平煤十一矿矿井通风系统优化研究.pdf

2 0 0 7 年第 2 期 中州煤炭 总第 1 4 6 期 平煤十一矿矿井通风系统优化研 究 何宗礼， 郭军庄， 康要伟 平煤集团公 司 十一矿 ， 河南 平顶山4 6 7 0 0 0 摘要 通过对平煤集 团十一矿主要通风机运行情况及井下通风系统优化方案的论 证， 提 出了矿井在改扩建过 程 中， 增加风量 、 提高通风 能力 的实施方案。采用 改造通风机和扩巷 降阻等措施提高矿井风量， 效果 明显 ， 使 矿 井通风系统更加合理 、 安全 、 经济 。 关键词 通风 系统 ； 通风 阻力 ； 通风 网络 ； 优化研 究 中图分类号 T D 7 2 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 0 7 0 2 0 0 7 70 2 矿井 通 风 系 统 是 矿 井 生 产 系 统 的重 要 组 成 部 分 ， 它对 矿井 的稳产 、 高产 、 防灾 、 抗灾 能力 和矿井 的 经济效益有着重要的影响。矿井通风系统有多个要 素组成 ， 各个要素之间存在着有机的联系 ， 彼此相互 影响。为使矿井通风系统整体最优， 必须对矿井通 风系统现状进行分析 ， 找出存在的问题 ， 寻求改进的 途径 。降低矿井通风阻力和进行主要通风机改造等 技术 措施 是矿井 通 风 系统 优 化 的主要 途 径 ， 也 是 目 前普遍采用的方法。 1 矿井基本情况 平煤集 团十一矿位于平顶 山市 以西 1 3 k m， 平 顶山煤田李 口向斜西 南翼西端 。矿井 于 1 9 7 9年 1 月 1日简易投 产 ， 设 计 能力 6 0万 t ／ a 。2 0 0 1年 1 0月 一 期改扩建工程 完成后 ， 设计生产能力 1 2 0万 t ／ a 。 井田东 西走 向长 5 ． 8 8 k m， 南北倾 向平 均 宽 2 ． 8 4 k m， 面积 1 6 ． 6 8 k m 。截至 2 0 0 5年底 ， 保有工业储 量 1 6 8 4 3万 t ， 可采储量 1 1 4 9 4 ． 8万 t 。 目前 ， 矿井 开采煤层为丁 、 戊 、 己 ， 3组 6层煤 。一水平标 高 一1 8 0 m， 二水平标高 一 5 9 3 m。 矿井 目前 通 风 方式 为 中 央分 列式 ， 通风 方 法 为 抽 出式 。新 老 2个 中央 副 井 进 风 ， 中 央风 井 南 风 井 出风 。南风井 担 负 己二 、 丁六 、 丁 二 3个 采 区 的 通风任务。南风井 主要通风 机为对旋轴流式通 风 机， 型 号 为 B D K 一 8 一 N o ． 2 8 2台， 1用 1备 ， 双级 3 2 ． 5 。 运行。电机 型 号为 Y B F e 6 3 0 S 1 8 ， 额 定 功 率 收稿日期 2 0 0 61 1 2 2 作者简介 何宗礼 1 9 6 5一 ， 男 ， 河南 南阳人 ， 工 程师 ， 1 9 8 8年 毕业 于焦作矿业学院 。 现任平煤集 团十一矿总工 程师。 5 0 0 k W 2 ， 额 定 电 流 6 2 A， 转 速 7 5 0 r ／ m i n 。主 要 通 风机 实测 风量 为 1 0 9 2 0 m ／ m i n ， 矿井 通 风负 压 为 1 8 1 3 P a ， 矿井 总进 风量 为 1 0 2 8 0 m ／ m i n ， 矿井 回风 量为 1 0 8 1 0 m ／ m i n ， 有效风量 9 4 4 0 m ／ m i n ， 矿井 有效风量率 8 6 ％ ， 矿井等积孔 5 ． 1 m 。电机电流 I 级 、 Ⅱ级 。矿 井风 阻为 0 ． 5 3 6 3 5 N ／ m 。 2 矿 井通风 系统存在 的问题 随着 矿井 生产 重 心 向二 水 平转 移 ， 开 采深 度 逐 步增加 ， 瓦斯涌出量逐渐增大 ， 地温升高， 各用风地 点需风量增加 。且随着矿井二期 改扩建 工程的开 工 ， 矿井需 加快 二水 平开 拓 ， 矿 井 目前 生产 区域将 增 加开拓掘进工作面 ， 急需增加矿井供风量。2 0 0 5年 1 0月 ， 矿井主要通风机供风量 1 0 5 0 0 m ／ m i n 。2 0 0 6 年 矿井需 风量 1 3 0 0 0 m ／ mi n ， 需 增 风量 2 5 0 0 m ／ m i n ， 现有的主要通风机和通风 系统不能满足要求。 根据改扩建 工程工期 安排 ， 中央新 回风 井预计 到 2 0 0 7年才可装备完工投入使用。在 中央新风井投 入使用前 ， 为保证 2 0 0 6年矿井安全生产 ， 必须对现 通风系统进行优化 ， 提高矿井通风能力 。 3 改造主要通风机 ， 提高供 风能力 根据改扩建工程工期安排 ， 中央新 回风井预计 1 8 个月后， 方能投入使用 。 在投入使用前 ， 对现有的主要通风机进行全部 整体更换或更换主体 电机 ， 提高供风能力 ， 从经济效 益等方面分析 ， 方案不可行 。为此， 十一矿和航空工 业沈 阳发动机研究所风机厂合作， 应用空气动力计 算程序及相关经验 ， 保持原风机总体结构基本不动， 充分发 挥 电机潜 力。在 电机储 备 系数 为 1 ． 0 2～ 77 维普资讯 2 0 0 7 年第 2 期 中州煤炭 总第 1 4 6期 1 ． 0 6的条件 下 ， 重新 设 计 风 机 动 叶 及 叶 轮 ， 达 到 提 高 风 量 的 目 的 。 童 墨 网 l至 。0丁 六．8 m 轨 道 ； 下- 山18 电 机 功 率 I 1 0 9 k W f 广 f m 西 大巷为回风巷。 4 通风系 统优化研究 而 素 4 ． 1 通 风 网络现 状模 拟分析 根 据 2 0 0 5年 的生产 布局 ， 对矿井 通风 系统进 行 了数字 化建设 ， 建立 了矿井通 风 系统数据 库 ， 其 中包 括 网络 基础数 据 表 、 风机 特 性 数据 表 。在 建 立矿 井 通风网络数据库的基础上， 利用 矿井通风 系统分 析与优化 MV S A O 软件进行 了矿井通风系统模 拟 。 根据 2 0 0 6年矿井 生 产 布 局 ， 在 现有 主要 进 、 回 风井条件下 ， 按照满足矿井 2 1 7 i n ／ s的供风 目标进 行通风网络解算， 矿井通风系统总阻力达 4 7 6 7 P a ， 主要通风机电机功率超过额定功率 。通风阻力大的 原 因是 丁戊 组采 区主要 回风巷断 面小 ， 阻力 高 。 4 ． 2 矿 井通风 系统 优化 的 目标 2 0 0 6年矿井通风系统优化的 目标 ①矿井风量 为 2 1 7 i n ／ s ； ②矿井总阻力 ≤3 0 0 0 P a ； ③ 电机功率 1 0 0 0 k W 不更换 电机 。 4 ． 3矿井 通风 系统优化 的技术 路线及 方案 主要技术路线 ①改造现有风机 ， 提高其能力和 性能 ； ②采取扩巷降阻措施 ； ③调整生产布局 。 总的技术路线如图 1所示， 具体各个方案技术 路线 如图 2 、 图 3所示 。 优化目标风压≤3 O 0 oP 电机功率1 0 0 0 k W；风量2 1 7 n l ／ s 航沈所改造现 有风机l l 扩巷降阻 方案 7 ． 8 H调整布局H 方案1 l l方案 2 H调整布局H 方案3 ． 4 ， 5 ， 6 风量 2 2 2m I s ； 负压3 7 2 1 P a 电机功率1 0 7 6 k W 图 1 总的技术路线示意 ⋯ ⋯．1 将丁六轨道下山、丁六总回 风巷 蠢。j ． ’ l l 将暗斜井断面由8 m 扩至1 4 m 2 。 航沈所改造现有风机 l l 扩巷降阻 l l 改变采掘布局降阻 『 ] 结 果 内 寄 l运 孚 詈 w 章 美 l l 面由7 ．8 m 扩至1 0 ．8 m 。 姻,r2 1 ， 3 ． 3 m3 ／ 回风鬈 嚣 电 机 功 率 1 0 3 9 k W I 『和 暗 斜 井的 断 面 由 7 ． 8 m z 扩 至 1 o ． 8 m 。 7 8 图 2方案 1 。 7 。 8技术路线示意 风量2 2 9 n l ／ s ； 负压3 3 5 9 P a ； 电机功率1 1 6 0 k W 风量2 3 5 n l ／ s ； 负压3 0 8 8 P a ； 电机功率 1 0 3 9 k W 风量2 0 8 m 3 ／ s 负压2 8 9 4 P a ； 电机功率9 1 6 k W 害 面盎 丁一 1 面由8 个增加到1 2 个。 幸 面 由 躲 l l 面8 个不变。 的籀 筹 一 i 接沟通．缩短回风路线。 图3方案 2 。 3 。 4 。 5 。 6技术路线示意 4 ． 4方案模 拟结 果分析 由以上 8种方案模拟结果可知 ①调整生产布 局 ， 适 当减 少 丁组 用 风 己组 可 适 当增 加 用 风 ， 有 利于矿井通风系统总阻力的降低。②丁戊组主要 回 风巷 由 7 ． 8 m 扩 至 1 4 ． 0 m 后 ， 矿 井 负压 由 4 1 1 0 P a降至 3 7 2 1 P a ， 降低 3 8 9 P a 。丁戊组主要 回风巷 扩巷有利于矿井通风系统总阻力 的降低 。③方案 5 和方案 6的风量、 风压和 电机功率基本满 足要 求。 但 由于将 一1 8 0 i n主 石 门和 一1 8 0 i n西 大 巷改 造 为 回风 巷 ， 需增 设 约 6道 风 门 ， 且 这 6道 风 门均处 于总 进与总回之间， 会 给通风管理带来很 大困难。④方 案 7的风量 、 风压均满足要求 ， 但电机功率超过额定 功率。⑤方案 8的风量 、 风压和电机功率均稍高于 目标要求 。⑥方案 5与方案 6比较， 方案 5的电机 功率 接近 额定功 率 ， 富余系数 达不 到要求 。 根据 以上 模 拟 结果 分 析 ， 在不 更 换现 有 主要 通 风机电机的前提下， 能满足 2 0 0 6年生产布局供风需 求的方案只有方案 5 、 6 。其他方案存在减少工作面 多、 影响矿井正常接替生产或现有 电机难以满足要 求需更换等问题 ， 均不可采用 。方案 6在方案 5的 基础上掘一条联巷使负压降低 1 0 0多 P a ， 矿井阻力 小， 综合以上情况决定采用方案 6 。 5 应用效果 根据通风系统优化方案的解算结果 ， 从 2 0 0 5年 1 0月到 2 0 0 6年年初， 十一矿 下转第 8 6页 维普资讯 2 0 0 7 年第2 期 中州煤炭 总第 1 4 6 期 3 8 m为全巷道堆积 ， 突出总量为 2 4 5 t ， 巷道两帮有 大量煤尘 堆 积。 2 自掘进工作面向后 3 m， 工字钢棚梁全部推 翻 ， 抛出煤体呈粉末状， 有明显的分选性。 3 突出点位于巷道左上部 ， 自掘进工作面后 3 m为 突 出源 图 3 。 5 7 5m大巷 主巷南段 图 3突 出点 示 意 巷主巷北段 4 通 过注 浆时打 注 浆孔 和 进入 岩 石掘 进 段 打 预测预报 孔 ， 探 明巷 道上方 有孔洞 。 5 通过 监测系统统计 ， 突 出瓦斯量 1 ． 1 9万 m 。 5 原 因分 析 1 主巷北段虽已进入全岩 ， 但 掘进工作面左 帮顶梁处上部处于煤岩交接处 ， 属于应力集中带 ， 且 煤质较软。穿煤段掘至煤层 与岩层交接处时 ， 由于 岩层倾角大 ， 岩层上部煤质较软， 受上部重力作用， 引起 突 出。 2 无 论 是 排 放 孔 还 是抽 放孔 ， 均 是 向巷 道 正 前方布置 ， 仅释放正前方瓦斯压力， 而顶部及上下帮 煤体 内瓦斯没有得到充分释放。 3 放炮诱 导这起 突 出。 6突出后采取 的贯通措施 1 从南头 向北 掘进 至煤 层法 线 距 离 2 m时 停 掘， 改小断面。 2 对主巷北段进行封闭， 封闭巷道长度 7 m， 并 注入 罗克休 及水 泥 5 3 t ， 加 固顶 板 。 7 应 吸取 的教训和采取 的措施 1 完善钻孔设计。教训之一是掘进期间抽放 钻孔设计时， 没有考虑到释放巷道顶部煤体及上下 帮煤体瓦斯压力。今后应完善抽放设计 ， 在保证正 前方煤体瓦斯压力得到充分释放 的同时， 充分考虑 释放巷道各方向的煤体瓦斯压力。 2 改变 预测 预报 方 法 。教训 之 二 是在 掘进 期 间 ， 没有充分考虑到顶部煤体 内瓦斯情况 ， 预测预报 在巷道上部形成空 白带。今后要改变预测预报方 法 ， 在保证正前方煤体预测的情况下 ， 充分考虑顶部 煤体 内瓦斯情况 。 3 坚决杜绝 电气失爆 ， 避免灾害扩大。 责任编辑 秦爱新 上接 第 7 8页 完 成 了井 下 丁戊 组 主要 进 回巷 扩 巷工 程 1 0 0 0 m及 一1 8 0 m主 石 门 、 西 大巷 由进 风改 为回风的系统调整。2 0 0 6年年初 ， 十一矿根据解算 结果适当调整了生产布局。 航空工业沈阳发动机研究所风机 厂根据解算结 果， 应用空气动力计算程序及相关经验 ， 重新设计制 造 了主要通 风机 的动 叶 、 叶轮 。 2 0 0 6年 3月 ， 对 1 、 2 主要 通 风机 的动 叶 、 叶轮 进 行 了更换 ， 由平 煤 集 团安 全 仪 器计 量 检 定 站进 行 了风机性能测试。根据 2 0 0 6年生产布局 ， 按 3个采 面 1 6个掘进面加硐室计算 ， 需风量为 1 3 0 0 0 m ／ m i n 。查实 测 曲线 ， 2 0 0 6年 4月 进 行 了挂 网 ， 挂 网 叶 片 角度为 一 5 。 ／一 6 ． 5 。 。挂 网运 行后参 数见 表 1 。 从实际挂 网结果看， 矿井总风量增加 了 2 4 6 0 m ／ m i n ， 风压 在 2 9 0 0 P a以 内 ， 能 满 足改 扩 建 增 加 掘进工作面及部分工作面增风需求 ， 达到了预期效 果 。风机静 压效 率提高 了 1 5 ％ 左 右 ， 充 分 发 挥 了风 机 的性能 ， 经济效 益 明显 。 8 6 ． 表 1 主要通风机 改造前后参数对照 6 结语 通风系统优化研究应朝着煤矿安全生产、 提高 经济效益的方 向不断发展。在矿井 通风系统优化 时， 必须考虑现有通风设备和井巷的合理利用 ， 通过 对现有主要通风机适 当改造 ， 以及对井巷合理利用 和降阻 ， 使通风系统达到最优。矿井通风系统优化 后可大大提高矿井通风能力 ， 保证矿井的安全生产。 责任编辑 秦 爱新 维普资讯