高阻、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜礦井通風網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)研究與實踐

劉尊杰

摘 要：本文針對白莊煤礦較高的礦井通風阻力和復(fù)雜的通風網(wǎng)絡(luò)這一制約礦井安全生產(chǎn)和企業(yè)發(fā)展的重大通風安全隱患，通過通風網(wǎng)絡(luò)解算，優(yōu)化礦井通風方案設(shè)計，確定了通風系統(tǒng)改造的最佳方案。通過更換風機、擴修風道、施工并聯(lián)回風井、調(diào)整通風系統(tǒng)等方法，大幅度降低了通風阻力，提高了礦井通風能力，滿足了不同時期礦井通風需要，有效地解決了制約礦井安全生產(chǎn)的重大問題。

關(guān)鍵詞：高阻;網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.060

1 礦井基本情況和通風現(xiàn)狀

白莊煤礦位于肥城煤田中西部，礦井現(xiàn)有三個生產(chǎn)水平：-150m水平、-250m水平和-430m水平。礦井通風系統(tǒng)為中央分列抽出式，有-150南風井和-250北風井兩個風井，兩個通風系統(tǒng)相對獨立。-150南風井設(shè)兩臺BD-Ⅱ-8NO24型軸流式主通風機，擔負-150m水平和-250m水平3900采區(qū)通風，總排風量為5700m3/min，通風機負壓為2750Pa。-250北風井設(shè)兩臺G4-73-12NO25D型離心式通風機，擔負-250m水平3300、3700采區(qū)和-430m水平通風，總排風量5600m3/min，通風機負壓為3750Pa。

2 問題提出

通過分析，白莊煤礦通風系統(tǒng)存在以下突出問題：

（1）礦井通風能力緊張。通過對今后2～5年礦井采場接續(xù)分析，-150南風井需擔負-150m水平、3900采區(qū)和-430m水平的通風，預(yù)計需要風量為7500m3/min，現(xiàn)有主通風設(shè)備和通風網(wǎng)絡(luò)無法滿足要求。-250北風井擔負-250m水平3100、3300、3500和3700采區(qū)通風，預(yù)計需要風量為4500m3/min。

（2）-150南風井通風壓力為2750Pa，-250北風井通風阻力為3750Pa，不符合國家安全生產(chǎn)行業(yè)標準（AQ1028—2006）要求。

（3）礦井主通風設(shè)備不能滿足通風的需要。-150南風井主通風機已不能滿足需要，-250北風井主通風機設(shè)備老化，風機振動超標，運行不穩(wěn)定，存在安全隱患。

（4）隨著礦井由上組煤逐步轉(zhuǎn)向深水平下組煤生產(chǎn)，需及時調(diào)整通風負荷。

3 礦井通風改造方案的分析確定、效果預(yù)測和實施

3.1 礦井通風改造方案的分析與確定

3.1.1 -150南風井通風改造方案的分析與確定

-150南風井通風系統(tǒng)回風段通風阻力為1796Pa，占-150南風井系統(tǒng)阻力的65%，主要是因為回風段為支護架棚，巷道斷面小，通風阻力大，其中南風井的井筒阻力達到712Pa，占-150南風井系統(tǒng)阻力的25.8%。根據(jù)采場接續(xù)的通風需要，決定由-150南風井擔負-150m水平、3900采區(qū)和-430m水平的通風，預(yù)計需要風量為7500m3/min，現(xiàn)有通風機已不能滿足需要。因此，為提高-150南風井的通風能力提出兩個方案。

方案一：更換-150南風井主通風機。選用FBCDZ№28型軸流式通風機;對阻力較大的回風塊段實施降阻：施工-150南風井并聯(lián)回風井，井筒直徑4.0m，長度153.6米;施工-250并聯(lián)進風巷，斷面13.0m2，長度180米;施工-150m水平東翼回風巷，斷面10m2，長度200米，并擴修-150m水平東翼3100軌道、皮帶回風上山，共同組成-150東翼并聯(lián)回風巷，與3200回風山上形成并聯(lián)回風;施工-430并聯(lián)回風巷，斷面8.6m2，長度600m。

方案二：將-150老副井改造為并聯(lián)回風井，重新安設(shè)主通風設(shè)備。

通過方案分析比較，確定采用方案一。

3.1.2 -250北風井通風改造方案的分析與確定

-250北風井主通風機機殼、機體銹蝕嚴重，振動為4.9mm/s，超過標準值，設(shè)備運行存在重大安全隱患。造成-250北風井通風阻力較大的原因：一是與-150南風井通風系統(tǒng)的共用進風段的通風阻力較大;二是通風流程長，達到8500m，尤其是3300、3700采區(qū)流程長達2000米，且局部回風巷道受礦壓影響，局部通風斷面僅3.5m2，通風阻力大，需要在上部采掘地點人為加阻控制風量。

通過分析，確定改造方案：（1）擴修3300、3700采區(qū)的回風巷，將小于5m2的巷道全部擴修到不低于5m2;（2）調(diào)整-250北風井網(wǎng)絡(luò)負荷，將-430m水平通風改由-150南風井負擔后，-250北風井系統(tǒng)的需風量降至4500m3/min，通過減少主通風機排風量達到降低通風阻力的目的;（3）更換主通風機，將南風井替換下來的BD-Ⅱ-8NO24型軸流式通風機安裝至北風井。

3.2 礦井通風改造方案和效果預(yù)測

3.2.1 礦井通風改造方案

通過對礦井通風阻力的分析，確定了礦井通風系統(tǒng)7種提改造方案：（1）現(xiàn)有通風系統(tǒng);（2）-150南風井并聯(lián)直徑4m的回風井后;（3）-150m水平風量控制在600m3/min后（其他通風系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不變）;（4）-150m水平風量控制在600m3/min后，-430m水平通風改由-150南風井擔負;（5）-150m水平風量控制在600m3/min后，-430m水平和3900采區(qū)取消人為增阻;（6）-150南風井通風系統(tǒng)在-150東翼并聯(lián)回風巷投入使用，并更換主通風設(shè)備后;（7）-430m水平西翼通風由-250北風井擔負。

3.2.2 礦井通風改造方案

為預(yù)測通風系統(tǒng)改造方案實施后的效果，對以上7種調(diào)整方案進行了網(wǎng)絡(luò)模擬解算，通過解算結(jié)果得出：

（1）150南風井并聯(lián)直徑4米的回風井筒后，井筒段阻力由原來的712Pa降為195Pa，阻力下降520Pa，主要風機排風量可達6720m3/min，負壓2793Pa左右，而-250北風井通風機風量5760m3/min，負壓3798Pa，變化不大。此種情況下，-150南風井可為原-250北風井服務(wù)的用風地點提供780m3/min風量，通過調(diào)整通風網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)-250北風井主通風機前導(dǎo)葉，排風量控制在4980m3/min。

（2）-150并聯(lián)東翼回風巷投入使用、南風井更換大功率主通風設(shè)備后，-150南風井主通風機排風量達7800m3/min，礦井總排風量達11280m3/min，能夠滿足礦井通風需要。

3.3 礦井通風改造方案的實施

礦井通風系統(tǒng)改造方案于2010年2月到2011年11月進行了實施，歷時1年9個月，主要工程的完成進度如下：

3.3.1 -150南風井系統(tǒng)

（1）施工了-150并聯(lián)回風井，直徑4.0m，井筒深度153.6米。

（2）將-150南風井的BD-Ⅱ-8-NO24型對旋軸流式風機更換為FBCDZ№28型對旋軸流通風機，于2011年3月7日更換完畢。

（3）調(diào)整礦井通風網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化通風系統(tǒng)。

①在提高南風井設(shè)備能力、網(wǎng)絡(luò)能力的前提下，將-430m水平通風負荷調(diào)至南風井，-150南風井的服務(wù)范圍為-150m水平、-250m水平的3900采區(qū)和-430m水平;-250北風井只為-250m水平服務(wù)。②加快-150m水平收縮進程，封閉了7600采區(qū)，減少-150m水平需風量。③施工-250m水平并聯(lián)進風巷，降低了局部阻力。④施工-150m水平東翼回風巷，溝通-150m水平3100回風上山，形成并聯(lián)回風系統(tǒng)。⑤新掘-430m水平并聯(lián)回風巷，增大了-430m水平的網(wǎng)絡(luò)通風能力。⑥為減小7400采區(qū)的通風阻力，擴修改造8401出口，并施工鉆孔兩個，溝通-150m水平西翼總回風巷，改造擴修后做為-150水平西翼總回巷并聯(lián)風道。⑦擴修改造-150m水平3100回風上山1300m，與-150m水平3200回風上山形成雙巷回風系統(tǒng)，降低系統(tǒng)阻力。

通過以上措施，使-150南風井系統(tǒng)的主通風設(shè)備能力、通風網(wǎng)絡(luò)能力大幅增強。

3.3.2 -250北風井系統(tǒng)

（1）擴修了3300、3700采區(qū)皮帶回風巷600m，降低了通風阻力。

（2）將-250北風井的G4-73-12NO25D型離心式通風機更換為BD-Ⅱ-8-NO24型對旋軸流通風機，于2011年11月14日更換完畢。

4 礦井通風改造方案的效果檢驗和效益分析

（1）-150南風井主通風機的排風量由5638m3/min增至7739m3/min，風量增加了2101m3/min，通風機負壓由2800Pa降至2400Pa，取得了良好的降阻增風效果，為礦井通風網(wǎng)絡(luò)調(diào)整創(chuàng)造了條件。

（2）通過將-250北風井主通風機的葉片角度調(diào)整為-5°，通風機排風量由5667m3/min控制到4208m3/min，排風量減小了1459m3/min，通風機負壓由3750Pa降為1918Pa，降低了1832Pa，風量、負壓均滿足國家行業(yè)標準。

（3）系統(tǒng)改造完成后，南、北風井的通風壓力大大降低，礦井的總排風量增加明顯，降低了通風管理難度，提高了礦井的有效風量率，減少了采空區(qū)漏風，對消除礦井通風、瓦斯和防滅火的安全隱患意義巨大。

（4）通風系統(tǒng)改造完成后，僅通風機電費一項每年節(jié)約52萬元。并且礦井風量的大幅度增加，保證了-430m水平的采場接續(xù)的用風需要，具備了布置2個回采工作面、7個掘進工作面的能力，每年可增加原煤產(chǎn)量20萬噸，增加產(chǎn)值1.2億元，經(jīng)濟效益非常顯著。

5 幾點體會

（1）由于自然條件、生產(chǎn)布局的變化（如水平延伸、地質(zhì)構(gòu)造、邊遠地點、礦井不同水平的不同生產(chǎn)時期），勢必會造成礦井局部區(qū)域供風量不足。通過調(diào)整通風網(wǎng)絡(luò)，合理分配風井設(shè)備服務(wù)范圍是短期內(nèi)解決局部區(qū)域風量不足的較為有效的解決辦法。

（2）要充分利用現(xiàn)有通風網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的優(yōu)勢及特點，根據(jù)礦井生產(chǎn)的發(fā)展需要，及時提出礦井通風系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化改造方案，超前分析論證相當重要。

（3）礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整改造要結(jié)合具體的實際制定相應(yīng)的改造方案，利用計算機對方案進行模擬優(yōu)化是實現(xiàn)通風方案由定性到定量分析的必要前提條件，對改造方案的技術(shù)、經(jīng)濟和可行性起決定性作用。

（4）通過調(diào)整改造通風網(wǎng)絡(luò)，施工-150并聯(lián)回風井，實現(xiàn)了風網(wǎng)特性與主通風機特性相匹配，降低了礦井通風阻力，確保了通風安全，提高了礦井防抗災(zāi)能力，間接經(jīng)濟效益更為顯著。

（5）礦井通風系統(tǒng)改造是一項長期復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它隨礦井生產(chǎn)布局、開拓延伸等變化不斷變化，要經(jīng)常分析、研究，對影響通風網(wǎng)絡(luò)的“咽喉”地段要針對性采取措施，要超前考慮，提前采取措施，配足主通風設(shè)備能力優(yōu)化方案，盡最大努力避免礦井新投產(chǎn)不久就更換改造主通風設(shè)備的現(xiàn)象。

（6）礦井主通風設(shè)備、通風網(wǎng)絡(luò)要隨生產(chǎn)布局變化不斷研究調(diào)整和優(yōu)化，最大限度實現(xiàn)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化，是礦井通風工作中需長期堅持和研究的課題。