姚向東 梁紅立 倪文耀

(1.上海大屯能源股份有限公司通風(fēng)管理部，江蘇沛縣 221611;2.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京東燕郊 101601)

孔莊煤礦深部改擴(kuò)建主要通風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)問(wèn)題研究①

姚向東1②梁紅立1倪文耀2

(1.上海大屯能源股份有限公司通風(fēng)管理部，江蘇沛縣 221611;2.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京東燕郊 101601)

孔莊礦三期改擴(kuò)建工程投產(chǎn)后，礦井需風(fēng)量將大幅提高。經(jīng)測(cè)定分析，現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)中主要通風(fēng)機(jī)無(wú)法滿足改擴(kuò)建后的通風(fēng)需要。為此，經(jīng)模擬計(jì)算礦井生產(chǎn)過(guò)渡時(shí)期和改擴(kuò)建后礦井通風(fēng)系統(tǒng)的變化，提出了更換現(xiàn)有主要通風(fēng)機(jī)的合理期限，優(yōu)化選擇了改擴(kuò)建工程投產(chǎn)后新主要通風(fēng)機(jī)的合理工況點(diǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，模擬計(jì)算的礦井改擴(kuò)建過(guò)渡時(shí)期和改擴(kuò)建工程投產(chǎn)后通風(fēng)系統(tǒng)變化時(shí)期的主要通風(fēng)參數(shù)與井下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)非常吻合。證明提出的孔莊煤礦深部改擴(kuò)建主要通風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵問(wèn)題的解決方案科學(xué)合理、切實(shí)可行。

煤礦;主要通風(fēng)機(jī);并網(wǎng)運(yùn)行;研究

0 引言

孔莊礦三期改擴(kuò)建工程投產(chǎn)后，由于采掘接替的變化、地溫升高、瓦斯涌出量增加等因素，將對(duì)改擴(kuò)建后的礦井通風(fēng)系統(tǒng)帶來(lái)較大影響。改擴(kuò)建后全礦井最大需風(fēng)量將達(dá)到16000 m3/min，而現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)中，主要通風(fēng)機(jī)性能老化、通風(fēng)能力有限，礦井所能承擔(dān)的回風(fēng)量?jī)H11000 m3/min(南風(fēng)井4000 m3/min，東風(fēng)井7000 m3/min)。因此，現(xiàn)有主要通風(fēng)機(jī)和系統(tǒng)狀況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足將來(lái)礦井深部接續(xù)生產(chǎn)的要求。為此，選用新的主要通風(fēng)機(jī)，并研究其與井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)匹配運(yùn)行后的有關(guān)關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)孔莊礦改擴(kuò)建后保持合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，并確保安全生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)有礦井通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定分析

在新風(fēng)機(jī)運(yùn)行前的礦井通風(fēng)系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)期進(jìn)行礦井通風(fēng)阻力測(cè)定，為科學(xué)制定今后各時(shí)期礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整方案提供詳實(shí)的基礎(chǔ)資料是十分必要的。為此于2010年1月8日，分4條主要通風(fēng)路線(見(jiàn)圖1、圖4)對(duì)孔莊礦整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的通風(fēng)阻力測(cè)定。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 通風(fēng)阻力測(cè)定數(shù)據(jù)匯總

由表1可知，各測(cè)定路線通風(fēng)阻力測(cè)定誤差均小于5%，測(cè)定結(jié)果正確可靠。

結(jié)合測(cè)定過(guò)程和測(cè)定結(jié)果，發(fā)現(xiàn)孔莊礦目前的通風(fēng)系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題:

1)南風(fēng)井東翼總回風(fēng)巷(斷面7m2～9m2，長(zhǎng)度1500m)巷道年久失修，局部地點(diǎn)風(fēng)速超限，通風(fēng)阻力505.05Pa，占南風(fēng)井通風(fēng)線路總阻力的31%。

2)井下通風(fēng)設(shè)施數(shù)量較多，其中尤以Ⅰ6采區(qū)風(fēng)門(mén)及風(fēng)量調(diào)節(jié)設(shè)施最多，降低了系統(tǒng)的可靠性。

3)采掘用風(fēng)地點(diǎn)過(guò)多，礦井供風(fēng)緊張，通風(fēng)管理困難，井下風(fēng)量可調(diào)性差。

除考慮以上問(wèn)題外，深部改擴(kuò)建主要通風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行還需解決以下關(guān)鍵問(wèn)題:

1)解算東、南風(fēng)井新主要通風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后的工況點(diǎn)，分別確定東、南風(fēng)井新主要通風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后葉片的合理安裝角度;

2)新主要通風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后的工況點(diǎn)在高效、安全區(qū)域內(nèi);

3)新主要通風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)整方案實(shí)施后，井下各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量、風(fēng)速符合《煤礦安全規(guī)程》有關(guān)規(guī)定。

2 東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)運(yùn)行后礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整

2010年7月東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)運(yùn)行前，礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)阻力測(cè)定時(shí)相比，主要是增加了一些用風(fēng)地點(diǎn)，使東風(fēng)井總需要風(fēng)量增加至11471m3/min;而主要通風(fēng)路線上Ⅰ4采區(qū)-160補(bǔ)回風(fēng)大巷和Ⅰ5補(bǔ)回風(fēng)巷已貫通，所以東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)運(yùn)行前礦井通風(fēng)總風(fēng)阻與通風(fēng)阻力測(cè)定時(shí)礦井通風(fēng)總風(fēng)阻相比肯定會(huì)有一定的下降。查孔莊礦提供的新風(fēng)機(jī)特性曲線，大致確定新風(fēng)機(jī)運(yùn)行-2.5°曲線可滿足礦井通風(fēng)需要?？蓪|風(fēng)井新風(fēng)機(jī)按照-2.5°曲線輸入計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行試運(yùn)算，如解算結(jié)果能滿足礦井通風(fēng)需要，則確定東風(fēng)井過(guò)渡時(shí)期新風(fēng)機(jī)在-2.5°葉片安裝角運(yùn)行;如解算結(jié)果不能滿足礦井通風(fēng)需要，則確定東風(fēng)井過(guò)渡時(shí)期新風(fēng)機(jī)在0°葉片安裝角運(yùn)行。

在對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀模擬解算結(jié)果基礎(chǔ)上，按照2010年7月礦井生產(chǎn)布局以及通風(fēng)系統(tǒng)變化情況，在計(jì)算機(jī)軟件中輸入相關(guān)變化的巷道分支，并將東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)的-2.5°曲線輸入軟件，南風(fēng)井按原曲線輸入不變，其余沒(méi)變化的巷道分支也維持原輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不變。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)不做調(diào)整的模擬解算

根據(jù)上述條件運(yùn)行計(jì)算機(jī)軟件后的解算結(jié)果，如不采取任何控制風(fēng)流的措施，則由于東風(fēng)井通風(fēng)能力的加大，將使南風(fēng)井區(qū)域的一部分風(fēng)量由東風(fēng)井抽出，此時(shí)南風(fēng)井僅能回風(fēng)3109 m3/min左右;而由于東風(fēng)井風(fēng)機(jī)額外負(fù)擔(dān)了部分原南風(fēng)井區(qū)域的風(fēng)量，使得Ⅰ5和Ⅰ6采區(qū)的采煤工作面(分支37-38與11-12)風(fēng)量分別僅為1716m3/min和794m3/min，不能滿足要求。因此，必須對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以確保各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量滿足要求。

2.2 調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)后的模擬解算

為了滿足通風(fēng)需要，將通風(fēng)系統(tǒng)作如下調(diào)整:

1)將Ⅰ3和Ⅰ4采區(qū)之間的-160總回風(fēng)巷中的風(fēng)門(mén)拆除后，在Ⅰ3和Ⅰ2采區(qū)之間的-160總回風(fēng)巷中設(shè)置風(fēng)門(mén)，以避免東風(fēng)井抽出太多的南風(fēng)井區(qū)域風(fēng)量。

2)將Ⅱ1行人上山(47-46分支)上部的調(diào)節(jié)打開(kāi)，并在東一二集中下山與一號(hào)皮帶下山下部的聯(lián)絡(luò)巷(48-41分支)中增設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗，以保證8335備用工作面(52-51分支)風(fēng)量滿足要求。

調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)后的模擬解算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)運(yùn)行主要指標(biāo)比較

由表2可知，東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)在-2.5°運(yùn)行風(fēng)量可基本滿足生產(chǎn)要求，通過(guò)控制好風(fēng)門(mén)設(shè)施的質(zhì)量，減少采區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)和礦井外部漏風(fēng)等措施，完全可以滿足安全生產(chǎn)需要，且該方案通風(fēng)系統(tǒng)耗電少;而若東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)在0°運(yùn)行，則風(fēng)量可滿足安全生產(chǎn)需要，風(fēng)量的可調(diào)性好于在-2.5°運(yùn)行時(shí)的可調(diào)性，但該方案風(fēng)機(jī)總風(fēng)壓太高，通風(fēng)電耗大。鑒于此，從通風(fēng)系統(tǒng)可靠性角度看，孔莊礦在改擴(kuò)建的過(guò)渡時(shí)期，采用南風(fēng)井保持老風(fēng)機(jī)運(yùn)行不變，東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)在-2.5°運(yùn)行的通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案比較合理。

2.3 東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)運(yùn)行效果分析

2010年8月30日，東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)按照預(yù)期正式開(kāi)啟1#風(fēng)機(jī)在-2.5葉片度安裝角并網(wǎng)運(yùn)行，根據(jù)并網(wǎng)后當(dāng)天對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要地點(diǎn)的風(fēng)量測(cè)定結(jié)果，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬解算結(jié)果，將風(fēng)量對(duì)照表列于表3，軟件自動(dòng)生成的風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)見(jiàn)圖2。由此表可見(jiàn)，優(yōu)化選擇的通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行方案與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果相當(dāng)吻合，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了當(dāng)日并網(wǎng)運(yùn)行、當(dāng)日通風(fēng)系統(tǒng)一次運(yùn)行成功，解決了孔莊煤礦東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)渡時(shí)期的礦井通風(fēng)關(guān)鍵問(wèn)題。

表3 東風(fēng)井1#新風(fēng)機(jī)-2.5°運(yùn)行模擬解算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)果對(duì)比(現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)/模擬解算數(shù)據(jù))

圖2 東風(fēng)井-2.5°風(fēng)機(jī)曲線運(yùn)行時(shí)東、南風(fēng)井風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)圖

3 南風(fēng)井新風(fēng)機(jī)運(yùn)行通風(fēng)系統(tǒng)模擬解算及調(diào)整

根據(jù)生產(chǎn)安排，計(jì)劃在2011年3月底實(shí)施南風(fēng)井新風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行。通過(guò)查閱南風(fēng)井新風(fēng)機(jī)性能特性曲線，大致確定運(yùn)行新風(fēng)機(jī)2#機(jī)-7.5°安裝角可滿足礦井通風(fēng)需要?？蓪⒛巷L(fēng)井新風(fēng)機(jī)按照-7.5°曲線輸入計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行試運(yùn)算，如解算結(jié)果能滿足礦井通風(fēng)需要，則確定南風(fēng)井新風(fēng)機(jī)并網(wǎng)后在-7.5°運(yùn)行;如解算結(jié)果不能滿足滿足礦井通風(fēng)需要，則確定南風(fēng)井新風(fēng)機(jī)并網(wǎng)后在-5°運(yùn)行。

在東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)運(yùn)行對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀模擬解算結(jié)果基礎(chǔ)上，按照2011年4月份礦井生產(chǎn)布局以及新大井貫通后通風(fēng)系統(tǒng)變化情況，在計(jì)算機(jī)軟件中輸入相關(guān)變化的巷道分支，并將南風(fēng)井風(fēng)機(jī)按新風(fēng)機(jī)的-7.5°曲線輸入軟件。Ⅳ1采區(qū)比原來(lái)多負(fù)擔(dān)1個(gè)掘進(jìn)工作面的供風(fēng)，其余沒(méi)變化的巷道分支維持原輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不變。

為了滿足通風(fēng)需要，將通風(fēng)系統(tǒng)作如下調(diào)整:

1)恢復(fù)Ⅰ3和Ⅰ4采區(qū)之間的-160總回風(fēng)巷中的永久風(fēng)門(mén)，在Ⅰ3和Ⅰ2采區(qū)之間的-160總回風(fēng)巷中設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)，既避免兩座風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行的相互干擾，又避免東風(fēng)井西翼回風(fēng)太多，從而確保東風(fēng)井東翼Ⅰ6、Ⅰ5采區(qū)用風(fēng)需要。

2)調(diào)大Ⅳ1人行下山下部調(diào)節(jié)風(fēng)窗的過(guò)風(fēng)窗口，將新大井進(jìn)風(fēng)量控制在2300m3/min左右，滿足Ⅳ1采區(qū)掘進(jìn)的風(fēng)量要求。

調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)后的模擬解算結(jié)果及井下實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4，風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)見(jiàn)圖3。

從模擬解算結(jié)果看，新風(fēng)機(jī)在-7.5°，井下所有采掘工作面、機(jī)電硐室、皮帶機(jī)道等需要獨(dú)立供風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量都能滿足大屯公司的配風(fēng)要求，進(jìn)、回風(fēng)巷之間的聯(lián)絡(luò)巷也都考慮了足夠的漏風(fēng)量。兩座風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行都在較合理范圍內(nèi)，井下風(fēng)量都能滿足要求。2011年4月8日，南風(fēng)井新風(fēng)機(jī)在-7.5°并網(wǎng)運(yùn)行一次成功。

圖3 南風(fēng)井新風(fēng)機(jī)-7.5°運(yùn)行時(shí)東、南風(fēng)井風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)圖

表4 南風(fēng)井新風(fēng)機(jī)-7.5°運(yùn)行主要地點(diǎn)參數(shù)匯總表

4 結(jié)論與建議

孔莊礦深部改擴(kuò)建的主要工程業(yè)已結(jié)束。在整個(gè)改擴(kuò)建工程進(jìn)行過(guò)程中，對(duì)東風(fēng)井新風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行、南風(fēng)井新風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行等環(huán)節(jié)的通風(fēng)系統(tǒng)變化進(jìn)行了超前預(yù)測(cè)，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬解算結(jié)果提出了相應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案。通過(guò)方案在現(xiàn)場(chǎng)的成功實(shí)施，證明研究成果解決了改擴(kuò)建后新風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題，確保了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的持續(xù)合理可靠，為礦井安全生產(chǎn)提供了通風(fēng)保障。

圖4 通風(fēng)阻力測(cè)定期間礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖

本研究成果是基于對(duì)多水平、多采區(qū)的復(fù)雜通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化而提出的，我國(guó)今后一段時(shí)期將有大量煤礦需要進(jìn)行深部改擴(kuò)建，本研究成果的成功實(shí)施，對(duì)類(lèi)似條件的礦井有較好的推廣價(jià)值。

［1］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2011

［2］ 楊運(yùn)良.關(guān)于礦井復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)路解法的探討［J］.河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1984，(01)

［3］ 黃光球，陸秋琴，姚玉霞.大規(guī)模復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)風(fēng)壓解算方法［J］.計(jì)算機(jī)工程，2008，(04):257-259

［4］ 朱新能，薛錦蘭.利用數(shù)據(jù)庫(kù)原理解算復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)［J］.煤炭科技，2002，(03):46-48

［5］ 內(nèi)部資料.孔莊礦井改擴(kuò)建工程初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū).2008

［6］ 上海大屯能源股份有限公司.礦井風(fēng)量計(jì)算細(xì)則.2009

［7］ 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山開(kāi)采與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室.孔莊礦東、南風(fēng)井新風(fēng)機(jī)性能鑒定資料

Study on some key problems of the grid-connected main ventilator in the deep reconstruction and extension at Kongzhuang Mine

YAO Xiangdong1，LIANG Hongli1，NI Wenyao2

(1.Shanghai Datun Energy Resources Co.，Ltd.ventilation management department，Peixian Jiangsu 221611;2.North China Institute of Science and Technology，School of Safety Engineering，Yanjiao Beijing-East101601)

Kongzhuang Mine put into operation after three projects of renovation and expansion，the required air volume underground need to be increased substantially.According to the measurement and analysis，the existing ventilation systems can’t meet the main fan ventilation’s needs after renovation and expansion.In this paper，based on the simulated the changes in the mine ventilation system during the transition and expansion period of mine production，the replacement of reasonable period for the existing major fan was proposed，and the optimization of a reasonable new main fan operating point when the project put into operation after the expansion.According to the field test，the main ventilation parameters and measured data underground by simulating the changes in the mine ventilation system during the transition and expansion period of mine production is very consistent.Facts have proved that it was a scientific，rational and practical solution.

coal;main fan;parallel running;research

TD724

A

1672-7169(2012)01-0028-05

2011-12-03?；痦?xiàng)目:孔莊煤礦深部改擴(kuò)建主要通風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究，項(xiàng)目編號(hào):屯能司［2010］281號(hào)(續(xù))16號(hào)。

姚向東(1973-)，男，江蘇沛縣人，大學(xué)畢業(yè)，高級(jí)工程師，上海大屯能源股份有限公司通風(fēng)管理部主任工程師。