旗山煤矿深部开采通风系统设计与优化研究.pdf

2 0 1 0 年 第5 期 互 晨 舛枝 1 0 l 旗 山煤矿深部开采通风 系统设计 与优化研 究 王恩众 ， 吴清法， 刘大伟 徐 州矿务集 团有限公司旗 山煤矿 ， 江苏 徐州2 2 1 1 3 2 摘要旗 山煤矿生产将逐步转入 一8 5 0 m水平 以下 区域 为主的采 区进行， 矿 井需风量将大幅度 增加 ， 势必会 带来 矿井通风阻力、 井巷风 阻的 进一步增加 ； 随之带来矿井 回风不畅、 部分地 段风速高甚至超限、 用风地 点进 回风路线变长、 风网结构复杂化、 风量调配困难等 一系列 的安全 问 题。旗 山煤矿通过对通风系统的优化 改造， 科学合理 的调整生产采掘布局 ， 有效地 解决 了上述问题 。 关键词深部开采通风系统风 阻分析优化 中图分类号 T D 7 2 2 文献标识码B T h e d e s i g n a n d o p t i mi z a t i o n o f d e e p mi n i n g v e n t i l a t i o n s y s t e m f o r Qi S h a n c o a l mi n e Wa n g E n z h o n g ， Wu Q i n g f a， I j u D a w e i Q i S h a n c o a l mi n e o f X u Z h o u c o a l m i n i n g g r o u p ， X u Z h o u c i t y o f J i a n g S u P r o v i n c e ， 2 2 1 1 3 2 Ab s t r a c t Q i S h a n c o a 1 ． Mi n e p r o d u c t i o n w i l l b e g r a d u a ll y t r a n s f e r r e d t o t h e R e g i o nb a s e d m i n i n g 8 r e ∞w h i c h i s b e l o w t h e l e v e l o f一 8 5 0 m， t h e a ir v o l L i me mi n e r e qu i r e d w i l l i n c r e ase s i g n i fi c a n tl y， I t i s b o u n d t o b rin g a f u r t h e r i n c r e ase i n a i r r e s i s t an c e a n d mi n e v e n t i l a t i o n r e s i s t an c e；W h a t i s f o l l o wi n g i s t h e ml n e wi t h P o o r a i r retu r n，P a r t o f l o t s o f h i g h wi n d s p e e d e v e n u l tr a l i mi ，I n t o t h e a i r a n d ret u rn a ir mu t e s b ec o me Lo n g e r i n p l a c e wi t h t h e wi n d， T h e win d s t r u c ture o f c o m p l e x n e t w o r k s ， D e p l o y m e n t o f ai r fl o w p r o b l e m s a n d a s e r i e s o f s e c u r i t y p m b l e m s ． The Q i S h an c o a l mi n e T h r o u s h t h e o p t i m i z a t i o n and r e c o n s t r u c t i o n o f v e n ti l a t i o n s y s t e m and A d j u s t p r o d u c t i o n mi n i n g l a y o u t S c i e n t i fi c a l l y and R e a s o n a b l e ，T h e s e i s s u e s h a v e b e e n res o l v ed e ff e c t i v e l y ． Ke y wo r d s D e e p mi n i n g Ve n t i l a t i o n s y s t e ms a i r r e s i s t an c e an aly s i s o p t i mi zat i o n 旗 山煤矿 1 9 5 9年建成 投产 。矿井 分 为 一 4 2 0 m、 一 7 0 0 m、 一 8 5 0 m、 一1 0 0 0 m四个 生产水平 ， 目前 主要 生 产水平为 一 7 0 0 m、 一 8 5 0 m两个水平 。 系统改造前矿井通风方式为中央并列式 ， 主、 副井 进风 ， 中央风井 回风。矿井 有 4条进 风大巷 ， 2条总 回 风道 。矿 井 主 扇 额 定 转 速 6 0 0 r ／ m i n ， 风 量 1 5 2 ～ 2 8 2 m ／ s 。矿井主扇实际转速为 5 3 8 r ／ m i n ， 矿井总排 风 量为 1 0 8 5 0 m ／ w i n ， 负压为 2 6 1 5 P a ， 等积孔为 4 ． 2 m 。 1问题 的提 出 由于矿井开采深度 和范 围的进 一步扩 大 ， 以及 生 产能力 的继续保持 ， 矿井需风量将大 幅度增 加 ， 这样 带 来矿井通风阻力、 井巷风阻的进一步增加 ， 矿井 回风不 畅、 部分地段风速高甚至超限、 用风地点进回风路线变 长、 风 网结构复杂化 、 风 量调配 困难 、 矿井 抗灾 能力 减 弱以及防火、 热害、 瓦斯等一系列 的安全 问题 。与此 同 时， 中央风井主扇的供风已不能满足全井系统、 诸多采 区的需风要求。因此， 核定现有通风系统的供风能力、 需风量大小， 论证主扇装置的独立或联合运转特性， 模 拟与预测不同通风方式下的多种通风系统运行状态； 调整矿井通风系统， 改善风网结构， 降低矿井总风阻和 阻力。通过现状风网的仿真解网和一系列通风系统运 行状态的模拟解 网及其预测分析， 确定一种安全、 经 收稿 日期 2 0 1 0 0 72 2 作者简介 王恩众 1 9 8 3一 ， 男， 山西大同人， 助理工程师， 2 0 0 5 年毕业于华北科技学院安全工程专业 ， 现任旗 山煤 矿安监科通 防技 术主管。 济、 合理的通风系统调整方案。 2通风 系统的优 化 改造 2 ． 1 优 化 改造 的原则 通风系统尽可能简单， 稳定可靠， 经济， 可调性强， 有利于灾害的防治 ， 且必须 符合煤炭行业 的法律法规 。 2 ． 2 通风现状的计算机仿真解网 在矿井通风技术改造方案制定的计算中， 井巷风 阻值是一项非常重要的技术参数。过去在计算中选用 该参数 时， 一般是采用 经过 实验室模 拟试验测 得的数 值 ， 此值往往偏小 。而现 在则一 般通过生 产矿井 通风 阻力实测得到， 引用后较为符合生产实际。但是旗 山 煤矿通风系统阻力实测值计算的风阻值也存在一定的 误差， 如果直接用于风网的模拟解算与预测分析， 由于 基础数据存在误差， 其结果可能造成个别角联分支风 流反向、 甚至主扇运行工况异常、 局部 自然分风与实际 情况不符的失真现象。因此 ， 对实测的井巷风阻值进 行合理调整 平差 是极其必要的。 用风阻调整的线性规划模型计算出风阻的改正值 △ 0， 并采用下式进行 比较 ， 即 ； 式中 j 一风阻调整值 ， k g ／ m ’ ； △ 一风阻改正值， k g ／ m 7 ； 一 计算风阻值， k g ／ m ’ ； n 支路数。 j 越小 ， 风阻 的调整 幅度 也越小 。在应 用 中， 可 选 1 0 2 毒堪晨 甜技 2 0 1 0 年 第5 期 较小的风阻调整值。 通过建立 的数学模 型和计算方 法 ， 对现状 通风 网 路井巷风阻实测值进行的合理调整， 即平差后归纳总 结得到井巷百米风阻部分典型值见表 1 。 表 1 井巷百米风 阻部分典型值 序号 井巷名称 断面积 m 井巷形状 百米风阻典型值 k g ／ m l 副井井简 3 3 ． 2 圆 形 O ． o 0 2 7 1 l 2 进风大巷 l 3 ． 6 半 圆拱 O ． o o 5 4 O 0 3 总 回风道 1 2 ． 4 半 圆拱 0 ． O 0 6 4 7 3 4 采区上下山 9 ． 2 半 圆拱 O ． O 1 6 5 6 1 5 综采顺槽 7 ． O 矩 形 0 ． 1 2 1 6 9 5 6 综采面 6 ． 0 矩 形 0 ． 2 6 5 5 7 2 为了模拟分析矿井通风系统优化改造后 的矿井供 风情况、 通风阻力大小和主扇运行工况 ， 在矿井通风系 统阻力测定和各通风巷道风量测定基础上， 依据 目前 矿井通风系统现状 ， 绘 制旗 山煤矿 通风系统示 意图和 通风 系统 网络图 ， 再 由各风路的风量和风压值 ， 计算 出 各风路的风阻值 ， 且 有关分支 风阻经过合理调 整即平 差以后 ， 最后将实测的中央风井主扇性能 曲线输入 ， 对 当前通风 网路进行 了计算机仿真解 网。 由改造前数据解 网结 果可 以看 出 ， 实测 的各 风路 风量 和风压值 、 主扇 实时运行工 况、 通风阻力 、 自然风 压等与计算机仿真解网的结果基本吻合。从而表明， 各分支测算的风阻值 ， 以及绘制的通风系统网络图可 靠正确 ， 可以作为模拟预测通风系统发生变化后的一 系列调整改造方案 的依据。 系统优化后 ， 中央风井主扇 转速为 4 5 0 r ／ ra i n ， 北部 风井主扇 叶片角 度为 一1 O 。 ， 矿井 总排 风量 1 2 5 5 4 m ／ m i n ， 中央风井负 压 1 6 6 3 P a ， 北部 风井 负压 1 8 2 1 P a ， 等 积孔为 5 ． O 1 m 。 由深部采区系统优化 项 目完成结 果看 出， 2 0 0 8年 下半年 ， 新建投运的北部 风井主扇 ， 按 照预选 的主扇前 期工况与中央风井一起构成的混合抽出式通风方式， 以 9 4 2 0 2高档面回采需风 为优化 控制 目标 ， 其矿井 供 风能够满足深部 区域水平的全井正常生产的开拓开采 需风要求。且 主扇 与风 网之 间、 主扇能力彼 此之 间匹 配较好 ， 矿井通 风顺 畅、 通风 阻力不高 、 风网结构较 为 合理 、 防灾抗灾能力较强 ， 全 井通风 系统运行 安全、 稳 定、 可靠 。 3 结论 该课题的研究既确保 了北部风井的一次性挂 网成 功 ， 也确保了矿井主扇与风网之 间、 主扇能力彼此之间 的优 良匹配 ， 风 网结构合理 ， 主扇上调 区间大 ， 矿井 风 量配备容易 ， 通风阻力不高 ， 抗灾能力明显增大 ， 防火、 热害、 瓦斯一系列问题得 到了有效的解 决。 上接 第 1 0 0页 老空 区应力 的重新分布 ， 部分应 力发 生传 递 ， 产生垂直应力及水平应力 ， 垂直应力导致巷道 底板发生底鼓 ； 水平应力使巷道沿薄弱的 1 2煤底板发 生滑 动 ， 产生剪切作用 ， 使巷道发生开裂、 变形 。 图3 3 6 0 m轨道大巷变形开裂示意图 间的支护。 采用锚网支护 的巷道 ， 缩 小锚 杆 间排距 为 8 0 0 X 8 0 0 m m； 提高初锚力， 采用高强度螺纹钢树脂锚杆， 一 般采用 I 2 0 X 2 0 0 0 m m无 纵肋螺纹钢 ， 配合规格为 1 8 0 0 X l O 0 0 m m钢筋网 ． 5 m m钢筋焊制 ； 锚索支护紧跟 掘进迎头。 2 减少 围岩暴 露 的时间 ， 防止巷 道松 动圈 的扩 大， 同时采取光面爆破， 减少围岩受破坏程度。 一 般回采巷道主要采用综掘施工， 既可减小对围 岩破坏 ， 又可以减少对巷道 围岩暴露时间 ； 对 于开拓或 准备巷道 ， 采取光面爆破 ， 并实行短段 掘进 ， 随掘随支 。 3 合理选 择 工作面 与主要 巷道 煤柱 留设 ， 在 经 验值的基础上 ， 通过模型计算选择合理 的留设煤柱。 通过计算， 1 2 煤与主要巷道之间的煤柱为6 0 m 。 4 合理 布置巷 道 的层 位 ， 尽 量避 免薄 弱层 出现 在巷道 内。 5 合理选择工作面的开采布局 ， 尽量减少老空 区出现在主要开拓大巷的周 围。 图4 3 6 0 m轨道大巷沿掘进方 向剖面变形位置示意 图 参考文献 2 新 源井井巷 变形预 防施 工方案 [ 1 ] 钱鸣 高等， 矿山 压力及其控制[ K ] ． 北京 煤炭工业出版 社， 1 9 8 4 1 提高巷道 围岩 的支 护强度 ， 加强巷 道初掘期 袁和生， 煤矿 巷道锚杆支护技术 M 北京 煤炭工业出版社，