開灤趙各莊煤礦通風系統(tǒng)優(yōu)化改造

劉新蕾+沈斌+秦憲禮

摘要：針對趙各莊煤礦通風系統(tǒng)復雜老化、外部漏風嚴重、兩臺主要通風機能力不平衡等現(xiàn)狀，實際測定了礦井的通風阻力分布，查明了影響礦井風量分配的主要因素，提出了兩種通風系統(tǒng)改造方案，并對擬采用方案實施后的效果進行了預測分析。

關鍵詞：煤礦 通風系統(tǒng) 阻力測定 網(wǎng)絡解算

1 礦井基本情況

唐山開灤趙各莊煤礦位于河北省唐山市古冶區(qū)，始建于1906年，1910年1月正式投產(chǎn)。礦井設計能力230萬t，2009年復核生產(chǎn)能力為200萬t/a。礦井采用主皮帶斜井、副立井階段石門開拓方式布置，階段垂高90-100m。目前開采水平為十二水平（-1002m）和十三水平（-1100m），十四水平系統(tǒng)基本形成?；夭晒ぷ髅娌捎米呦蜷L壁綜采、綜放、炮采、地溝等方法，掘進工作面采用機掘、炮掘工藝。礦井瓦斯等級為煤與瓦斯突出礦井，其中第九煤層為突出煤層。

礦井通風采用中央并列與單翼對角混合抽出式。四個副立井（1-4號井）、一個主皮帶斜井（406斜井）聯(lián)合進風，回風井有中央038風井、對角白道子風井。中央038風井安裝兩臺離心式風機，型號均為K4-73-01№32F，裝機容量均為1600kw，一臺使用一臺備用；對角白道子風井安有兩臺軸流式風機，型號分別為2KZ-G№20和FBCDZ-№21，電機容量分別為355kw和2×250kw，一臺使用一臺備用。該礦井總進風量為270.9m3/s，礦井總排風量299.14m3/s，038風井水柱計示值3530Pa，白道子風井水柱計示值3210Pa。

為徹底掌握當前礦井通風系統(tǒng)中阻力分布情況，提供實際井巷風阻值，全面分析礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀及其安全性和可靠性，提出切實可行的改進意見，使通風系統(tǒng)更為經(jīng)濟合理，趙各莊礦與黑龍江科技大學合作對該礦通風系統(tǒng)進行了阻力測定，阻力測定方法采用氣壓計基點法[1]。

2 阻力測定與通風系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

測定人員經(jīng)過近一個月時間的地面準備與井下實測，共測得相對壓力、風速、斷面積、大氣壓力、溫度與濕度及基點參數(shù)等有關技術(shù)參數(shù)約2500個，查得各測點標高等數(shù)據(jù)100多個，并對井下風門、密閉等通風設施和較大漏風通道進行了勘察，獲得了較詳細的第一手資料，為通風網(wǎng)絡解算和通風系統(tǒng)分析打下了良好基礎。

根據(jù)通風阻力測定結(jié)果進行計算機網(wǎng)絡解算[2]，根據(jù)解算結(jié)果整理得出趙各莊礦通風阻力分布表見表1。

從解算結(jié)果中可以看出：①038風井礦井通風系統(tǒng)的計算風阻為0.067423NS2/m8，通風阻力為3797.2Pa，其中進風段阻力為1443.3Pa，占總阻力的38.0%，用風段阻力為766.6Pa，占總阻力的20.2%，回風段的阻力為1587.3Pa，占總阻力的41.8%。

②白道子風井礦井通風系統(tǒng)的計算風阻為0.656481NS2/m8，通風阻力為3423.9Pa，其中進風段阻力為1443.3Pa，占總阻力的42.2%，用風段阻力為820.4Pa，占總阻力的23.9%，回風段的阻力為1160.2Pa，占總阻力的33.9%。

實測038風井礦井通風阻力為3797.2Pa，白道子風井礦井通風阻力為3423.9Pa，說明礦井通風阻力較大。從礦井三段的阻力分布來看，各風井三段阻力分布所占的比重較合理，但趙各莊礦在進、用、回風段的通風阻力都較高，阻力大的原因分別為進風段“路線長、設備多、風量集中”；回風段“路線長、回風巷局部有效通風斷面小，風速高”；用風段“3639西采面通風巷道斷面小配風困難，十二、十三水平的所有其它用風地點的回風都增加了調(diào)節(jié)，以及十三西大巷有效斷面小、風量大”。

礦井兩個回風井的主要通風機能力相差較大，其工作方式為對角并聯(lián)聯(lián)合運轉(zhuǎn)，由于公共段的通風阻力較大，約占礦井通風總阻力的40%，易導致礦井通風系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3 通風系統(tǒng)改造方案

由于開采水平深，通風路線長，系統(tǒng)復雜，傳統(tǒng)井下巷道降阻改造效果不明顯[3]，同時考慮因風機能力相差大和公共段阻力占比大造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定問題，提出了下述兩個改造方案。

3.1 方案Ⅰ在進風側(cè)新建進風立井——將1013暗井延至地表

本改造方案是在現(xiàn)有通風系統(tǒng)的基礎上，將1013暗井延至地表，并保持礦井總進風量不變。1013暗井延至

地表段巷道長度約為860m，該井筒直徑取φ=5m，其巷道

凈斷面按19.6m2計算，井巷的摩擦阻力系數(shù)取0.00372Ns2/m4，則該段巷道的風阻值為0.006788NS2/m8。

根據(jù)現(xiàn)通風系統(tǒng)圖、通風系統(tǒng)調(diào)整改造工程，并保持礦井總風量不變的條件下，依據(jù)比例定律，對白道子風井風機調(diào)角和對038風井調(diào)速改造，轉(zhuǎn)速由498r/min調(diào)為431r/min，白道子風井風機調(diào)角改造，使一、二級葉片安裝角度分別調(diào)小3°，其模擬解算結(jié)果如表2所示：

表2 方案Ⅰ模擬結(jié)果

3.2 方案Ⅱ新建回風立井，并取消白道子風井

本改造方案是保持礦井現(xiàn)總進風量不變，去掉白道子風井，由地表新建一回風立井至十二水平，將七水平西大巷14-15分支的風門取消，礦井回風由038風井和新建風井共同負擔。新建回風立井的長度1040m，該井筒直徑取φ=5m，其巷道斷面按19.6m2計算，井巷的摩擦阻力系數(shù)取0.00372Ns2/m4，則該段巷道的風阻值為0.008221NS2/m8，七水平西大巷14-15分支的風阻為0.09352NS2/m8，斷面面積為7.5m2。

根據(jù)現(xiàn)通風系統(tǒng)圖、通風系統(tǒng)調(diào)整改造工程，依據(jù)比例定律，通過對038風井風機進行調(diào)速改造，轉(zhuǎn)速由498r/min調(diào)為431r/min，結(jié)合新建風井（建議新建風井的風機選用BD№24風機，葉片角度42°/39°，轉(zhuǎn)速n=740r/min），其模擬解算結(jié)果如表3所示：endprint

表3 方案Ⅱ模擬結(jié)果

4 通風系統(tǒng)改造效果分析

如果按方案Ⅰ，在保持礦井總回風量不變的條件下，將1013暗井延至地表改造后，根據(jù)解算結(jié)果可知，礦井總風量和礦井主要用風地點的配風量與現(xiàn)狀相比較基本不變，038風井風壓為2517.0Pa，計算風阻為0.049719NS2/m8，等積孔為5.34m2；白道子風井風壓為2380.6Pa，計算風阻為0.490171NS2/m8，等積孔為1.70m2。

此方案需要改造經(jīng)費預算為860萬元，按此方案改造后，038風井風壓下降了897.2Pa，計算風阻減少了0.017704NS2/m8，等積孔增加了0.75m2；白道子風井風壓下降了796.8Pa，計算風阻減少了0.16631NS2/m8，等積孔增加了0.45m2。038風井主要通風機的輸出功率為566.3kW，主要通風機電動機的輸入功率為1068.5kW，主要通風機電動機的輸入功率下降了381.2kW，年節(jié)約電能3339312kW.h/a，年節(jié)約電費約200.4萬元；白道子風井主要通風機的輸出功率為165.9kW，主要通風機電動機的輸入功率為223.0kW，主要通風機電動機的輸入功率下降了67.1kW，年節(jié)約電能587884kW.h/a，年節(jié)約電費約35.3萬元。兩風井年節(jié)約電費合計235.7萬元。

如果按方案Ⅱ，在保持礦井總回風量不變，通過038風井風機風量為171.81m3/s，新建風井的風量為97.72m3/s的條件下，按此方案改造后，根據(jù)解算結(jié)果可知，礦井主要用風地點的配風量與現(xiàn)狀相比較基本不變，038風井風壓為2802.7Pa，計算風阻為0.094946NS2/m8，等積孔為3.86m2；新建風井風壓為2419.6Pa，計算風阻為0.253362NS2/m8，等積孔為2.36m2。

此方案需要改造經(jīng)費預算為1040萬元，按此方案改造后，礦井總風量和主要用風地點的配風量與現(xiàn)狀相比較基本不變，038風井主要通風機的輸出功率為481.5kW，主要通風機電動機的輸入功率為908.6kW；新建風井主要通風機的輸出功率為236.4kW，主要通風機電動機的輸入功率為337.8kW（新建風井安裝的風機的效率包括電動機效率按70%計算），兩風井主要通風機電動機的輸入功率合計為1246.4kW，與現(xiàn)狀比較，輸入功率減少了500.3kW，年節(jié)約電能4382891kW.h/a，年節(jié)約電費約263.0萬元。

5 總結(jié)

通過阻力測定與風網(wǎng)解算發(fā)現(xiàn)當前礦井通風系統(tǒng)存在阻力大、風流利用率低及高阻地段多的問題，提出了兩種改造方案，分別在進風側(cè)和回風側(cè)新建立井，從總體上對通風系統(tǒng)進行改造，從模擬結(jié)算結(jié)果分析可知，兩種方案均能大幅降低通風阻力，但對比改造成本和后期系統(tǒng)的穩(wěn)定性，建議采用第1種方案進行改造，以提高通風系統(tǒng)的可靠性，增加有效風量，減少漏風，降低礦井通風電耗，減少噸煤通風成本。

參考文獻：

[1]陳峰真.四方臺礦通風系統(tǒng)分析與優(yōu)化改造研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學，2008.

[2] 程磊，楊運良.礦井通風系統(tǒng)評價指標體系的研究[J].中國安全科學學報，2005（3）：91-94.

[3]林曉飛，曹慶貴等.礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)研究[J].安全與環(huán)境學報，2006（6）：79-80.

基金項目：

黑龍江省教育廳科學技術(shù)研究項目（12513079）。

作者簡介：

劉新蕾（1983-），女，吉林九臺人，助教，2010年畢業(yè)于黑龍江科技學院安全技術(shù)及工程專業(yè)，主要從事礦山安全技術(shù)及工程的教學和科研工作。endprint

表3 方案Ⅱ模擬結(jié)果

4 通風系統(tǒng)改造效果分析

如果按方案Ⅰ，在保持礦井總回風量不變的條件下，將1013暗井延至地表改造后，根據(jù)解算結(jié)果可知，礦井總風量和礦井主要用風地點的配風量與現(xiàn)狀相比較基本不變，038風井風壓為2517.0Pa，計算風阻為0.049719NS2/m8，等積孔為5.34m2；白道子風井風壓為2380.6Pa，計算風阻為0.490171NS2/m8，等積孔為1.70m2。

此方案需要改造經(jīng)費預算為860萬元，按此方案改造后，038風井風壓下降了897.2Pa，計算風阻減少了0.017704NS2/m8，等積孔增加了0.75m2；白道子風井風壓下降了796.8Pa，計算風阻減少了0.16631NS2/m8，等積孔增加了0.45m2。038風井主要通風機的輸出功率為566.3kW，主要通風機電動機的輸入功率為1068.5kW，主要通風機電動機的輸入功率下降了381.2kW，年節(jié)約電能3339312kW.h/a，年節(jié)約電費約200.4萬元；白道子風井主要通風機的輸出功率為165.9kW，主要通風機電動機的輸入功率為223.0kW，主要通風機電動機的輸入功率下降了67.1kW，年節(jié)約電能587884kW.h/a，年節(jié)約電費約35.3萬元。兩風井年節(jié)約電費合計235.7萬元。

如果按方案Ⅱ，在保持礦井總回風量不變，通過038風井風機風量為171.81m3/s，新建風井的風量為97.72m3/s的條件下，按此方案改造后，根據(jù)解算結(jié)果可知，礦井主要用風地點的配風量與現(xiàn)狀相比較基本不變，038風井風壓為2802.7Pa，計算風阻為0.094946NS2/m8，等積孔為3.86m2；新建風井風壓為2419.6Pa，計算風阻為0.253362NS2/m8，等積孔為2.36m2。

此方案需要改造經(jīng)費預算為1040萬元，按此方案改造后，礦井總風量和主要用風地點的配風量與現(xiàn)狀相比較基本不變，038風井主要通風機的輸出功率為481.5kW，主要通風機電動機的輸入功率為908.6kW；新建風井主要通風機的輸出功率為236.4kW，主要通風機電動機的輸入功率為337.8kW（新建風井安裝的風機的效率包括電動機效率按70%計算），兩風井主要通風機電動機的輸入功率合計為1246.4kW，與現(xiàn)狀比較，輸入功率減少了500.3kW，年節(jié)約電能4382891kW.h/a，年節(jié)約電費約263.0萬元。

5 總結(jié)

通過阻力測定與風網(wǎng)解算發(fā)現(xiàn)當前礦井通風系統(tǒng)存在阻力大、風流利用率低及高阻地段多的問題，提出了兩種改造方案，分別在進風側(cè)和回風側(cè)新建立井，從總體上對通風系統(tǒng)進行改造，從模擬結(jié)算結(jié)果分析可知，兩種方案均能大幅降低通風阻力，但對比改造成本和后期系統(tǒng)的穩(wěn)定性，建議采用第1種方案進行改造，以提高通風系統(tǒng)的可靠性，增加有效風量，減少漏風，降低礦井通風電耗，減少噸煤通風成本。

參考文獻：

[1]陳峰真.四方臺礦通風系統(tǒng)分析與優(yōu)化改造研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學，2008.

[2] 程磊，楊運良.礦井通風系統(tǒng)評價指標體系的研究[J].中國安全科學學報，2005（3）：91-94.

[3]林曉飛，曹慶貴等.礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)研究[J].安全與環(huán)境學報，2006（6）：79-80.

基金項目：

黑龍江省教育廳科學技術(shù)研究項目（12513079）。

作者簡介：

劉新蕾（1983-），女，吉林九臺人，助教，2010年畢業(yè)于黑龍江科技學院安全技術(shù)及工程專業(yè)，主要從事礦山安全技術(shù)及工程的教學和科研工作。endprint

表3 方案Ⅱ模擬結(jié)果

4 通風系統(tǒng)改造效果分析

如果按方案Ⅰ，在保持礦井總回風量不變的條件下，將1013暗井延至地表改造后，根據(jù)解算結(jié)果可知，礦井總風量和礦井主要用風地點的配風量與現(xiàn)狀相比較基本不變，038風井風壓為2517.0Pa，計算風阻為0.049719NS2/m8，等積孔為5.34m2；白道子風井風壓為2380.6Pa，計算風阻為0.490171NS2/m8，等積孔為1.70m2。

此方案需要改造經(jīng)費預算為860萬元，按此方案改造后，038風井風壓下降了897.2Pa，計算風阻減少了0.017704NS2/m8，等積孔增加了0.75m2；白道子風井風壓下降了796.8Pa，計算風阻減少了0.16631NS2/m8，等積孔增加了0.45m2。038風井主要通風機的輸出功率為566.3kW，主要通風機電動機的輸入功率為1068.5kW，主要通風機電動機的輸入功率下降了381.2kW，年節(jié)約電能3339312kW.h/a，年節(jié)約電費約200.4萬元；白道子風井主要通風機的輸出功率為165.9kW，主要通風機電動機的輸入功率為223.0kW，主要通風機電動機的輸入功率下降了67.1kW，年節(jié)約電能587884kW.h/a，年節(jié)約電費約35.3萬元。兩風井年節(jié)約電費合計235.7萬元。

如果按方案Ⅱ，在保持礦井總回風量不變，通過038風井風機風量為171.81m3/s，新建風井的風量為97.72m3/s的條件下，按此方案改造后，根據(jù)解算結(jié)果可知，礦井主要用風地點的配風量與現(xiàn)狀相比較基本不變，038風井風壓為2802.7Pa，計算風阻為0.094946NS2/m8，等積孔為3.86m2；新建風井風壓為2419.6Pa，計算風阻為0.253362NS2/m8，等積孔為2.36m2。

此方案需要改造經(jīng)費預算為1040萬元，按此方案改造后，礦井總風量和主要用風地點的配風量與現(xiàn)狀相比較基本不變，038風井主要通風機的輸出功率為481.5kW，主要通風機電動機的輸入功率為908.6kW；新建風井主要通風機的輸出功率為236.4kW，主要通風機電動機的輸入功率為337.8kW（新建風井安裝的風機的效率包括電動機效率按70%計算），兩風井主要通風機電動機的輸入功率合計為1246.4kW，與現(xiàn)狀比較，輸入功率減少了500.3kW，年節(jié)約電能4382891kW.h/a，年節(jié)約電費約263.0萬元。

5 總結(jié)

通過阻力測定與風網(wǎng)解算發(fā)現(xiàn)當前礦井通風系統(tǒng)存在阻力大、風流利用率低及高阻地段多的問題，提出了兩種改造方案，分別在進風側(cè)和回風側(cè)新建立井，從總體上對通風系統(tǒng)進行改造，從模擬結(jié)算結(jié)果分析可知，兩種方案均能大幅降低通風阻力，但對比改造成本和后期系統(tǒng)的穩(wěn)定性，建議采用第1種方案進行改造，以提高通風系統(tǒng)的可靠性，增加有效風量，減少漏風，降低礦井通風電耗，減少噸煤通風成本。

參考文獻：

[1]陳峰真.四方臺礦通風系統(tǒng)分析與優(yōu)化改造研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學，2008.

[2] 程磊，楊運良.礦井通風系統(tǒng)評價指標體系的研究[J].中國安全科學學報，2005（3）：91-94.

[3]林曉飛，曹慶貴等.礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)研究[J].安全與環(huán)境學報，2006（6）：79-80.

基金項目：

黑龍江省教育廳科學技術(shù)研究項目（12513079）。

作者簡介：

劉新蕾（1983-），女，吉林九臺人，助教，2010年畢業(yè)于黑龍江科技學院安全技術(shù)及工程專業(yè)，主要從事礦山安全技術(shù)及工程的教學和科研工作。endprint