平朔礦區(qū)井工一礦通風(fēng)系統(tǒng)特點(diǎn)分析與優(yōu)化改造

摘? 要：該文針對平朔井工一礦礦井采掘布置和通風(fēng)系統(tǒng)實際狀況，對通風(fēng)系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行全面分析，通過礦井通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)測試，分析得到礦井存在進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)距離較長、阻力較大，同時井下構(gòu)筑物較多、漏風(fēng)較大，廢棄巷道用風(fēng)點(diǎn)較多、角聯(lián)通風(fēng)巷道多等問題，且4煤太西主運(yùn)巷兼作回風(fēng)巷使用，通過對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析確定了礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案。礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，礦井需風(fēng)量減少2 430 m3/min，礦井負(fù)壓由1 333.5 Pa降低至1 020.0 Pa，礦井防塵量和主扇功耗大幅降低。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)系統(tǒng);參數(shù)測試;阻力分布;優(yōu)化改造

中圖分類號：P641? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

礦井通風(fēng)系統(tǒng)既服務(wù)于生產(chǎn)系統(tǒng)，同時又制約著生產(chǎn)系統(tǒng)，礦井通風(fēng)系統(tǒng)是否穩(wěn)定直接影響著礦井的安全生產(chǎn)、災(zāi)害防治和經(jīng)濟(jì)效益。為確保礦井安全、穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，提高礦井的抗災(zāi)能力，最終提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益，通風(fēng)系統(tǒng)必須保持在最佳運(yùn)行狀態(tài)。因此，建立完善、合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)和提高效益的基本保證。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化目的：（1）解決通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，改善井下作業(yè)環(huán)境，提高通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性;（2）減少通風(fēng)耗能，提高經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)能降耗的目的;（3）簡化礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，提高礦井抗災(zāi)能力。

對礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造，建立完善可靠的通風(fēng)系統(tǒng)，是礦井持續(xù)安全有序生產(chǎn)的保障。

1 礦井概況

平朔井工一礦井田位于安家?guī)X露天礦南側(cè)，由安家?guī)X露天礦的西排土場下的上窯采區(qū)和七里河西邊的太西采區(qū)組成，行政區(qū)劃隸屬于山西省朔州區(qū)平魯區(qū)，礦井交通運(yùn)輸條件十分便利。井田面積16.16 km2。礦井核定年生產(chǎn)能力為10.0 Mt/a，屬現(xiàn)代化大型礦井。

礦采用斜井、立井混合開拓方式，其中主井、副井、進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)。井下采用傾斜長壁放頂煤工藝開采方法。礦井通風(fēng)方式為中央并列式通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式，回風(fēng)立井安裝2臺FBCDZ No.34型主通風(fēng)機(jī)，1臺工作1臺備用，配套電機(jī)額定功率為2×800 kW。礦井煤層具有煤塵爆炸危險性，各煤層均屬Ⅱ類自燃煤層，礦井為低瓦斯礦井。

當(dāng)前礦井主采煤層為4號煤層，礦井2條主要進(jìn)風(fēng)路線分別為：

①主、副斜井→9煤太西輔運(yùn)大巷→9-4煤輔運(yùn)暗斜井→4煤太西輔運(yùn)大巷→4煤太西各作業(yè)地點(diǎn)→4煤太西回風(fēng)巷→4煤太西回風(fēng)聯(lián)巷→回風(fēng)立井;②進(jìn)風(fēng)立井→4煤太西輔助進(jìn)風(fēng)巷→4煤太西采區(qū)東翼輔運(yùn)巷→4煤太西輔運(yùn)巷→4煤太西各作業(yè)地點(diǎn)→4煤太西回風(fēng)巷→4煤太西回風(fēng)聯(lián)巷→回風(fēng)立井。

2 礦井通風(fēng)參數(shù)測試

為了更加準(zhǔn)確地了解平朔井工一礦通風(fēng)系統(tǒng)實際存在的問題，掌握礦井通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)，便于為礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持和參考，對平朔井工一礦開展礦井通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)測試工作。

2.1 測試路線及測點(diǎn)布置

結(jié)合平朔一礦井下采掘布置和礦井通風(fēng)系統(tǒng)實際情況確定了礦井通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)測試路線和礦井其他主要測試節(jié)點(diǎn)。該次平朔一礦通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)測試測定路線為：副斜井→9煤暗斜井→9煤太西輔運(yùn)大巷→9-4煤暗斜井→太西4煤輔運(yùn)巷→14112工作面→太西4煤回風(fēng)巷→回風(fēng)立井。

2.2 測定方法及測定儀器

該次平朔井工一礦礦井通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)測試采用氣壓計基點(diǎn)法測試。氣壓計基點(diǎn)法是預(yù)先準(zhǔn)備好2臺精密氣壓計，一臺留在地面監(jiān)測地面大氣壓力波動，每隔5 min記錄一次地面大氣壓力;另外一臺精密氣壓由測試人員攜帶下井，按照預(yù)先布置的測試路線逐點(diǎn)測試各節(jié)點(diǎn)的氣壓和干濕溫度。

該次平朔井工一礦礦井通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)測試所用到的儀器見表1，測試所用儀器均經(jīng)過檢驗校正，且在有效期之內(nèi)。

2.3 通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)測試結(jié)果

礦井風(fēng)機(jī)房水柱計讀數(shù)為1 400 Pa，計算得到水柱計安設(shè)處的動壓及礦井自然風(fēng)壓分別為37.3 Pa和31.3 Pa，理論計算計算礦井通風(fēng)阻力為：

式中：hr'為礦井理論通風(fēng)阻力，Pa;hs為風(fēng)機(jī)房水柱計讀數(shù)，Pa;hv為水柱計安設(shè)處的風(fēng)流動壓，Pa;hn為礦井自然風(fēng)壓，Pa。

計算得到礦井理論通風(fēng)阻力為1 394.0 Pa。實測礦井通風(fēng)阻力為1 333.5 Pa。礦井通風(fēng)阻力測試過程中因受到風(fēng)門開啟、地面大氣波動、井下活塞風(fēng)的影響，通風(fēng)阻力測試結(jié)果存在誤差，礦井通風(fēng)阻力測定誤差計算公式為：

式中：為實測礦井通風(fēng)阻力，Pa。

由式（2）計算得到該次平朔井工一礦礦井通風(fēng)阻力實測誤差為4.34%，誤差<5%，測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

實測平朔井工一礦通風(fēng)阻力1 333.5 Pa，礦井總回風(fēng)風(fēng)量為241.17 m3/s（14 470 m3/min），礦井總風(fēng)阻為0.0229 N·s2/m8，等積孔為7.86 m2，由此可看出礦井為通風(fēng)容易礦井。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)三區(qū)通風(fēng)距離比例為

51.9%∶25.4%∶22.7%

礦井通風(fēng)系統(tǒng)三區(qū)阻力比例為

42.2%∶21.0%∶36.8%

礦井通風(fēng)系統(tǒng)三區(qū)阻力分布如圖1所示。

礦井進(jìn)風(fēng)段阻力比例相對較大，主要是因為進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)距離較長。礦井回風(fēng)區(qū)風(fēng)量較為集中，所以回風(fēng)區(qū)通風(fēng)阻力比例要大于其通風(fēng)距離比例。礦井通風(fēng)總阻力相對較小。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)特點(diǎn)分析

通風(fēng)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的、隨機(jī)的、非穩(wěn)定的動態(tài)系統(tǒng)。

3.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的復(fù)雜性

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是由諸多變量組成的一個復(fù)雜系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)分支多，角聯(lián)分支數(shù)占中分支的15%左右，通風(fēng)路線達(dá)14 500 m左右。全礦通風(fēng)設(shè)施數(shù)目達(dá)70多個，用風(fēng)點(diǎn)達(dá)35個，礦井漏風(fēng)量大，有效風(fēng)量率低，煤層開采深度不斷增加，諸多的因素使通風(fēng)系統(tǒng)為一個復(fù)雜的系統(tǒng)。

3.3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的動態(tài)性

礦井通風(fēng)系統(tǒng)隨著煤礦生產(chǎn)進(jìn)行而不斷發(fā)生變化，采掘工作面推進(jìn)、接替，采區(qū)的準(zhǔn)備、投產(chǎn)等;通風(fēng)設(shè)施增多，受壓變形，漏風(fēng)增大;各種通風(fēng)設(shè)備性能衰退，通風(fēng)參數(shù)發(fā)生變化，由此可見通風(fēng)系統(tǒng)是一個動態(tài)隨機(jī)的系統(tǒng)。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

4.1 通風(fēng)系統(tǒng)存在問題

隨著礦井采掘范圍的擴(kuò)大，井下通風(fēng)設(shè)施不斷增加，結(jié)合礦井通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)測試分析，確定通風(fēng)系統(tǒng)存在如下問題：

（1）礦井4煤太西主運(yùn)巷作為回風(fēng)巷道，巷道中布置有電氣設(shè)備，存在安全隱患。

（2）通風(fēng)構(gòu)筑物較多，通風(fēng)系統(tǒng)管理難度較大。

（3）通風(fēng)構(gòu)筑物漏風(fēng)較多，廢棄巷道多，礦井有效風(fēng)量率偏低。

（4）角聯(lián)通風(fēng)巷道較多，風(fēng)流不穩(wěn)定，礦井發(fā)生災(zāi)變時管理困難。

4.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

結(jié)合礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，確定通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案：

（1）將上窯4煤、上窯9煤全部封閉。

（2）4煤太西主運(yùn)巷調(diào)整為進(jìn)風(fēng)，4煤太西輔運(yùn)巷為進(jìn)風(fēng)，4煤太西回風(fēng)大巷為回風(fēng)的“兩進(jìn)一回”的通風(fēng)系統(tǒng)。

（3）其他廢棄巷道、庫房封閉。

（4）4、9煤采區(qū)變電所、水泵房實現(xiàn)了獨(dú)立通風(fēng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造主要施工地點(diǎn)如圖2所示。

5 優(yōu)化效果分析

將4煤太西主運(yùn)巷改為進(jìn)風(fēng)巷，并將相關(guān)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行密閉或調(diào)節(jié)施工后，礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化得到如下效果：

（1）上窯4煤采區(qū)全部封閉，減少巷道防塵量1 085 m。

（2）上窯9煤采區(qū)除水泵房外其余巷道全部封閉，減少巷道用風(fēng)950 m3/min。

（3）封閉太西4、9煤庫房，減少巷道用風(fēng)1 480 m3/min。

（4）4煤太西變電所、9煤太西B段水倉、變電所構(gòu)筑風(fēng)橋，實現(xiàn)獨(dú)立通風(fēng)。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，全礦井需風(fēng)量減少2 430 m3/min，礦井主通風(fēng)機(jī)由原來的45 Hz降頻為42 Hz，礦井總風(fēng)量降低為211.17 m3/s（1 2670 m3/min），礦井負(fù)壓降為1 020 Pa。

礦井主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率降低120 kW;上窯9煤采區(qū)減少排水點(diǎn)3處，減少巷道2 200 m，每年節(jié)約更換排水、防塵管路1 000 m;4、9煤太西采區(qū)共計減少礦井巷道防塵量4 944 m，合計每年經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)321萬元。

6 結(jié)論

（1）通過礦井通風(fēng)系統(tǒng)分析，結(jié)合礦井實際，發(fā)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在進(jìn)風(fēng)段阻力較大，將4煤太西主運(yùn)巷調(diào)整為進(jìn)風(fēng)，保證了通風(fēng)系統(tǒng)獨(dú)立。

（2）結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)實際存在的問題，將上窯4、9煤、太西采區(qū)廢棄巷道、庫房封閉，4、9煤采區(qū)變電所、水泵房實現(xiàn)了獨(dú)立通風(fēng)，保證了通風(fēng)系統(tǒng)的完善、可靠。

（3）礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造后，減少了礦井風(fēng)量及主扇風(fēng)壓，減少了礦井防塵量，并大幅降低了主通風(fēng)機(jī)功耗，為礦井、集團(tuán)公司創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

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