楊莊煤礦礦井通風系統改造的分析與體會

李曉霞

摘要：分析了礦井通風系統的復雜性、穩定性差的原因和其對礦井安全生產和其他方面管理帶來的不利因素，提出采用“收縮戰場，合理布局”的方式來提高礦井通風系統的穩定性，對礦井通風系統的簡化、優化和管理有一定的現實指導意義。

關鍵詞：楊莊煤礦；通風系統；穩定性；改造

中圖分類號：TD724文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）08－0017－02

礦井通風系統是礦井生產系統的一個關鍵組成部分，它對礦井的安全生產和經濟效益都起著重要的作用。但在實際生產過程中，煤礦通風系統經常會遇到以下兩種情況：①原有的通風系統經常因為要適應生產布局的需要而被動作出調整，而這種調整往往很難有效兼顧全局，致使通風系統的防災、抗災能力逐漸降低。②礦井不斷被開采，井下必然會產生廢舊巷道，隨著時間的推移，大量廢舊巷道導致礦井的生產布局愈發散亂，通風系統日趨復雜、通風流程不斷延長、通風阻力逐漸增大、漏風量日漸攀升，礦井主要通風機長期不在高效區域內運行等問題，同時也導致通風效率低下，造成了極大的電力浪費，加大了生產成本。

鑒于此，如何使礦井通風系統達到正規合理、穩定可靠的要求，就成了許多煤礦所面臨的棘手問題。以下試圖通過對淮北礦業（集團）楊莊煤礦簡化、優化礦井通風系統進行分析，來做一些有益的探索。

楊莊煤礦通過采用“收縮戰場、合理布局”的方式來簡化、優化礦井通風系統，不僅保證了井下安全，同時也取得了良好的經濟效益。

1楊莊煤礦的概況和背景

楊莊煤礦投產于1966年，改建、擴建后，年最大生產能力可達2.2×106 t，礦井的主采煤層系5#，6#煤層，系屬高瓦斯礦井。煤礦絕對瓦斯涌出量為36.58 m3/min，相對瓦斯涌出量為11.6 m3/t。煤層的自然發火等級屬于Ⅲ類（不易自燃），煤塵爆炸指數為17.74%～18.71%.

該礦井采用的是立井多水平開拓、上下開采的方式。目前，一水平業已報廢，二水平、三水平屬于生產水平，四水平則為開拓延伸水平。

該礦井的通風方式為抽出式，即中央邊界對角分區的通風方式。礦井采用多風井復雜通風系統，新、老副井為進風井，土型、東二和西二3個風井是回風井。目前，土型風井系統資源已基本枯竭，采掘工作面主要布置在東二和西二2個風井。

在改造前，該礦井的風門和封閉等通風設施總計達400余

的變化，θ，δ，T的變化如表3所示（其中，θ' =90－θ是搖擺角）。

表3負浮力變化引起的參數變化

ΔG/N θ/° δ/° T/N θ'/°

766 83.605 3 79.314 5 765.095 232 7 6.394 7

780 84.828 2 79.502 4 781.587 086 3 5.171 8

796 84.889 8 79.712 7 797.460 318 1 5.110 2

806 84.927 6 79.840 0 807.384 732 5 5.072 4

826 85.001 6 80.085 5 827.241 426 5 4.998 4

從表3中可以看出，隨著正浮力的增大，θ和δ呈上升趨勢，錨鏈對水下平臺的系泊力T也在逐漸增大，而搖擺角θ' 卻在明顯減小。由此可見，可以通過增加水下平臺的負浮力使水下平臺的系留更加穩定。但是，隨著負浮力的增大，錨鏈所受的拉力也在同步增加，所以，通過增加水下平臺的負浮力來提高水下平臺的系留穩定性時，一定要注意錨鏈可以承受的最大拉力。

綜上所述，為了保證在水下系留狀態水下平臺具有穩定的姿態，我們可以通過以下幾種方法實現：①改變重心與浮心之間的距離。重心、浮心之間的距離越大，水下平臺系留姿態的穩定性就越好。②增大正浮力。此方法也可以提高水下平臺系留姿態的穩定性，但是，與正浮力同時增大的錨鏈系泊力T對錨鏈的要求也在相應提高。

此外，xt與Δxp的變化也會對水下平臺系留姿態的穩定性產生影響，本文在此不作研究。

3結束語

對單點水下系留平臺的系留方式作了深入分析、計算、研究，并對如何通過水下平臺衡重參數的改變來提高平臺系留姿態穩定性作了計算證明，得出了切實、可行的方法和結論。目前，對水下系留平臺的動力學方法計算結果雖然可以滿足工程的要求，但是，其滿足程度也是相對準靜定法而言的，其本身也存在一些還沒有解決的難題，需要作更深入的分析、研究。

參考文獻

［1］湯小霞.波浪作用下錨泊系統動力響應的數值模擬［D］.大連：大連理工大學，2006.

［2］吳亞軍，雷江濤，王琿.基于遺傳算法的AUV殼體環肋模糊可靠性優化設計［J］.魚雷技術，2006（3）.

［3］杜度，張寧，馬騁，等.系泊系統的時域仿真及其非線性動力學特性分析［J］.船舶力學，2005（4）.

〔編輯：白潔〕

Stability of Single Point Mooring Underwater Platform

Ding Baojun

Abstract: The single-point mooring system of underwater platform gave way and remains static stability analysis, and thus affects the balance weight parameters discussed tethered to the platform stability. The method used to calculate the static equilibrium analysis of system stability remain underwater platform, a comprehensive understanding of the underwater platform features in terms of movement and mooring forces, thus providing the theoretical basis for decision making underwater platform design and practical use.

Key words: single-point mooring; underwater platform; stability; static analysis

道，且風流路線較長，最大流程可達11 000 m。回風巷道長4 000，且年久失修，通風斷面嚴重不足。3個回風井始終處于高阻運行狀態，特別是西二風井，其最大負壓達到3 250 Pa。3個風井共服務6個采區，用風地點分散，通風設施數量多，通風系統復雜，通風管理困難。因此，對礦井通風系統進行改造是很有必要的。

2通風系統簡化、優化的依據和方法

實現通風系統的正規、合理，且實現主要通風機的安全、經濟運行，是搞好礦井通風管理和實現礦井安全生產的前提和基礎。

鑒于楊莊煤礦的井巷工程和通風設備已形成定局，本著投資少、效益高的目的，在現有礦井通風系統的基礎上進行簡化和優化成為必然的選擇。具體的簡化、優化技術路線有以下三條：①需要對礦井通風系統的現狀進行一個比較全面的調查，調查內容主要包括通風系統的網路結構，測定主要通風機的性能數值、測定通風阻力數值、測定井下風量數值和對漏風原因進行分析。②需要對礦井的通風現狀進行客觀、科學的分析，主要包括礦井的核定生產能力，礦井的采掘接替如何安排，礦井的通風網路結構是否合理，主要通風巷道的斷面、長度和支護形式，最大阻力路線的分布范圍，通風系統目前存在的問題。③擬出幾個簡化、優化通風系統的可行性方案，通過計算機模擬對比，選取最優。

3通風系統簡化、優化的實踐和效果

3.1通風系統的現狀測定和分析

楊莊煤礦通風系統屬于多水平、多風井的復雜通風系統，通風設施比較多，全礦通風設施總計400余道，其中，風門共計160道，擋風墻共計240道。由于該通風系統漏風點較多，因此管理非常困難。

土型風井擔負著Ⅱ57和Ⅱ65兩個采區的通風任務，因資源枯竭，這兩個采區都面臨報廢。Ⅱ57和Ⅱ65采區報廢后，將出現通風資源浪費現象。

東二風井分別擔負著Ⅱ61，Ⅲ51和Ⅲ63 3個采區的通風任務，所需風量較大，通風比較困難。

西二風井只擔負著Ⅲ62采區的通風任務，但該風井后期需要擔負起Ⅳ2采區和城下煤柱的通風任務，屆時將無法滿足生產所需要的風量。

Ⅱ57采區的人行上山回風巷、Ⅲ63采區的人行上山回風巷、611采區的軌道上山回風巷和Ⅲ62采區的回風上山回風巷均已出現局部垮落、變形等情況，成為高風阻段。

3.2通風系統簡化、優化的實施

通風系統簡化、優化的實施分為以下幾步：①關閉、簡化不必要的生產系統。報廢Ⅱ65、Ⅱ57兩個采區，并拆除封閉，同時將原有的6個采區減少為4個，5 個采煤工作面減為4 個，21個掘進工作面減為17個，從而實現“收縮戰場，合理布局”。②擴修巷道，疏通網絡，降低礦井通風阻力，保證通風系統暢通。新建Ⅲ51采區輔助進風巷（220 m），修護Ⅱ52采區運輸上山回風巷（1 100 m），Ⅰ采區水平東大巷（2 000 m）和Ⅱ57采區、Ⅲ62采區、Ⅲ63采區3個采區的回風道（5 230 m）。③簡化礦井的通風系統，精簡礦井的通風設施，從而提高礦井通風系統的穩定性和可靠性。風門從原先的160道減至96道，封閉（擋風墻）由原有的240道減至160道。風門和封閉總計減少了144道，與原先相比，減少了36%. ④調整通風負擔，合理安排通風任務。Ⅲ63采區通風任務原先由東二風井擔負，通過新建井巷（360 m）和擴修巷道（2 000 m），將其調整為由土型風井來擔負通風任務，從而解決了東二風井通風能力較為緊張的問題，同時也解決了土型風井通風資源嚴重浪費的問題。

3.3改造西部通風系統

方案一：啟用原西一風井。

方案二：建造新西風井，關閉西二風井。新西風井回風道井巷工程252 m，井筒231 m。

利用計算機進行模擬試驗，方案一中，風機初選工況點數值Q為72.5 m/s，H為4 116 Pa，最大通風流程為13 554 m；而方案二中，風機初選工況點數值Q為80. 19 m/s，H為2 601 Pa，最大通風流程為11 216 m。

通過比較經濟技術可知，方案二的風機初選工況點中Q值大于方案一，H值和最大通風流程均小于方案一，因此，方案二通風效果比方案一要好，最終選擇方案二，即建造新西風井，關閉西二風井。

3.4通風系統最終簡化、優化效果

改造前后的效果主要體現在以下幾方面：①改造前，有效風量率為87.5%；改造后，有效風量率提高至89.7%，漏風量明顯的降低。②改造前，土型風井的負壓為2 750 Pa；改造后，土型風井的負壓下降至2 350 Pa，年用電量降低，每年可節省電費支出14. 74萬元。③改造后，東二風井年用電量降低，每年可節省電費支出17. 51 萬元。④經過改造，西部通風系統在滿足Ⅲ62采區通風任務的同時，還有效擔負起Ⅳ2采區和城下煤柱的通風任務，實現了通風資源的優化配置。不僅如此，同方案一比較，方案二大大降低了通風系統的年用電量，每年節省電費支出66. 93萬元。⑤從整體運行效果來看，改造后，整個礦井的通風設施大為減少，通風流程大大縮短，通風阻力明顯降低，所有測定數據均達到了預期值。由此可見，改造后整個通風系統正規、合理，而且運行可靠、穩定、高效、節能，滿足安全生產的實際需要。

4總結和體會

結合楊莊煤礦礦井通風系統的簡化和優化實際案例可知，簡化、優化的目的、原則和方法概括起來就是“收縮戰場、合理布局”。通過簡化、優化礦井的通風系統，大大提升了礦井的防災和抗災能力，整個礦井通風系統正規合理、穩定可靠，并能將生產安全和經濟效益這兩者有效地統一起來。

當前，我國很多老礦存在著同楊莊煤礦一樣的問題。另外，一些新礦新設備和新技術的運用在大大提高生產效率的同時，也逐漸出現了同楊莊煤礦一樣的問題，因此，楊莊煤礦的改造經驗具有一定的普適性。同時，分析和總結楊莊煤礦的礦井通風系統改造經驗，對我國礦井通風系統效能的整體提升有著不可或缺的作用。

參考文獻

［1］黃元平.礦井通風［M］.徐州：中國礦業學院出版社，1986.

［2］吳中立.礦井通風與安全［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1989.

［3］俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1992.

〔編輯：劉曉芳〕

Analysis and Experience of Yangzhuang Mine Ventilation System Transformation

Li Xiaoxia

Abstract: The complexity of the causes of poor stability and unfavorable factors for mine safety and other aspects of management to bring the mine ventilation system, proposed a“shrink battlefield, rational distribution,”the way to improve the stability of the mine ventilation system , to simplify the mine ventilation system, optimization and management has some practical significance.

Key words: Yangzhuang Mine; ventilation system; stability; transformation