車集煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

摘? 要：利用通風(fēng)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定、理論分析和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算相結(jié)合的方法對(duì)車集煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案進(jìn)行了研究。借助VNT通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算，結(jié)合車集礦采掘部署，通過(guò)系統(tǒng)分析，提出并確定了礦井的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，研究成果對(duì)指導(dǎo)車集煤礦通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整，保障通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定及礦井安全快速的發(fā)展有著重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)系統(tǒng);技術(shù)測(cè)定;網(wǎng)絡(luò)解算;系統(tǒng)優(yōu)化

通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性包含網(wǎng)路的穩(wěn)定性、風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性、風(fēng)路的穩(wěn)定性和通風(fēng)構(gòu)筑物的穩(wěn)定性^[1]。前蘇聯(lián)學(xué)者首先明確定義了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，并以重要性為標(biāo)準(zhǔn)將通風(fēng)系統(tǒng)的失效分為整個(gè)礦井區(qū)域失效、礦井的很大區(qū)域失效、礦井的個(gè)別采區(qū)區(qū)域失效三級(jí)失效，其主要采用了結(jié)構(gòu)法、統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)法、模擬模型法等評(píng)定方法^[2-5]。吳超提出了分支變化靈敏度的概念，并提出了一條分支風(fēng)流或整個(gè)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)保持穩(wěn)定的判別式^[6]。魏建平利用壓縮映射原理研究了礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定流動(dòng)數(shù)學(xué)模型，提出了數(shù)學(xué)模型數(shù)值解收斂的條件和一種利用慣性系數(shù)排序選取最小生成樹(shù)的回路選擇方案^[7]。

對(duì)于車集礦北風(fēng)井來(lái)說(shuō)，由于該風(fēng)井擔(dān)任區(qū)域目前僅有 26 采區(qū) 1 個(gè)生產(chǎn)工作面，需 風(fēng)量較小，總通風(fēng)路線相對(duì)較短（最長(zhǎng) 7689m），所以在滿足當(dāng)前需風(fēng)量時(shí)，通風(fēng)阻力 2583Pa。但隨著 28 采區(qū)延伸和 34 采區(qū)的開(kāi)拓，北翼需風(fēng)量也會(huì)隨之越來(lái)越大，因此對(duì)礦井北翼通風(fēng) 系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，降低北翼風(fēng)阻很有必要。對(duì)于南風(fēng)井來(lái)說(shuō)，由于該風(fēng)井擔(dān)任區(qū)域目前有 23 采區(qū)，25 采區(qū)，27 采區(qū) 3 個(gè)工作面，即 2508 工作面，2509 工作面，2703 工作面，另有 10 個(gè)掘進(jìn)頭，通風(fēng)線路長(zhǎng)（最長(zhǎng) 11834m），需風(fēng)量大，通風(fēng)阻力較大，達(dá)到了 3622Pa，風(fēng)機(jī) 排風(fēng)量為 109.56m3/s。隨著礦井開(kāi)采深度加大，通風(fēng)路線會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)，阻力會(huì)越來(lái)越大，而 且隨著開(kāi)采深度加大，瓦斯涌出量也會(huì)越來(lái)越大，需風(fēng)量也隨之越來(lái)越大，南風(fēng)井擔(dān)負(fù)的南 翼通風(fēng)任務(wù)會(huì)越來(lái)越困難，因此，對(duì)車集礦進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化，降低通風(fēng)阻力，對(duì)保障礦井 安全生產(chǎn)有著重要意義。

1 礦井概況

車集煤礦是永城煤電（集團(tuán)）龍宇公司第二對(duì)投產(chǎn)的生產(chǎn)礦井，于1992年10月開(kāi)工建設(shè)，礦井主要可采煤層有四層，分別是二₂、三₂²、三₃和三₄煤，現(xiàn)在正回采的是二₂煤層。二₂煤層平均厚2.80m，三₂²煤厚平均1.60m，三₃平均1.60m;三₄煤層厚度平均0.94m，僅局部可采。煤質(zhì)特征：屬低中灰、特低硫、特低磷、高發(fā)熱量無(wú)煙煤。

2 礦井通風(fēng)阻力測(cè)定及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)建立

2.1測(cè)量線路選擇

根據(jù)通風(fēng)阻力路線選擇原則，結(jié)合礦井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際情況，選擇了兩條主測(cè)路線，具體測(cè)定路線為：

主測(cè)路線Ⅰ：主井→淸散煤斜巷一南大巷→25軌道上山→2503下巷→2503綜采工作面→2503上巷→25皮帶 上山→南大巷副巷→21皮帶上山→南翼總回風(fēng)上山→南翼回風(fēng)井。

主測(cè)路線Ⅱ：副井→26采區(qū)皮帶下山→26采區(qū)軌道下山→26采區(qū)軌道上車場(chǎng)→北大巷→24石門→猴車道→24軌道下山→2412軌道集中巷→2412工作面→2412下巷→24回風(fēng)下山→北翼回風(fēng)上山→北翼回風(fēng)井。

阻力測(cè)定路線還包括其他一些測(cè)試路線，涵蓋了礦井的所有進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井及各主要分支巷道，以保證測(cè)試數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算。

礦井通風(fēng)阻力沿程分布狀況分別如圖1所示。礦井三段（進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段）通風(fēng)阻力的百分比情況見(jiàn)表1。

從阻力分布圖1和表1看出，車集礦南翼回風(fēng)段阻力占總阻力的29.31%，未超過(guò)50%，進(jìn)風(fēng)段的阻力所占的百分比為24.82%，用風(fēng)段的阻力占總阻力的45.87%，車集礦北翼回風(fēng)段阻力占總阻力的26.62%，未超過(guò)50%，進(jìn)風(fēng)段的阻力所占的百分比為24.06%，用風(fēng)段的阻力占總阻力的52.31%，礦井阻力分布基本合理。從巷道百米阻力數(shù)值來(lái)看，回風(fēng)段的值遠(yuǎn)大于進(jìn)風(fēng)段和用風(fēng)段，這主要是風(fēng)流集中造成的。

從結(jié)果可以看出，礦井總進(jìn)風(fēng)量為170.86m³/s，礦井總有效風(fēng)量為148.8m³/s，礦井內(nèi)部有效風(fēng)量率僅為87.11%。

根據(jù)風(fēng)井的總回風(fēng)量與風(fēng)井風(fēng)機(jī)排風(fēng)量，計(jì)算出車集礦南翼風(fēng)井外部漏風(fēng)率為2.78%，北翼風(fēng)井外部漏風(fēng)率為4.65%。

2.2 VNT網(wǎng)路解算

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)解算獲得的通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況和各主要通風(fēng)巷道的風(fēng)量與實(shí)際測(cè)定數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表2、3。

由上表可以看出，解算的主要巷道的風(fēng)量與實(shí)際風(fēng)量比較吻合，解算結(jié)果的相對(duì)誤差均小于10%，從而說(shuō)明通風(fēng)網(wǎng)路中各分支的風(fēng)阻值的測(cè)算結(jié)果是可靠的，滿足網(wǎng)路分析的要求，可以作為礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造、優(yōu)化和管理的數(shù)據(jù)參數(shù)。

3車集煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

方案一：南二風(fēng)井回風(fēng)、南風(fēng)井進(jìn)風(fēng)

南二風(fēng)井擔(dān)負(fù)南翼采區(qū)用風(fēng)，南風(fēng)井改為進(jìn)風(fēng)井，北風(fēng)井擔(dān)負(fù)北翼28采區(qū)、34采區(qū)用風(fēng)。南二風(fēng)井安裝主要通風(fēng)型號(hào)為FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）軸流對(duì)旋式風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為740r/min，葉片安裝角度為35度，外部漏風(fēng)率取4.65%。

方案二：南風(fēng)井、南二風(fēng)井都回風(fēng)

繼續(xù)保留南風(fēng)井，與南二風(fēng)井共同擔(dān)負(fù)礦井南翼采區(qū)通風(fēng)，現(xiàn)在南風(fēng)井擔(dān)負(fù)33采區(qū)通風(fēng)，其余采區(qū)通風(fēng)均由南二風(fēng)井通風(fēng)。南二風(fēng)井安裝FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）軸流對(duì)旋式風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為740r/min，葉片安裝角度為25度，解算出南二風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)的工況：Hf=2847Pa、Qf=74.46m³/s。

方案三：僅南風(fēng)井回風(fēng)、不建南二風(fēng)井

南風(fēng)井擔(dān)負(fù)南翼采區(qū)回風(fēng)，南風(fēng)井安裝主要通風(fēng)型號(hào)為FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）軸流對(duì)旋式風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為740r/min，葉片安裝角度為45度，外部漏風(fēng)率5%。北風(fēng)井也更換主要通風(fēng)機(jī)型號(hào)為FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）軸流對(duì)旋式風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為740r/min，葉片安裝角度為40度，外部漏風(fēng)率取5%。

針對(duì)礦井生產(chǎn)部署，進(jìn)行了解算分析，主要解算結(jié)果見(jiàn)表4。

通過(guò)方案對(duì)比，從中可以看出：新建南二風(fēng)井，由南二風(fēng)井擔(dān)負(fù)礦井南翼采區(qū)回風(fēng)、南風(fēng)井改為進(jìn)風(fēng)井為最優(yōu)，減少了礦井南翼采區(qū)進(jìn)風(fēng)段的阻力，使得礦井負(fù)壓降低，節(jié)約電耗，減少電費(fèi)，且新建南二風(fēng)井是保證南翼采區(qū)通風(fēng)的必然要求。

4結(jié)語(yǔ)

根據(jù)針對(duì)車集煤礦通風(fēng)系統(tǒng)存在問(wèn)題及礦井后期風(fēng)井部署，經(jīng)過(guò)三個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案對(duì)比分析，需新建南二風(fēng)井，南翼采區(qū)由南二風(fēng)井回風(fēng)，為減少進(jìn)風(fēng)段阻力，并將南風(fēng)井改為進(jìn)風(fēng)井，南二風(fēng)井主要通風(fēng)投入工作，為煤礦生產(chǎn)安排提供可靠的數(shù)據(jù)，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定有著重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]? 陳長(zhǎng)華. 風(fēng)網(wǎng)穩(wěn)定性的定量分析[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，1992，22（1）：292-294.

[2]? Ueng T H，Wang Y J. Analysis of mine ventilation networks using nonlinear programming techniques[J]. International Journal of Mining Engineering，1984，2（3）：245-252.

[3]? Hu Y，Koroleva O I，Krsti? M. Control Design for Mine Ventilation Network Systems[J]. 2002，1：543-548 vol.1.

作者簡(jiǎn)介：翟亞鋒，碩士生，高級(jí)工程師，研究方向：礦井通風(fēng)理論及技術(shù)。