棗園煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究及應(yīng)用

摘要：為優(yōu)化棗園煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)，將礦井西翼回風(fēng)立井風(fēng)機(jī)停運(yùn)，并封閉主立井、西回風(fēng)立井井口及風(fēng)道，屆時(shí)形成副斜井、行人斜巷以及主斜井進(jìn)風(fēng)，南回風(fēng)立井回風(fēng)（即“三進(jìn)一回”的通風(fēng)系統(tǒng)）。通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，解決了礦井西翼通風(fēng)阻力偏大的問題，使礦井通風(fēng)系統(tǒng)更加簡單，更加合理；通風(fēng)系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠，不僅為礦井節(jié)約了通風(fēng)成本，使礦井風(fēng)量與負(fù)壓的關(guān)系符合煤礦技術(shù)規(guī)范要求，最終實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)優(yōu)化通風(fēng)阻力通風(fēng)阻力解算

1 礦井通風(fēng)概況

禹州棗園煤礦位于云蓋山井田的東部，現(xiàn)開采二迭系山西組二1煤層。據(jù)河南省煤炭地質(zhì)勘察研究院于2008年8月提交的《河南省禹州市河南永錦能源有限公司中鋒棗園煤礦資源儲(chǔ)量核查（分割）報(bào)告》，棗園煤礦井田范圍內(nèi)二1煤層厚度0～10.98m，可采點(diǎn)平均厚度4.39m，煤層厚度變化大。礦井目前采用中央并列和中央分列式分區(qū)通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式。

1.1 礦井東翼

采用中央分列式通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式。副斜井、行人斜巷和主皮帶斜井進(jìn)風(fēng)，南回風(fēng)立井回風(fēng)，南回風(fēng)立井井口安裝兩臺(tái)型號(hào)為FBCDZ-NO.27型軸流式通風(fēng)機(jī)，一用一備，功率2×315KW，礦井東翼總進(jìn)風(fēng)量3704m3/min，總回風(fēng)量3041m3/min，通風(fēng)負(fù)壓為580Pa。

1.2 礦井西翼

采用中央并列式通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式。主立井進(jìn)風(fēng)，西回風(fēng)立井回風(fēng)，西回風(fēng)立井井口安裝兩臺(tái)型號(hào)為FBCDZ-NO.16型軸流式通風(fēng)機(jī)，一用一備，功率2×90KW，總進(jìn)風(fēng)量2174m3/min，總回風(fēng)量為3190m3/min，通風(fēng)負(fù)壓為1200Pa。

2 存在的問題

礦井西翼通風(fēng)負(fù)壓較大，通風(fēng)困難；礦井東翼南回風(fēng)立井安設(shè)的主通風(fēng)機(jī)功率大，而礦井東翼目前需風(fēng)量相對(duì)較小；礦井西翼西回風(fēng)立井安設(shè)的主通風(fēng)機(jī)耗能較大，造成能源浪費(fèi)；礦井采用分區(qū)通風(fēng)，管理難度較大，抗災(zāi)能力較弱。

3 優(yōu)化方案的提出

首先要保證確定的通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案符合各項(xiàng)規(guī)程規(guī)定及法律法規(guī)，充分利用礦井現(xiàn)有的通風(fēng)巷道，盡量不增加通風(fēng)設(shè)施，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整完成后，滿足礦井各個(gè)地點(diǎn)用風(fēng)需求，并做到通風(fēng)合理，系統(tǒng)簡單。

礦井技術(shù)人員的多次探討、分析、論證，參照相關(guān)資料和規(guī)定，結(jié)合礦井現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際情況，提出了2種通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案。

①方案1：將礦井西翼回風(fēng)立井風(fēng)機(jī)停運(yùn)，并封閉西回風(fēng)立井井口及風(fēng)道，同時(shí)保留主立井為進(jìn)風(fēng)井，屆時(shí)礦井形成主立井、副斜井、行人斜井以及主皮帶斜井進(jìn)風(fēng)，南回風(fēng)立井回風(fēng)（即“四進(jìn)一回”）的通風(fēng)系統(tǒng)。

②方案2：將礦井西翼回風(fēng)立井風(fēng)機(jī)停運(yùn)，并封閉主立井、西回風(fēng)立井井口及風(fēng)道，屆時(shí)礦井形成副斜井、行人斜井以及主斜井進(jìn)風(fēng)，南回風(fēng)立井回風(fēng)（即“三進(jìn)一回”）的通風(fēng)系統(tǒng)。

通過對(duì)以上2種方案進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算，方案1基本不改變礦井西翼和礦井東翼目前的通風(fēng)系統(tǒng)，需要完善構(gòu)筑通風(fēng)設(shè)施較少，施工工程量小，但需繼續(xù)使用80m集中運(yùn)輸巷西段回風(fēng)立眼作為22061運(yùn)輸順槽（中段）改造巷和22061運(yùn)輸順槽車場(chǎng)的回風(fēng)巷；方案2通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整完畢后，直至礦井報(bào)廢，通風(fēng)系統(tǒng)將不做大調(diào)整，后期施工工程量大幅降低，但需要構(gòu)筑的通風(fēng)設(shè)施工程量大，浪費(fèi)大量的人力和物力。通過對(duì)以上兩方案比對(duì)，方案2更便于操作，且通風(fēng)系統(tǒng)將更加穩(wěn)定，礦井通風(fēng)系統(tǒng)容易管理，通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性較強(qiáng)；且礦井后期生產(chǎn)期間，不需要進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整工作，僅對(duì)局部通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行局部完善和調(diào)整工作，因此選用方案2。

4 方案實(shí)施步驟和措施

4.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整時(shí)需要調(diào)整的通風(fēng)設(shè)施

在礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整前，為了防止礦井通風(fēng)系統(tǒng)紊亂，合理調(diào)整礦井通風(fēng)系統(tǒng)，需要構(gòu)筑、拆除或改造以下地點(diǎn)的通風(fēng)設(shè)施：

①封閉礦井西翼西風(fēng)立井井口及風(fēng)道；

②封閉礦井西翼主立井；

③在皮帶暗斜井上部構(gòu)筑1組防突風(fēng)門；

④-80m變電所口處外側(cè)打設(shè)1道密閉；

⑤23081運(yùn)輸順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷處打設(shè)1道密閉。

4.2 停運(yùn)西回風(fēng)井主扇風(fēng)機(jī)，調(diào)整礦井通風(fēng)系統(tǒng)

①停運(yùn)西回風(fēng)立井風(fēng)機(jī)，并封閉主立井和西回風(fēng)立井井口及風(fēng)道；

②風(fēng)流穩(wěn)定后，安排人員對(duì)礦井各地點(diǎn)風(fēng)量進(jìn)行測(cè)定；

③根據(jù)調(diào)整后實(shí)測(cè)礦井各地點(diǎn)風(fēng)量，對(duì)南風(fēng)井主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)頻。

4.3 測(cè)風(fēng)工作

①確定測(cè)量地點(diǎn)并安排好測(cè)風(fēng)人員；

②通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整前測(cè)3次風(fēng)量，及時(shí)記錄并匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度；通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)3次，將數(shù)據(jù)及時(shí)上報(bào)通風(fēng)調(diào)度，并在指定地點(diǎn)等候通風(fēng)調(diào)度電話，做好風(fēng)機(jī)調(diào)頻后再次測(cè)定風(fēng)量的準(zhǔn)備。

4.4 安排應(yīng)急救援人員，及時(shí)處理礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整過程中出現(xiàn)的緊急情況

注意事項(xiàng)：停止井下所有工作；除瓦檢員、電工和測(cè)風(fēng)控風(fēng)人員外，其他人員一律撤出礦井；中央變電所切斷礦井其他所有動(dòng)力電源；通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整過程中，必須設(shè)1人守在于150m變電所電話處，以便井下和地面保持聯(lián)系；通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整過程中，加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)，注意局部風(fēng)流倒向過程中的瓦斯變化，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理；調(diào)整初期，對(duì)礦井各用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量進(jìn)行綜合分析分配，避免發(fā)生較大的漏風(fēng)、配風(fēng)量過大；礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后，進(jìn)行一次全礦井風(fēng)量測(cè)定和分配，并對(duì)礦井所有通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行一次全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整修，保證調(diào)整后礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。

4.5 礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后需風(fēng)量計(jì)算

4.5.1 礦井東翼：礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后共安排2個(gè)備采工作面，4個(gè)掘進(jìn)工作面，3個(gè)機(jī)電硐室，具體需風(fēng)量如下：

①兩個(gè)備采工作面。22052備采工作面400m3/min（按正常采面配風(fēng)800m3/min）

22031備采工作面400m3/min（按正常采面配風(fēng)800m3/min）

Q備采=800m3/min

②三個(gè)機(jī)電硐室。

-150m水平變電所：118m3/min

-150m避險(xiǎn)硐室：140m3/min

井下炸藥庫：128m3/min

Q硐=118+128+140=386m3/min。

③掘進(jìn)工作面配風(fēng)量。

24采區(qū)回風(fēng)下山：290m3/min

22071皮帶順槽：300m3/min

24采區(qū)軌道下山：285m3/min

24采區(qū)皮帶下山：300m3/min

Q掘=290+300+285+300=1175m3/min

④其他地點(diǎn)用風(fēng)量：200m3/min

因此可知礦井東翼的總配風(fēng)量為：

Q東翼=Q備采+Q硐+Q掘+Q它

=800+1175+386+200

=2561m3/min

4.5.2 礦井西翼：礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后共安排1個(gè)綜采工作面，1個(gè)回撤工作面，3個(gè)掘進(jìn)工作面，具體需風(fēng)量如下：

①23041綜采工作面666m3/min（按正常采面配風(fēng)）

Q采=666m3/min

②23081回撤工作面400m3/min

③掘進(jìn)工作面配風(fēng)量

22061運(yùn)輸順槽：280m3/min

22061運(yùn)輸順槽中段：290m3/min

22061運(yùn)輸順槽車場(chǎng)：295m3/min

Q掘=280+290+295=865m3/min

④其他地點(diǎn)用風(fēng)量：200m3/min

因此可知礦井東翼的總配風(fēng)量為：

Q西翼=Q采+Q硐+Q掘+Q它

=666+400+865+200

=2131m3/min

綜上所述調(diào)整后礦井總需風(fēng)量為：Q礦=Q東翼+Q西翼=4692，考慮突出礦井風(fēng)量需要1.2富裕系數(shù)，調(diào)整后礦井需風(fēng)量為4692×1.2=5630。目前礦井南回風(fēng)立井風(fēng)葉角度為-9°，運(yùn)行頻率為25Hz，礦井東翼進(jìn)風(fēng)量3704m3/min，礦井西翼進(jìn)風(fēng)量2174m3/min，礦井總進(jìn)風(fēng)量5878m3/min。

5 通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后礦井通風(fēng)阻力解算

礦井通風(fēng)最困難時(shí)期的通風(fēng)阻力，選取能夠反映通風(fēng)系統(tǒng)特征的最長路線作為計(jì)算礦井最困難時(shí)期的通風(fēng)阻力，即選取包含22061綜采工作面的通風(fēng)路線。

根據(jù)2012年礦井通風(fēng)阻力測(cè)定報(bào)告，對(duì)礦井各采掘工作面及各通風(fēng)巷道進(jìn)行通風(fēng)阻力解算，詳見表1。

綜上述分析：調(diào)整后礦井總風(fēng)量通風(fēng)阻力預(yù)計(jì)將達(dá)到1680Pa，因此根據(jù)主要通風(fēng)機(jī)的性能曲線，考慮最優(yōu)方案及節(jié)能等因素，預(yù)計(jì)礦井主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)葉角度將調(diào)整至-9°，運(yùn)行步率為30Hz。

6 結(jié)語

①通過系統(tǒng)的優(yōu)化解決了礦井目前通風(fēng)系統(tǒng)中存在的問題，為礦井每月節(jié)約通風(fēng)成本約11萬元，以及通風(fēng)機(jī)相應(yīng)的配備設(shè)備，預(yù)計(jì)一年節(jié)約成本133萬元。

②礦井西翼回風(fēng)立井主通風(fēng)停運(yùn)后，每月預(yù)計(jì)節(jié)約11萬度電量，按少利用1度電等于減排0.997千克“二氧化碳”和節(jié)約1千克標(biāo)準(zhǔn)煤等于2.493千克“二氧化碳”推算，每月至少可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤46噸，預(yù)計(jì)一年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤552噸。

③通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化解決了礦井西翼通風(fēng)阻力偏大的問題，西翼采區(qū)通風(fēng)阻力接近臨界指標(biāo)的問題；提高了風(fēng)量利用效率，增加了安全可靠性，使礦井通風(fēng)安全管理水平得到進(jìn)一步提高，在國內(nèi)同等條件下，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

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