納林河二號(hào)礦通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算與改造實(shí)踐

張曉昊

（中煤西北能源有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

納林河二號(hào)礦井采用中央并列通風(fēng)方式，井田中央布置一個(gè)回風(fēng)井?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定：煤層容易自燃礦井及有熱害的礦井應(yīng)當(dāng)采用分區(qū)式通風(fēng)或?qū)鞘酵L(fēng)，初期采用中央并列式通風(fēng)的只能布置一個(gè)采區(qū)生產(chǎn)。納林河二號(hào)礦井3-1煤和3-1上煤均為易自燃煤層，所以3-1上煤一盤(pán)區(qū)回采前必須對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)。礦井在3-1上煤一盤(pán)區(qū)新建二號(hào)回風(fēng)井，屆時(shí)礦井一號(hào)、二號(hào)回風(fēng)井主扇將實(shí)現(xiàn)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)。本文通過(guò)利用仿真模型模擬風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工況、井下通風(fēng)阻力和風(fēng)量分配情況，針對(duì)存在的問(wèn)題提出解決方案并驗(yàn)證方案的可行性，對(duì)解決礦井新增回風(fēng)井后通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 礦井概況

納林河二號(hào)礦井位于鄂爾多斯烏審旗境內(nèi)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為8.00 Mt/a。目前一號(hào)回風(fēng)井風(fēng)機(jī)主扇采用FBCDZNO.32/2×900 型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，一級(jí)、二級(jí)電機(jī)葉片角度為3o，變頻器頻率為45 Hz，二號(hào)風(fēng)井風(fēng)機(jī)主扇選用FBCDZNO.32/2×710 型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，目前礦井總回風(fēng)為16 347 m3/min，礦井負(fù)壓為2500 Pa。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定

2.1 測(cè)試方法及原理

通風(fēng)阻力測(cè)定采用單管傾斜壓差計(jì)法。如測(cè)量巷道1、2 兩斷面之間的通風(fēng)阻力，單管傾斜壓差計(jì)布置如圖1。

圖1 單管傾斜壓差計(jì)測(cè)量阻力布置圖

將單管傾斜壓差計(jì)放在2 點(diǎn)之后，則兩點(diǎn)之間的壓差值Pa與mmH2O 關(guān)系為：

式中：K 為單管傾斜壓差計(jì)的校正系數(shù)；L讀為單管傾斜壓差計(jì)的讀數(shù)，mmH2O；g 為常數(shù)，取值為9.8 m/s2。

式中：p1為 1 點(diǎn)的相對(duì)靜壓，Pa；p2為 2 點(diǎn)的相對(duì)靜壓，Pa；ρ1-2為1、2 點(diǎn)間空氣密度差，kg/m3；z1、z2為 1、2 點(diǎn)巷道高度，m。

根據(jù)能量方程式，1、2兩斷面之間的通風(fēng)阻力為：

式中：h阻1-2為1、2 兩點(diǎn)間通風(fēng)阻力，Pa；v1、v2為 1、2 兩點(diǎn)風(fēng)速，m/s。

所以用單管傾斜壓差計(jì)測(cè)量阻力的計(jì)算公式為：

式中：ρ1、ρ2為 1、2 兩點(diǎn)空氣密度，kg/m3。

再由式（6）算出巷道百米摩擦風(fēng)阻：

式中：R 為百米摩擦風(fēng)阻，kg/m7；Q 為巷道風(fēng)量，m3/s；L 為巷道長(zhǎng)度，m。

2.2 阻力測(cè)定過(guò)程及結(jié)果

本次阻力測(cè)定根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，共選取測(cè)點(diǎn)405 個(gè)，逐段測(cè)量巷道通風(fēng)阻力以及各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速、風(fēng)量、斷面積等數(shù)據(jù)，同時(shí)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)巷道支護(hù)形式。經(jīng)過(guò)詳細(xì)測(cè)定和計(jì)算，得出礦井各巷道通風(fēng)阻力。主要大巷及工作面通風(fēng)阻力測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 礦井主要大巷及工作面通風(fēng)阻力測(cè)定結(jié)果

3 仿真模型建立及模擬解算

利用通風(fēng)系統(tǒng)圖，構(gòu)建并完善礦井通風(fēng)系統(tǒng)仿真模型。將巷道通風(fēng)阻力測(cè)量結(jié)果與通風(fēng)動(dòng)力裝置工況錄入系統(tǒng)，固定部分風(fēng)路風(fēng)量，進(jìn)行風(fēng)流分配仿真。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，使巷道風(fēng)量和最大阻力均和現(xiàn)場(chǎng)一致。

二號(hào)回風(fēng)井主扇投入運(yùn)轉(zhuǎn)后，采用的礦井通風(fēng)方式將由中央并列式改為分區(qū)對(duì)角式，實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)。根據(jù)礦井采掘接續(xù)安排，礦井需風(fēng)量合計(jì)18 580 m3/min，以該風(fēng)量對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

3.1 方案對(duì)比

方案一：二號(hào)回風(fēng)井風(fēng)機(jī)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行后只負(fù)責(zé)3-1上煤采區(qū)工作面回風(fēng)，3-1煤采區(qū)工作面回風(fēng)仍由一號(hào)回風(fēng)井負(fù)責(zé)。該方案使礦井完全實(shí)現(xiàn)分區(qū)式通風(fēng)，可以杜絕兩風(fēng)機(jī)間互相作用導(dǎo)致效率降低的情況，同時(shí)減小采區(qū)之間相互影響，在一個(gè)采區(qū)發(fā)生災(zāi)害時(shí)不會(huì)影響另外一個(gè)采區(qū)回風(fēng)。但該方案一號(hào)回風(fēng)井通風(fēng)路線長(zhǎng)，通風(fēng)阻力大，漏風(fēng)較多。

方案二：二號(hào)回風(fēng)井風(fēng)機(jī)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行后負(fù)擔(dān)一部分3-1煤采區(qū)回風(fēng)。該方案使二號(hào)回風(fēng)井風(fēng)機(jī)得到充分利用，縮短礦井通風(fēng)路線，有效降低礦井通風(fēng)阻力，較少漏風(fēng)。但該方案使3-1煤采區(qū)回風(fēng)與3-1上煤采區(qū)回風(fēng)未徹底分開(kāi)，有可能出現(xiàn)兩風(fēng)機(jī)間相互作用增大通風(fēng)阻力的情況。

方案三：由一號(hào)回風(fēng)井風(fēng)機(jī)負(fù)擔(dān)部分3-1上煤采區(qū)回風(fēng)。該方案不用調(diào)整一號(hào)回風(fēng)井風(fēng)機(jī)葉片角度與頻率，直接啟動(dòng)二號(hào)風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行即可，可有效減少系統(tǒng)調(diào)整工作量。但該方案使3-1煤回風(fēng)大巷風(fēng)量增大，礦井通風(fēng)阻力增大。

3.2 方案選擇與模擬解算

經(jīng)過(guò)研究，并分別通過(guò)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果分析和比較，綜合考慮系統(tǒng)調(diào)整工作量、節(jié)能降耗、方案運(yùn)行優(yōu)缺點(diǎn)等指標(biāo)，最終對(duì)二號(hào)風(fēng)井風(fēng)機(jī)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案進(jìn)行了確定，采用方案二進(jìn)行調(diào)整。

在通風(fēng)系統(tǒng)仿真模型中構(gòu)建二號(hào)風(fēng)井，將一號(hào)回風(fēng)井主扇與二號(hào)回風(fēng)井主扇特性曲線函數(shù)化后，得出特性曲線函數(shù)方程。經(jīng)過(guò)MVIS 多次模擬仿真解算，確定一號(hào)回風(fēng)井主扇運(yùn)行在葉片安裝角0°、電機(jī)頻率40 Hz 工況點(diǎn)時(shí)最為經(jīng)濟(jì)合理，二號(hào)回風(fēng)井主扇運(yùn)行在葉片安裝角-3°、電機(jī)頻率35 Hz 工況點(diǎn)時(shí)最為經(jīng)濟(jì)合理。

風(fēng)機(jī)選取該性能曲線時(shí)模擬風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)如圖2，礦井總回風(fēng)量為19 457 m3/min，主扇總排風(fēng)量為20 118 m3/min，外部漏風(fēng)658 m3/min，井下各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。

圖2 各風(fēng)機(jī)模擬解算工況點(diǎn)

4 聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行情況

納林河二號(hào)礦井二號(hào)回風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)按照預(yù)定方案與模擬解算結(jié)果進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行正常后主扇排風(fēng)量為19 810 m3/min，礦井總回風(fēng)量為19 297 m3/min，外部漏風(fēng) 513 m3/min，滿(mǎn)足礦井需風(fēng)量。各風(fēng)井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬解算數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 通風(fēng)系統(tǒng)模擬解算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)比較

風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況如圖3，通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整前后示意圖如圖6。井下各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量符合設(shè)計(jì)要求，二號(hào)回風(fēng)井風(fēng)機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)一次成功。

5 結(jié)論

（1）對(duì)納林河二號(hào)礦井通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)測(cè)定，詳細(xì)掌握了各巷道通風(fēng)阻力分布情況，為通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供了依據(jù)。

（2）在充分利用通風(fēng)分配原則和解算原理的基礎(chǔ)上，使用軟件對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬解算。實(shí)際測(cè)量風(fēng)量、風(fēng)壓與解算結(jié)果誤差率均在5%以?xún)?nèi)，進(jìn)一步驗(yàn)證了MVIS 軟件的可靠性與精確性。

（3）構(gòu)建納林河二號(hào)礦井通風(fēng)系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)軟件對(duì)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解算，并對(duì)二號(hào)風(fēng)機(jī)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方案進(jìn)行仿真模擬。通過(guò)風(fēng)機(jī)工況對(duì)比，選擇最優(yōu)運(yùn)行工況。同時(shí)對(duì)井下相關(guān)通風(fēng)設(shè)施及巷道的風(fēng)量分配情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最終確定最優(yōu)方案，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造具有指導(dǎo)意義。

圖4 通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整前后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

圖5 各風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)