鶴煤十礦通風系統與許溝煤礦風井合并優化研究

皮大峰張 攀

(1.鶴壁煤電股份有限公司第十煤礦,河南省鶴壁市,458030; 2.河南理工大學安全學院,河南省焦作市,454000)

鶴煤十礦通風系統與許溝煤礦風井合并優化研究

皮大峰1張 攀2

(1.鶴壁煤電股份有限公司第十煤礦,河南省鶴壁市,458030; 2.河南理工大學安全學院,河南省焦作市,454000)

針對鶴煤十礦13采區南翼遠期需風量增大,當前南翼風井通風能力不足的問題,結合原已停用的許溝煤礦風井鄰近十礦南翼的實際情況,研究啟用該風井優化十礦的通風系統。對礦井通風系統進行了針對性的技術測定后,提出了礦井通風系統合并優化方案。利用計算機對各個方案進行解網分析,并對許溝風井通風機進行選型。該方案被采用后可較好地解決鶴煤十礦遠期的通風問題,有效保障礦井的安全生產。

通風系統 需風量 通風能力 解網分析 合并優化方案

1 礦井概況

鶴壁煤電股份有限公司第十煤礦(簡稱鶴煤十礦)位于鶴壁礦區南部,井田南北走向長5.5 km,東西傾斜長0.8～1.9 km,面積6.54 km2。設計生產能力60萬t/a。可采煤層為二疊系山西組二1煤層,平均厚度7.09 m。礦井開拓方式為立井單水平上、下山開拓。礦井通風采用混合抽出方式,礦井目前有主井、副井、西井區立井3個進風井,西風井、南風井2個回風井。西風井安裝兩臺BDK－6－№.20對旋式主通風機,配套電機功率為2×315 k W;南風井安裝兩臺AGF－2.2－1.3－2對旋式主通風機,配套電機功率為710 k W,均為一備一用。目前礦井有11采區、12采區、13采區3個采區。西風井主要服務于11采區和12采區,南風井主要服務于13采區。

鶴壁市許溝煤礦與鶴煤十礦相鄰,位于鶴煤十礦淺部,設計生產能力30萬t/a。井田范圍有兩個立井,礦井已沒有煤炭儲量,準備進行礦井關閉。

2 礦井通風系統合并改造的緊迫性

鶴煤十礦礦井南風井系統回風段阻力消耗較大,目前僅能為13采區南翼提供約730 m3/min的風量。目前該區域沒有煤巷作業,故短期內基本滿足需要,但下一步要進行煤層內的采掘作業,需風量將大增,該區域風量將會嚴重不足。當前礦井南風井的通風機不能滿足未來安全生產需要,而許溝煤礦的回風井(原許溝副井)鄰近十礦南翼采區,故考慮啟用該風井。如果啟用該風井,許溝風井初期通風機能力能否滿足需要、新風井服務后期選取多大能力的通風機才能保證各條巷道和用風地點達到風量要求、對礦井影響如何、現有通風系統如何進行調整和調控等問題需要解決,針對礦井的這些實際情況需要開展新風井通風機掛網解算的研究工作。為此,由鶴煤十礦和河南理工大學有關人員組成聯合測定小組于2014年7月對礦井通風阻力分布狀況進行了技術測定工作,并在此基礎上提出了通風系統的合并優化方案。

3 通風技術測定與分析

3.1 通風現狀的技術測定

為了進行通風系統合并和優化研究的需要,首先必須掌握當前通風網絡各分支巷道的風阻參數以及礦井通風阻力分布狀況,尤其是進風和回風井筒、大巷等長期使用的井巷,采區區段巷道、上下山等有代表性巷道的風阻參數及摩擦阻力系數。通風技術測定采用氣壓計法中的兩點同時測定法,即在一條分支巷道的兩端用兩臺氣壓計同時讀數,從而減少了氣壓波動、風門開啟、礦車運行等各種因素的影響,提高了測定數據的可靠性和準確性。

依據下列原則確定了阻力測定的主測路線:

(1)在所有并聯風路中選擇風量較大且通過回采工作面的主風流風路作為主測定路線;

(2)選擇路線較長且包含有較多井巷類型和支護形式的線路作為主測定路線;

(3)選擇沿主風流方向且便于測定工作順利進行的線路作為主測定路線。

3.2 測定結果分析

由于西風井系統和南風井系統屬于分區通風,南風井系統的調整對西風井系統影響有限,故主要分析南風井系統的測定結果。

(1)礦井南風井系統總回風量為3180 m3/ min,其通風阻力1812.7 Pa,礦井南風井系統的等積孔為1.48 m2,通風難易程度為中等。

(2)礦井南風井系統進風段、用風段、回風段3段通風阻力分布情況見表1。礦井通風阻力沿程分布狀況如圖1所示。

圖1 礦井通風阻力沿程分布

表1 南風井系統三段阻力分布情況

從圖1和表1可以看出:南風井系統主測線路3段阻力的百分比約為18%∶12%∶70%,主測路線回風段阻力超過了70%,3段阻力分布不甚合理,回風段阻力占總阻力的百分比明顯偏大,而且其百米阻力值也明顯偏大。礦井南風井系統進風段主要由－575 m主巷和－575 m副巷并聯進風,而用風段主要由13采區和13采區南翼兩部分組成,故進風段和用風段風流分散,阻力消耗較少,而回風段區域回風巷道內風量比較集中,再加上回風段風流路線較長導致回風段阻力消耗較多,所占百分比偏大。

(3)井下部分巷道變形嚴重,如13采區南翼中間回風巷局部地點冒頂及底鼓現象嚴重,且巷道內積水嚴重,對南風井通風系統產生一定的影響。

4 礦井通風系統合并優化方案

4.1 礦井通風系統合并優化方案的提出

礦井通風系統的優化改造既要滿足現有通風系統需風要求,又要兼顧礦井今后一段時期的生產部署及供風要求。因此,根據鶴煤十礦的具體情況,把13采區南翼采掘期間及13采區回采與15采區(15采區是后期計劃開拓采區)開拓同時進行的通風情況分為兩個階段:

(1)13采區南翼進行煤層采掘作業時期。為保證下一步煤層內采掘作業的安全,該區域需風量將從730 m3/min增大至約2300 m3/min,該區域風量將會嚴重不足,礦井南風井當前的通風機不能滿足安全生產需要,故需要啟用許溝風井,擔負13采區南翼的通風任務。

通風系統優化改造方案:13采區南翼中間回風巷屬于網絡結構角聯分支,為了減少后期許溝風井和南風井通風機之間的相互影響,密閉13采區南翼中間回風巷;為減少13采區南翼回風路線上的阻力,利用原許溝礦的11采區運輸下山和軌道下山并聯回風,達到原許溝礦井下巷道均并聯回風的目的。

該方案可考慮使用許溝風井的原有BDK54－6－No.16A通風機。原許溝礦11采區軌道下山和運輸下山均采用U鋼棚支護,保證其凈斷面均不低于8 m2。

(2)根據后期生產部署,隨著13采區南翼許溝回風井啟用,其遠期可能存在要同時服務兩個采區的情況,原許溝礦風井通風機能力是否達到要求需要進一步進行研究。此處以同時服務13采區南翼和15采區進行解網分析。

方案Ⅰ:13采區南翼和15采區僅各配備一個回采工作面的解網,此時13采區南翼總需風量約1265 m3/min,15采區總需風量約1265 m3/min。通風機需提供總風量2530 m3/min。

方案Ⅱ:在上一方案的情況下,在15采區新增2個掘進工作面,13采區南翼總需風量約1265 m3/min,15采區總需風量約2300 m3/min。許溝風井通風機需提供總風量3565 m3/min,考慮增大通風機能力,以南陽防爆風機廠中低壓系列的FBCDZNo.22通風機(n＝740 r/min,＋3°)為例進行解網。

4.2 礦井通風系統合并優化方案的解網分析

礦井通風系統合并優化方案確定后,對各方案進行網絡解算和優化分析,以確定最優方案。

4.2.1 13采區南翼進行煤層采掘作業時期

在保證硐室、掘進工作面用風的條件下,采煤工作面自然分風、掛網解算。合并初期礦井通風機變化情況見表2,由表2可知,在新風井(許溝風井)通風機投運初期,南風井通風機風量約減少240 m3/min,負壓增高約240 Pa。

此時13采區1311采面(計劃要回采的工作面)的風量將近1000 m3/min,能夠滿足安全生產要求。13采區南翼總供風量約2300 m3/min,基本能夠滿足安全生產要求。此時許溝風井通風機初始運行風量約為2310 m3/min、負壓1465 Pa。

表2 礦井通風機工況變化表(合并初期)

4.2.2 根據后期生產部署的解網情況

(1)方案Ⅰ的解算結果。由于此時許溝風井系統總風量變化不大,故該方案可考慮仍然使用許溝風井的原有BDK54－6－No.16A通風機。此時礦井通風機工況變化情況見表3。根據表3的解網結果可知,當礦井通風系統聯合運行后,由于南風井系統和許溝風井系統基本可以認為是完全分區通風,僅共用進風路線,故許溝風井系統的改變對南風井系統影響較小,南風井通風機的風壓和風量均僅發生微小變化。

此時13采區南翼1310北采面(13采區的1310采面與15采區的1501采面是同時作業期間的工作面,是根據前面敘述的方案Ⅰ:13采區南翼和15采區僅各配備一個回采工作面的解網中的接替工作面)的風量將近900 m3/min,基本能夠滿足安全生產要求。15采區的1501采面風量約720 m3/min(實際需風量為850 m3/min),風量略有不足,即許溝風井原有通風機能力略顯不足。

表3 礦井通風機工況變化表(不更換許溝風井原通風機)

(2)方案Ⅱ的解算結果。通過上方案Ⅰ的解網結果可知許溝風井原通風機能力可能不足,可考慮增大通風機能力,以南陽防爆風機廠中低壓系列的FBCDZNo.22通風機為例進行解網。

更換許溝風井原通風機后工況變化情況見表4。根據表4的解網結果可知,當新風井(許溝風井)通風機更換較大能力通風機后,南風井通風機風壓略有上升,但由于2個區域屬于分區通風,故南風井系統變化幅度不大。在滿足掘進和硐室用風的條件下,許溝風井系統各區的采面風量均能夠達到風量為850 m3/min的要求。此時新風井通風機風量約為3900 m3/min,負壓2371 Pa。

表4 礦井通風機工況變化表(更換許溝風井原風機)

5 結論

(1)鶴壁煤電公司十礦礦井南風井系統回風段阻力消耗較大,當前該區域沒有煤巷作業,故短期內通風能夠基本滿足需要,但下一步要進行煤層內的采掘作業時,該區域風量將會嚴重不足,需啟用許溝煤礦的回風井(原許溝副井)進行聯合運轉保障今后的安全生產。

(2)當鶴煤十礦和許溝礦風井合并運轉時,需將網絡角聯分支13采區南翼中間回風巷密閉;另外為了減少13采區南翼回風路線上的阻力,應利用原許溝礦的11采區運輸下山和軌道下山并聯回風,即達到原許溝礦井下巷道均并聯回風的目的。

(3)當許溝風井通風機投運初期,主要負擔13采區南翼的通風任務。此時許溝風井通風機初始運行風量2300 m3/min,負壓1465 Pa。

(4)隨著礦井13采區南翼的許溝回風井的啟用,其遠期可能存在要同時服務兩個采區的情況,需風量增大,而其原風機能力可能不足。需要更換通風機,新通風機的選型以投運初期的工況為容易時期,困難時期通風機風量約為3900 m3/min,負壓2371 Pa。根據這兩個時期的通風機工況情況可考慮選擇FBCDZNo.22型通風機(n＝740 r/min,＋3°)。

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(責任編輯 張艷華)

Research on combination and optimization of ventilation system of No.10 Coal Mine of Hebi Coal and Power Co.,Ltd.and the air shaft of Xugou Coal Mine

Pi Dafeng1,Zhang Pan2
(1.No.10 Coal Mine of Hebi Coal and Power Co.,Ltd.,Hebi,Henan 458030,China; 2.School of Safety Engineering of Henan Polytechnic University,Jiaozuo,Henan 454000,China)

Aiming at the matters that the ventilation capacity of air shaft is not enough at present and the required airflow will increase in the future in the south wing of No.13 mining area in No.10 Coal Mine of Hebi coal and power Co.,Ltd.,combined with the actual situation that the deactived air shaft of Xugou Coal Mine is near the south wing of No.10 Coal Mine,this paper studied the restarting of the air shaft of Xugou Coal Mine to optimize the ventilation system of No.10 Coal Mine.Firstly,the ventilation systems were measured,and then,the combination and optimization schemes of the ventilation systems were put forward,and the ventilation network of each scheme was solved and analyzed by computer and the ventilation capacity of the fanner in Xugou mine was analyzed and the type of the fanner was selected.Adopted the optimal scheme,the future ventilation problem of No.10 Coal Mine will be well solved,furthermore,the safety production will be improved effectively.

ventilation system,required airflow,ventilation capacity,ventilation network solution and analysis,combination and optimization scheme

TD722

A

皮大峰(1972－),男,河南商城人,高級工程師,1995年畢業于河南理工大學,現任鶴煤十礦總工程師。