， 七采区首采面投产后， 如果仅用现 有的中央风井通风系统不能满足矿井通风能力需要， 必 须对矿井现有的通风系统进行升级改造优化。 三尧方案制定与模拟分析 1.方案制定 根据七采区首采面投产后的通风模拟结果可以看 青东煤矿通风系统模拟分析与预测研究 文/杨健 渊淮北矿业有限责任公司技术中心冤 摘要院通风系统对矿井的安全高效生产具有重要意义遥 基于青东煤矿现有通风 系统现状分析,提出了 3 种回风系统通风调整方案,并对 3 种方案各区段的风量 进行模拟分析袁选择出最优方案遥 关键词院通风系统模拟分析系统优化 研究园地 安徽科技 52 2020 年第 5 期 出， 仅通过扩修巷道很难解决矿井高阻的问题， 现制定以 下方案 方案 1 施工东回风井 （直径 6m） ， 东风井布置在青 东井田边界 2-1 钻孔东南约 180m 处，井筒深度约 350m， 东风井回风上山长度为 1210m （断面 20m2） 。 方案 2 施工东回风井 （直径 6m） ， 东风井布置在青 东井田边界外约 155m 处， 井筒深度约 580m， 东风井回 风上山长度为 436m （断面 20m2） 。 方案 3 更换中央风井主要通风机并施工回风巷， 自 中央风井施工回风巷 （长度 2970m， 断面 18m2） 至七采区 -650m 水平， 构成 “两进两回” 的通风系统。 2.方案模拟 表 1 是 3 种方案的模拟结果。 3.对方案的模拟分析 从七采区首采面投产后的模拟结果来看，施工东风 井的位置以及东风井的面积对模拟结果的影响并不显 著， 即方案 1 和方案 2 的模拟结果相差较小； 采用方案 3 则必须更换中央风井主要通风机。 整体来看， 方案 2 和方案 3 效果都较好， 不过方案 2 费用高，而方案 3 可能压煤较多。在七采区首采面投产 时， 打东回风井或施工两进两回的巷道都可以满足要求， 但从经济方面考虑，七采区形成两进两回的通风路线虽 然也可行， 但会造成严重压煤情况。为减少压煤， 延长矿 井开采年限， 兼顾到七采区深部通风需要， 同时降低矿井 通风系统阻力， 选择方案 2 较为合理， 即施工东回风井， 井筒直径 6m，深度约 580m，东风井回风上山长度为 436m （断面 20 m2） 。 四尧通风系统预测与结果分析 对中央并列式通风未来工况变化与之前工况的对比 见图 1。 从图 1 可以看出，矿井排风量维持在 234284m3/s， 而矿井总风阻逐年增加， 矿井总阻力显著增加， 其原因在 于矿井通风流程增加。 五尧结语 根据青东煤矿矿井采掘接替计划， 通过模拟分析， 结 果表明方案 2 更可靠， 即施工东回风井， 井筒直径 6m， 深 度 580m， 东风井回风上山长度为 436m （断面 20m2） ， 这样 在七采区首采面投产时， 既能减少压煤， 延长矿井开采年 限， 又可以兼顾到七采区深部通风需要， 同时降低矿井通 风系统阻力。通过模拟发现中央风井主要通风机及其配 套电机效率偏低，建议重新对其真实能力和最大能力进 行核准。 参考文献 [1]张亚明,何水清,李国清,等.基于 Ventsim 的高原矿井 通风系统优化[J].中国矿业,2016,25782-86. [2]周志杨,王海宁,苑栋,等.矿井通风动力系统的共性问 题分析与优化实践[J].矿业研究与开发,2016,36613-17. [3] 张国枢.通风安全学[M].徐州中国矿业大学出版社, 2011. [4] 赵以蕙.矿井通风与空气调节[M].徐州中国矿业大 学出版社,1990. 责任编辑院徐东辉 方案风井风量/m3/s阻力/Pa说明 方案1 中央风井 东风井直径6m 179.6 95.3 1648 1696 五采区回中央风井 方案2 中央风井 东风井直径6m 179.6 95.3 1648 1498 五采区回中央风井 方案3中央风井270.02411 更换中央风井主要通风机曰新增回风巷 渊断面18m2尧长度2970m冤 图 1中央并列式通风工况变化情况 表 1七采区首采面投产各方案模拟结果 研究园地 安徽科技 53