楊莊煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造的分析與體會(huì)

李曉霞

摘要：分析了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的復(fù)雜性、穩(wěn)定性差的原因和其對(duì)礦井安全生產(chǎn)和其他方面管理帶來(lái)的不利因素，提出采用“收縮戰(zhàn)場(chǎng)，合理布局”的方式來(lái)提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、優(yōu)化和管理有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：楊莊煤礦；通風(fēng)系統(tǒng)；穩(wěn)定性；改造

中圖分類號(hào)：TD724文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095－6835（2014）08－0017－02

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，它對(duì)礦井的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益都起著重要的作用。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)遇到以下兩種情況：①原有的通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)常因?yàn)橐m應(yīng)生產(chǎn)布局的需要而被動(dòng)作出調(diào)整，而這種調(diào)整往往很難有效兼顧全局，致使通風(fēng)系統(tǒng)的防災(zāi)、抗災(zāi)能力逐漸降低。②礦井不斷被開采，井下必然會(huì)產(chǎn)生廢舊巷道，隨著時(shí)間的推移，大量廢舊巷道導(dǎo)致礦井的生產(chǎn)布局愈發(fā)散亂，通風(fēng)系統(tǒng)日趨復(fù)雜、通風(fēng)流程不斷延長(zhǎng)、通風(fēng)阻力逐漸增大、漏風(fēng)量日漸攀升，礦井主要通風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期不在高效區(qū)域內(nèi)運(yùn)行等問(wèn)題，同時(shí)也導(dǎo)致通風(fēng)效率低下，造成了極大的電力浪費(fèi)，加大了生產(chǎn)成本。

鑒于此，如何使礦井通風(fēng)系統(tǒng)達(dá)到正規(guī)合理、穩(wěn)定可靠的要求，就成了許多煤礦所面臨的棘手問(wèn)題。以下試圖通過(guò)對(duì)淮北礦業(yè)（集團(tuán)）楊莊煤礦簡(jiǎn)化、優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，來(lái)做一些有益的探索。

楊莊煤礦通過(guò)采用“收縮戰(zhàn)場(chǎng)、合理布局”的方式來(lái)簡(jiǎn)化、優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)，不僅保證了井下安全，同時(shí)也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1楊莊煤礦的概況和背景

楊莊煤礦投產(chǎn)于1966年，改建、擴(kuò)建后，年最大生產(chǎn)能力可達(dá)2.2×106 t，礦井的主采煤層系5#，6#煤層，系屬高瓦斯礦井。煤礦絕對(duì)瓦斯涌出量為36.58 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為11.6 m3/t。煤層的自然發(fā)火等級(jí)屬于Ⅲ類（不易自燃），煤塵爆炸指數(shù)為17.74%～18.71%.

該礦井采用的是立井多水平開拓、上下開采的方式。目前，一水平業(yè)已報(bào)廢，二水平、三水平屬于生產(chǎn)水平，四水平則為開拓延伸水平。

該礦井的通風(fēng)方式為抽出式，即中央邊界對(duì)角分區(qū)的通風(fēng)方式。礦井采用多風(fēng)井復(fù)雜通風(fēng)系統(tǒng)，新、老副井為進(jìn)風(fēng)井，土型、東二和西二3個(gè)風(fēng)井是回風(fēng)井。目前，土型風(fēng)井系統(tǒng)資源已基本枯竭，采掘工作面主要布置在東二和西二2個(gè)風(fēng)井。

在改造前，該礦井的風(fēng)門和封閉等通風(fēng)設(shè)施總計(jì)達(dá)400余

的變化，θ，δ，T的變化如表3所示（其中，θ' =90－θ是搖擺角）。

表3負(fù)浮力變化引起的參數(shù)變化

ΔG/N θ/° δ/° T/N θ'/°

766 83.605 3 79.314 5 765.095 232 7 6.394 7

780 84.828 2 79.502 4 781.587 086 3 5.171 8

796 84.889 8 79.712 7 797.460 318 1 5.110 2

806 84.927 6 79.840 0 807.384 732 5 5.072 4

826 85.001 6 80.085 5 827.241 426 5 4.998 4

從表3中可以看出，隨著正浮力的增大，θ和δ呈上升趨勢(shì)，錨鏈對(duì)水下平臺(tái)的系泊力T也在逐漸增大，而搖擺角θ' 卻在明顯減小。由此可見，可以通過(guò)增加水下平臺(tái)的負(fù)浮力使水下平臺(tái)的系留更加穩(wěn)定。但是，隨著負(fù)浮力的增大，錨鏈所受的拉力也在同步增加，所以，通過(guò)增加水下平臺(tái)的負(fù)浮力來(lái)提高水下平臺(tái)的系留穩(wěn)定性時(shí)，一定要注意錨鏈可以承受的最大拉力。

綜上所述，為了保證在水下系留狀態(tài)水下平臺(tái)具有穩(wěn)定的姿態(tài)，我們可以通過(guò)以下幾種方法實(shí)現(xiàn)：①改變重心與浮心之間的距離。重心、浮心之間的距離越大，水下平臺(tái)系留姿態(tài)的穩(wěn)定性就越好。②增大正浮力。此方法也可以提高水下平臺(tái)系留姿態(tài)的穩(wěn)定性，但是，與正浮力同時(shí)增大的錨鏈系泊力T對(duì)錨鏈的要求也在相應(yīng)提高。

此外，xt與Δxp的變化也會(huì)對(duì)水下平臺(tái)系留姿態(tài)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，本文在此不作研究。

3結(jié)束語(yǔ)

對(duì)單點(diǎn)水下系留平臺(tái)的系留方式作了深入分析、計(jì)算、研究，并對(duì)如何通過(guò)水下平臺(tái)衡重參數(shù)的改變來(lái)提高平臺(tái)系留姿態(tài)穩(wěn)定性作了計(jì)算證明，得出了切實(shí)、可行的方法和結(jié)論。目前，對(duì)水下系留平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算結(jié)果雖然可以滿足工程的要求，但是，其滿足程度也是相對(duì)準(zhǔn)靜定法而言的，其本身也存在一些還沒(méi)有解決的難題，需要作更深入的分析、研究。

參考文獻(xiàn)

［1］湯小霞.波浪作用下錨泊系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的數(shù)值模擬［D］.大連：大連理工大學(xué)，2006.

［2］吳亞軍，雷江濤，王琿.基于遺傳算法的AUV殼體環(huán)肋模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.魚雷技術(shù)，2006（3）.

［3］杜度，張寧，馬騁，等.系泊系統(tǒng)的時(shí)域仿真及其非線性動(dòng)力學(xué)特性分析［J］.船舶力學(xué)，2005（4）.

〔編輯：白潔〕

Stability of Single Point Mooring Underwater Platform

Ding Baojun

Abstract: The single-point mooring system of underwater platform gave way and remains static stability analysis, and thus affects the balance weight parameters discussed tethered to the platform stability. The method used to calculate the static equilibrium analysis of system stability remain underwater platform, a comprehensive understanding of the underwater platform features in terms of movement and mooring forces, thus providing the theoretical basis for decision making underwater platform design and practical use.

Key words: single-point mooring; underwater platform; stability; static analysis

道，且風(fēng)流路線較長(zhǎng)，最大流程可達(dá)11 000 m?；仫L(fēng)巷道長(zhǎng)4 000，且年久失修，通風(fēng)斷面嚴(yán)重不足。3個(gè)回風(fēng)井始終處于高阻運(yùn)行狀態(tài)，特別是西二風(fēng)井，其最大負(fù)壓達(dá)到3 250 Pa。3個(gè)風(fēng)井共服務(wù)6個(gè)采區(qū)，用風(fēng)地點(diǎn)分散，通風(fēng)設(shè)施數(shù)量多，通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，通風(fēng)管理困難。因此，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造是很有必要的。

2通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化、優(yōu)化的依據(jù)和方法

實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的正規(guī)、合理，且實(shí)現(xiàn)主要通風(fēng)機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是搞好礦井通風(fēng)管理和實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)的前提和基礎(chǔ)。

鑒于楊莊煤礦的井巷工程和通風(fēng)設(shè)備已形成定局，本著投資少、效益高的目的，在現(xiàn)有礦井通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化和優(yōu)化成為必然的選擇。具體的簡(jiǎn)化、優(yōu)化技術(shù)路線有以下三條：①需要對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行一個(gè)比較全面的調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容主要包括通風(fēng)系統(tǒng)的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，測(cè)定主要通風(fēng)機(jī)的性能數(shù)值、測(cè)定通風(fēng)阻力數(shù)值、測(cè)定井下風(fēng)量數(shù)值和對(duì)漏風(fēng)原因進(jìn)行分析。②需要對(duì)礦井的通風(fēng)現(xiàn)狀進(jìn)行客觀、科學(xué)的分析，主要包括礦井的核定生產(chǎn)能力，礦井的采掘接替如何安排，礦井的通風(fēng)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)是否合理，主要通風(fēng)巷道的斷面、長(zhǎng)度和支護(hù)形式，最大阻力路線的分布范圍，通風(fēng)系統(tǒng)目前存在的問(wèn)題。③擬出幾個(gè)簡(jiǎn)化、優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的可行性方案，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬對(duì)比，選取最優(yōu)。

3通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化、優(yōu)化的實(shí)踐和效果

3.1通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀測(cè)定和分析

楊莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)屬于多水平、多風(fēng)井的復(fù)雜通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)設(shè)施比較多，全礦通風(fēng)設(shè)施總計(jì)400余道，其中，風(fēng)門共計(jì)160道，擋風(fēng)墻共計(jì)240道。由于該通風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)點(diǎn)較多，因此管理非常困難。

土型風(fēng)井擔(dān)負(fù)著Ⅱ57和Ⅱ65兩個(gè)采區(qū)的通風(fēng)任務(wù)，因資源枯竭，這兩個(gè)采區(qū)都面臨報(bào)廢。Ⅱ57和Ⅱ65采區(qū)報(bào)廢后，將出現(xiàn)通風(fēng)資源浪費(fèi)現(xiàn)象。

東二風(fēng)井分別擔(dān)負(fù)著Ⅱ61，Ⅲ51和Ⅲ63 3個(gè)采區(qū)的通風(fēng)任務(wù)，所需風(fēng)量較大，通風(fēng)比較困難。

西二風(fēng)井只擔(dān)負(fù)著Ⅲ62采區(qū)的通風(fēng)任務(wù)，但該風(fēng)井后期需要擔(dān)負(fù)起Ⅳ2采區(qū)和城下煤柱的通風(fēng)任務(wù)，屆時(shí)將無(wú)法滿足生產(chǎn)所需要的風(fēng)量。

Ⅱ57采區(qū)的人行上山回風(fēng)巷、Ⅲ63采區(qū)的人行上山回風(fēng)巷、611采區(qū)的軌道上山回風(fēng)巷和Ⅲ62采區(qū)的回風(fēng)上山回風(fēng)巷均已出現(xiàn)局部垮落、變形等情況，成為高風(fēng)阻段。

3.2通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化、優(yōu)化的實(shí)施

通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化、優(yōu)化的實(shí)施分為以下幾步：①關(guān)閉、簡(jiǎn)化不必要的生產(chǎn)系統(tǒng)。報(bào)廢Ⅱ65、Ⅱ57兩個(gè)采區(qū)，并拆除封閉，同時(shí)將原有的6個(gè)采區(qū)減少為4個(gè)，5 個(gè)采煤工作面減為4 個(gè)，21個(gè)掘進(jìn)工作面減為17個(gè)，從而實(shí)現(xiàn)“收縮戰(zhàn)場(chǎng)，合理布局”。②擴(kuò)修巷道，疏通網(wǎng)絡(luò)，降低礦井通風(fēng)阻力，保證通風(fēng)系統(tǒng)暢通。新建Ⅲ51采區(qū)輔助進(jìn)風(fēng)巷（220 m），修護(hù)Ⅱ52采區(qū)運(yùn)輸上山回風(fēng)巷（1 100 m），Ⅰ采區(qū)水平東大巷（2 000 m）和Ⅱ57采區(qū)、Ⅲ62采區(qū)、Ⅲ63采區(qū)3個(gè)采區(qū)的回風(fēng)道（5 230 m）。③簡(jiǎn)化礦井的通風(fēng)系統(tǒng)，精簡(jiǎn)礦井的通風(fēng)設(shè)施，從而提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。風(fēng)門從原先的160道減至96道，封閉（擋風(fēng)墻）由原有的240道減至160道。風(fēng)門和封閉總計(jì)減少了144道，與原先相比，減少了36%. ④調(diào)整通風(fēng)負(fù)擔(dān)，合理安排通風(fēng)任務(wù)。Ⅲ63采區(qū)通風(fēng)任務(wù)原先由東二風(fēng)井擔(dān)負(fù)，通過(guò)新建井巷（360 m）和擴(kuò)修巷道（2 000 m），將其調(diào)整為由土型風(fēng)井來(lái)?yè)?dān)負(fù)通風(fēng)任務(wù)，從而解決了東二風(fēng)井通風(fēng)能力較為緊張的問(wèn)題，同時(shí)也解決了土型風(fēng)井通風(fēng)資源嚴(yán)重浪費(fèi)的問(wèn)題。

3.3改造西部通風(fēng)系統(tǒng)

方案一：?jiǎn)⒂迷饕伙L(fēng)井。

方案二：建造新西風(fēng)井，關(guān)閉西二風(fēng)井。新西風(fēng)井回風(fēng)道井巷工程252 m，井筒231 m。

利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，方案一中，風(fēng)機(jī)初選工況點(diǎn)數(shù)值Q為72.5 m/s，H為4 116 Pa，最大通風(fēng)流程為13 554 m；而方案二中，風(fēng)機(jī)初選工況點(diǎn)數(shù)值Q為80. 19 m/s，H為2 601 Pa，最大通風(fēng)流程為11 216 m。

通過(guò)比較經(jīng)濟(jì)技術(shù)可知，方案二的風(fēng)機(jī)初選工況點(diǎn)中Q值大于方案一，H值和最大通風(fēng)流程均小于方案一，因此，方案二通風(fēng)效果比方案一要好，最終選擇方案二，即建造新西風(fēng)井，關(guān)閉西二風(fēng)井。

3.4通風(fēng)系統(tǒng)最終簡(jiǎn)化、優(yōu)化效果

改造前后的效果主要體現(xiàn)在以下幾方面：①改造前，有效風(fēng)量率為87.5%；改造后，有效風(fēng)量率提高至89.7%，漏風(fēng)量明顯的降低。②改造前，土型風(fēng)井的負(fù)壓為2 750 Pa；改造后，土型風(fēng)井的負(fù)壓下降至2 350 Pa，年用電量降低，每年可節(jié)省電費(fèi)支出14. 74萬(wàn)元。③改造后，東二風(fēng)井年用電量降低，每年可節(jié)省電費(fèi)支出17. 51 萬(wàn)元。④經(jīng)過(guò)改造，西部通風(fēng)系統(tǒng)在滿足Ⅲ62采區(qū)通風(fēng)任務(wù)的同時(shí)，還有效擔(dān)負(fù)起Ⅳ2采區(qū)和城下煤柱的通風(fēng)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)資源的優(yōu)化配置。不僅如此，同方案一比較，方案二大大降低了通風(fēng)系統(tǒng)的年用電量，每年節(jié)省電費(fèi)支出66. 93萬(wàn)元。⑤從整體運(yùn)行效果來(lái)看，改造后，整個(gè)礦井的通風(fēng)設(shè)施大為減少，通風(fēng)流程大大縮短，通風(fēng)阻力明顯降低，所有測(cè)定數(shù)據(jù)均達(dá)到了預(yù)期值。由此可見，改造后整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)正規(guī)、合理，而且運(yùn)行可靠、穩(wěn)定、高效、節(jié)能，滿足安全生產(chǎn)的實(shí)際需要。

4總結(jié)和體會(huì)

結(jié)合楊莊煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化和優(yōu)化實(shí)際案例可知，簡(jiǎn)化、優(yōu)化的目的、原則和方法概括起來(lái)就是“收縮戰(zhàn)場(chǎng)、合理布局”。通過(guò)簡(jiǎn)化、優(yōu)化礦井的通風(fēng)系統(tǒng)，大大提升了礦井的防災(zāi)和抗災(zāi)能力，整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)正規(guī)合理、穩(wěn)定可靠，并能將生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)效益這兩者有效地統(tǒng)一起來(lái)。

當(dāng)前，我國(guó)很多老礦存在著同楊莊煤礦一樣的問(wèn)題。另外，一些新礦新設(shè)備和新技術(shù)的運(yùn)用在大大提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也逐漸出現(xiàn)了同楊莊煤礦一樣的問(wèn)題，因此，楊莊煤礦的改造經(jīng)驗(yàn)具有一定的普適性。同時(shí)，分析和總結(jié)楊莊煤礦的礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國(guó)礦井通風(fēng)系統(tǒng)效能的整體提升有著不可或缺的作用。

參考文獻(xiàn)

［1］黃元平.礦井通風(fēng)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社，1986.

［2］吳中立.礦井通風(fēng)與安全［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1989.

［3］俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992.

〔編輯：劉曉芳〕

Analysis and Experience of Yangzhuang Mine Ventilation System Transformation

Li Xiaoxia

Abstract: The complexity of the causes of poor stability and unfavorable factors for mine safety and other aspects of management to bring the mine ventilation system, proposed a“shrink battlefield, rational distribution,”the way to improve the stability of the mine ventilation system , to simplify the mine ventilation system, optimization and management has some practical significance.

Key words: Yangzhuang Mine; ventilation system; stability; transformation