趙各莊礦取消對角通風系統(tǒng)方案可行性分析與實施效果

李明輝 ，李宛鴻 ，尹 瓊，劉 聰

(1. 唐山開灤趙各莊礦業(yè)有限公司，河北 唐山 063101 ；2. 昆明冶金高等專科學校，云南 昆明 650033)

趙各莊礦取消對角通風系統(tǒng)方案可行性分析與實施效果

李明輝1，李宛鴻2，尹 瓊2，劉 聰2

(1. 唐山開灤趙各莊礦業(yè)有限公司，河北 唐山 063101 ；2. 昆明冶金高等?？茖W校，云南 昆明 650033)

為了解決開灤集團有限公司趙各莊煤礦通風系統(tǒng)存在的問題，論文結合該礦實際情況并考慮到下一步方案，提出了取消對角通風、簡化通風系統(tǒng)的優(yōu)化方案，從生產(chǎn)布局、風機運行和風網(wǎng)能力等幾個方面對改造方案進行了可行性分析論證，并利用風丸系統(tǒng)，通過模擬礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化后的風量變化情況，驗證了方案的改進效果，對技術效果和經(jīng)濟效益作了展望。將優(yōu)化方案應用于礦井后，礦井內(nèi)部漏風量減少，使礦井有效風量率得到提高，為礦井的安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。

通風系統(tǒng);對角式通風;系統(tǒng)優(yōu)化;改進效果

0 引言

開灤趙各莊煤礦是一個有著百年開采歷史的老礦，由于諸多原因，礦井形成了中央并列與單翼對角混合抽出式的通風方式，通風系統(tǒng)極為復雜，礦井主通風機長期處于高負壓、高阻力狀態(tài)下運行狀態(tài)，而礦井通風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，它服務于生產(chǎn)系統(tǒng)，同時又制約著生產(chǎn)系統(tǒng)。礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)劣好壞，直接影響著礦井的安全生產(chǎn)、災害防治和經(jīng)濟效益，給火災和瓦斯防治工作帶來諸多不利影響[1-4]。特別是近年來，礦井生產(chǎn)區(qū)域縮減，使原有通風系統(tǒng)的通風能力遠遠超出實際需要，出現(xiàn)了嚴重的“大馬拉小車”現(xiàn)象[5-6]。為科學利用現(xiàn)有通風系統(tǒng)的能力，趙各莊煤礦著手進行通風系統(tǒng)的優(yōu)化改造工作。通過多方論證和綜合技術分析，提出了停止對角通風機運轉、取消對角式通風系統(tǒng)的改造方案[7]，于2016年5月31日方案成功實施。此方案的實施，提高了通風系統(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，達到了預期目的。

1 問題的提出

1.1 礦井開拓、開采概況

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。目前主要開采水平為十二水平、十三水平(-1100m)，開拓水平為十四水平(-1200m)?；夭晒ぷ髅娌捎米呦蜷L壁綜采、綜放、炮采等方法，掘進工作面采用炮掘工藝。

1.2 礦井通風概況

礦井通風采用中央并列與單翼對角混合抽出方式，通風網(wǎng)絡復雜。進風井有主皮帶斜井和1#、2#、3#、4#副立井；回風井有中央系統(tǒng)的038風井和西翼對角系統(tǒng)的白道子風井。038風井安有兩臺K4-73-01N032F離心式風機，配套兩臺1600kW電機，一臺運轉、一臺備用，其排風量在210～250m3/s之間，通風負壓為3450-3700Pa；白道子風井安有一臺2KZ-GN020軸流式通風機，配套電機功率為355kW，其排風量為72～82m3/s，通風負壓為3050～3500Pa，另有一臺FBCDZ-N021對旋備用風機，配套電機功率為2×250kW，排風量為62～78m3/s，通風負壓為3200～3500Pa。其中根據(jù)通風阻力測定結果整理得出趙各莊礦通風阻力分布表見下表1。

表1 趙各莊礦井通風阻力分布表

目前，礦井生產(chǎn)區(qū)域集中在井田13水平東翼2-3石門區(qū)域、西翼6-8石門區(qū)域、12水平西翼5-6石門區(qū)域 及14水平1石門區(qū)域。其中：對角白道子通風系統(tǒng)負擔13水平西翼6-8石門區(qū)域， 其它區(qū)域由中央038系統(tǒng)全部負擔。礦井通風系統(tǒng)簡圖如圖1所示。由于趙各莊礦過于復雜，本文簡化趙各莊系統(tǒng)，將各個系統(tǒng)簡化，畫出趙各莊礦改造前的通風網(wǎng)絡圖，如圖2所示。

圖1 通風系統(tǒng)簡圖

圖2 改造前的通風網(wǎng)絡圖

1.3 方案提出

對角系統(tǒng)白道子風井由于受小煤窯開采和其它因素的影響，礦井外部漏風較為嚴重，該系統(tǒng)主要線路上新735風眼的回風量僅為40.62m3/s(白道子井底風量)，而白道子回風井口總回風量為59.07m3/s，兩者相差18.45m3/s，外部漏風率高達31.23%，遠超過《煤礦安全規(guī)程》關于礦井外部漏風在無提升設備時不得超過5%的規(guī)定，通風效率極低。根據(jù)實測和實地考察，白道子通風系統(tǒng)作用在生產(chǎn)區(qū)域的風量僅為7.64m3/s，與白道子風井相連的0635風眼及白道子風井井筒由于年久失修，一直無法行人。由此，該系統(tǒng)既不能進行有效的通風，也起不到安全出口的作用。綜上所述，提出了停止白道子風井主要通風機運轉，取消對角白道子通風系統(tǒng)的方案。優(yōu)化改造后的通風網(wǎng)絡圖，如圖4所示。

圖3 改造后通風系統(tǒng)簡圖

圖4 改造后通風系統(tǒng)網(wǎng)絡圖

2 方案可行性分析

白道子風井現(xiàn)階段主要服務于13西6石門、13西8石門兩個區(qū)域，兩個區(qū)域生產(chǎn)能力在全礦所占比重較小。停止白道子風機運轉，對兩個區(qū)域雖有一定影響，但利用中央通風系統(tǒng)，通過采取拆除設施、大巷改回風、清修進風及回風系統(tǒng)巷道風眼等措施，能夠滿足生產(chǎn)需求。

2.1 生產(chǎn)布局及風量情況

現(xiàn)階段主要生產(chǎn)區(qū)域及各區(qū)域配風量情況如下表2。

表2 主要生產(chǎn)區(qū)域配風量

根據(jù)礦井生產(chǎn)銜接計劃，接下來3年主要生產(chǎn)區(qū)域為12西6石門區(qū)域(2697)、13東3石門區(qū)域(3392)，14西1石門區(qū)域(4137、4197、4177)、12西5石門區(qū)域(2537)、13西3石門區(qū)域(3397)、13西6石門區(qū)域(3697)、13西8石門區(qū)域(3837、3897)。

2.2 方案實施效果的計算機模擬

運用風丸通風網(wǎng)絡解算軟件，進行風網(wǎng)解算。為了保證計算機模擬數(shù)據(jù)結果的準確性，將對角系統(tǒng)區(qū)域風量進行了詳細測定，重新調(diào)整了計算機模擬網(wǎng)絡，將試驗和實測數(shù)據(jù)逐一校核，提高了模擬結果的精度。模擬結果見表3。

表3 實施方案計算機模擬結果

2.3 方案實施后受影響區(qū)域分析及應對措施

2.3.1 受影響區(qū)域分析

根據(jù)模擬結果看，除了西翼主要回風眼的風量減少較大外，主要生產(chǎn)區(qū)域風量減少甚微，能夠滿足當前的生產(chǎn)通風要求。根據(jù)礦井的生產(chǎn)銜接計劃，下一步13西6石門區(qū)域、13西8石門區(qū)域存在一個工作面回采的同時，還要掘進另一個工作面，兩個工作面同時存在，其風量不能滿足生產(chǎn)要求。另外，14水平投入生產(chǎn)后，14西3-5石門區(qū)域也會受到一定影響。

2.3.2 應對措施

(1)在735風眼下口構筑擋風墻，將白道子風井進風閘板關閉并砌筑永久密閉。(2)將13西6石門及13西8石門區(qū)域回風系統(tǒng)內(nèi)的通風設施拆除。(3)將285風眼下口附近的風道、285風眼上口至185風眼下口之間的橫管、10西5石門以西的大巷進行清擴維修，保證不低于7的有效通風斷面。(4)將12西7石門以里的大巷改為回風道。從計算機模擬數(shù)據(jù)分析采取上述措施后， 13西6石門及8石門區(qū)域的風量有所增加可以保證13西6石門區(qū)域布置一個回采工作面(地溝)，13西8石門區(qū)域布置一個回采(地溝)和一個掘進工作面通風要求。

根據(jù)生產(chǎn)銜接計劃，14西3-5石門區(qū)域投入生產(chǎn)時，13西6石門及8石門區(qū)域已回采完畢。在取消以上兩個區(qū)域的情況下，經(jīng)過風量調(diào)配，負責該區(qū)域的345風眼風量可達32.07m3/s，可以安排一個回采工作面和兩個掘進工作面，能夠保證生產(chǎn)銜接。

2.4 方案實施后礦井通風能力驗證

2.4.1 主要通風機通風能力驗證

目前038風井風機工作負壓h=3300Pa，排風量16008m3/min；依照通風能力核定標準，礦井年生產(chǎn)能力為192.25萬t/a。按此時需要的風量對照主要通風機特性曲線進行驗證，主要通風機實際運行工況點處于安全、穩(wěn)定、可靠、合理的范圍內(nèi)[8]。礦井主要通風機性能曲線，見圖5。

2.4.2 通風網(wǎng)絡能力驗證

根據(jù)礦井通風阻力測定的結果，新中央038系統(tǒng)的通風阻力3250Pa，對礦井通風網(wǎng)絡進行驗證，礦井通風阻力與主要通風機性能相匹配，能滿足安全生產(chǎn)實際需要。礦井通風網(wǎng)絡符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，采掘工作面通風系統(tǒng)完善、合理，不存在違反規(guī)定的串聯(lián)通風、擴散通風和采空區(qū)通風等地點。

圖5 K4-73-01No.32F風機特性曲線圖

3 方案實施及效果

3.1 方案實施情況

首先，停止白道子風井主要通風機運轉，風井閘板關閉，735風眼構建擋風墻后，白道子風井進風量(漏風量)為6.12m3/s。礦井的總回風量由309.59m3/s，降低到268.82m3/s，但038風井排風量增加27.78m3/s，礦井負壓降低150Pa。13西8石門采區(qū)的總回風量降低了1.36m3/s，經(jīng)放大控制風量的設施調(diào)節(jié)口后風量為12.68m3/s，能夠滿足生產(chǎn)用風；13西6石門采區(qū)總回風量降低了1.50m3/s，經(jīng)放大控制風量的設施調(diào)節(jié)口后風量為8.96m3/s，能夠滿足生產(chǎn)用風；11西7石門采區(qū)總回風量降低了1.50m3/s，經(jīng)放大控制風量的設施調(diào)節(jié)口后風量為11.70m3/s，能夠滿足生產(chǎn)用風；11西5石門采區(qū)總回風量降低了4.00m3/s，經(jīng)放大控制風量的設施調(diào)節(jié)口后風量為20.01m3/s，能夠滿足生產(chǎn)用風；東翼總進風量減少了2m3/s，整個東翼幾乎沒有影響。

3.2 方案實施后礦井通風系統(tǒng)及通風方式

礦井通風改變成中央并列抽出式。四個副立井(1-4號井)、一個主皮帶斜井(406斜井)聯(lián)合進風，回風井為中央038風井。中央038風井兩臺K4-73-01No.32F離心式風機，一臺使用一臺備用。風機排風量在210-280m3/s之間，通風負壓3150～3700Pa。2016年6月038系統(tǒng)進風量15321.6m3/min， 038風井排風量16128.00 m3/min，通風負壓3300Pa，礦井總等積孔為5.57m2，屬通風容易礦井。

3.3 方案實施效果分析

3.3.1 安全生產(chǎn)方面

(1)038風井主要通風機排風量較改造前增加27.78m3/s，礦井負壓降低150Pa，礦井內(nèi)部漏風量減少，使礦井有效風量率得到提高。

(2)將6西大巷、735風眼及白道子風井井筒封閉，減少了漏風通路，消除了西翼小煤窯對礦井安全生產(chǎn)的影響。

(3)消除了東、西翼兩個通風系統(tǒng)之間的互相干擾，減少了角聯(lián)巷道，礦井通風系統(tǒng)變得相對簡單，提高了礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，礦井的抗災變能力得到提升。

3.3.2 經(jīng)濟效益方面

白道子風井的風機停止運轉，每年可節(jié)約運行電費約139萬元，節(jié)省人力工資45萬元(白道子風機房看守人員按照每天三班進行看守，需要看守人員15人，按照每人年工資3萬元計算)，節(jié)省巷道維修資金約5萬元，再考慮對白道子通風系統(tǒng)的檢查、維護等減少的費用，新方案實施后可節(jié)約資金約200萬元/年。

4 結論

本文首先對趙各莊煤礦的通風現(xiàn)狀進行研究，分析得出趙各莊煤礦在通風系統(tǒng)上存在的問題和不足，提出了取消對角通風系統(tǒng)的方案，通過計算機模擬和現(xiàn)場試驗，結合礦井生產(chǎn)銜接分析，對該方案的可行性進行了研究。得出趙各莊礦白道子風井通風系統(tǒng)的存在對礦井的生產(chǎn)作用不大，兩個通風系統(tǒng)存在相互制約問題，使得礦井通風阻力大、有效風量率低、穩(wěn)定性差，受小煤窯的影響礦井抗災能力低。最后進行了實施改造驗證，改造后通風系統(tǒng)大大簡化，通風管理簡單易行，運行成本大幅降低，抗災能力顯著增強?？梢姡敬瓮L系統(tǒng)的優(yōu)化改造，技術可行，安全可靠，經(jīng)濟合理，達到了預期效果，有效提升了礦井通風系統(tǒng)的通風能力，提高了設備和系統(tǒng)運行效率。

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The feasibility analysis and implementation effect of the diagonalventilation system plan in Zhaogezhuang coal mine

LI Ming-hui1， LI Wan-hong2， Yin Qiong2，Liu Cong2

(1.ZhaogezhuangCoalMine,KaiLuanGroupCompanyLimited，Tangshan，063101，China； 2.KunmingMetallurgyCollege，Kunming，650033，China)

To analyze the existing problems of ventilation system in Zhaogezhuang coal mine of KaiLuan Group Company Limited，combined with the actual situation and the next program，this paper puts forward the optimization plan which cancel diagonal ventilation and simplify ventilation system. It analyzes and demonstrates the feasible of optimization plan from several aspects which are location of production，fan running and ventilation capacity. Relied on the computer simulation system，through simulating the change of air volume in the mine ventilation system，it shows the modification effect of plan by simulation，looks ahead the technical effect and economic performance. After optimization scheme was applied to the mine，mine internal leakage air volume decreases,the mine air flow rate was improved effectively，which provides the reliable guarantee for safety production of mine。

ventilation system ；diagonal ventilation；system optimization；modification effect

2016-11-26

李明輝(1968-)，男，河北遷安人，大學畢業(yè)，工程師，開灤礦業(yè)集團趙各莊礦業(yè)有限公司安全副總工程師，從事安全技術與工程方面的管理和研究工作。E-mail：waliminghui@163.com

TD724

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1672-7169(2017)01-0021-07