礦井多水平通風系統調整改造方法研究

摘 要：白莊煤礦經歷了由一個水平到兩個水平再到三個水平的不同生產時期，針對不同時期用風需求，研究制定不同的通風系統調整方案，合理利用現有資源，保證礦井安全生產，實現了通風系統運行經濟，合理提高企業經濟效益。

關鍵詞：多水平;通風系統;方法研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.071

礦井通風系統是礦井生產系統的重要組成部分，通風系統合理與否與礦井安全生產、防災抗災能力、穩產高產有密切關系。生產礦井在開采過程中，因生產布局、生產水平和生產能力發生變化，礦井通風網絡、局部通風系統也應隨之進行調整和變化。因此，適時進行礦井通風系統方案調整和模擬優化，進行礦井通風系統改造，確保礦井通風系統穩定，礦井通風系統安全，實現礦井通風系統的安全、技術、經濟運行，防止一通三防重特大事故發生顯得尤為重要.

1 基本情況

白莊煤礦位于肥城煤田中西部，生產水平為-150和-250水平，延伸水平為-430水平，-150和-250兩個水平通風系統相對獨立，礦井通風系統為中央分列抽出式。-150水平南風井設兩臺4-72-11№20B型離心式通風機，運行電機功率為95KW，排風量2180m3/min，負壓1250Pa，備用電機功率為110KW，主要擔負-150水平一個采煤面和三個掘進頭的供風任務。-250水平北風井設兩臺G4-73-12№25D型離心式通風機，配備用電機功率為280KW，排風量為3980m3/min，負壓1300Pa。礦井生產主要集中于-250水平（3個采煤面12個掘進頭），-430水平于2001年進行延伸，-430水平2005年投產形成生產能力后，礦井將形成3個生產水平同時生產的局面。

2 礦井不同時期通風系統改造方法分析、確定

2.1 問題提出

白莊煤礦礦井通風系統變化歷經三個不同時期：

（1）-250水平投產前;

（2）礦井-250水平投產后;

（3）礦井-430水平投產后。

三個不同時期礦井生產布局和礦井通風系統狀況，均不同程度存在著礦井通風系統不能滿足礦井安全生產需要的問題。

2.1.1 -250水平投產前

-250水平投產前，礦井生產主要集中在-150水平，-150水平通風系統存在的主要問題是：

（1）-150水平主通風機滿負荷運轉情況下，-150水平深部7400采區供風量無法滿足生產用風要求;

（2）-250水平在北風井與北大巷貫通后，-250水平主通風機安裝前，-150通風系統無法滿足7400采區生產用風和-250增加掘進頭數的用風需要，-150水平通風系統急待進行調整改造。

2.1.2 -250水平投產后

-250水平主通風機安裝運行后，礦井生產由-150水平逐漸向-250水平過渡，兩個水平用風量逐漸發生變化，-150水平風量由不足到富裕，-150水平通風系統也需要調整優化和改造。

2.1.3 -430水平通風投產后

礦井生產由-250水平逐漸向-430水平過渡，-150水平采掘作業地點減少，礦井通風系統主要問題是：

（1）-430水平通風方案如何確定。

（2）-150水平后期通風系統問題如何解決。

2.2 通風系統優化調整方法的分析確定

2.2.1 -250水平投產前

（1）-150水平7400采區通風系統解決方案。7400采區為-150水平深部采區，將安排一頭一面生產，屆時通風流程達8200米，-150水平主通風機基本滿負荷運轉，依靠原有通風系統無法解決7400采區通風問題。提出四個解決方案。1）更換主要通風機。2）進行網絡改造。3）在主進風巷安裝輔扇。4）利用礦井可控循環風技術，解決7400采區通風問題。1991年經中煤總公司和中國煤炭學會組織專家論證，選擇方案4采用可控循環風技術解決短期內7400通風問題。

計算機分析模擬結果表明，-150水平利用可控循環風后能解決7400采區通風問題，同時能滿足-250水平3個掘進工作面的用風需要，因現有通風能力限制，-250水平無法再增加掘進工作面個數。

（2）-250水平增加掘進工作面通風系統解決方案。針對白莊礦的實際，在-250水平主要通風機未安裝投運前，制定了三個方案。

方案1：利用7400可控循環風系統增加風量。

方案2：改造-150水平主要通風機，加大礦井總排風量。

方案3：利用局扇群通風，建立-250水平臨時通風系統，解決-250改擴建的通風問題。

通過方案比較，-250水平通風系統阻力為119Pa，需風量750m3/min，JBT-62型28KW局扇二臺運轉，一臺備用，可產生負壓700-3000Pa，風量500-780m3/min，能滿足-250水平的用風要求。-250水平均為巖巷掘進，瓦斯涌出量較小，系統服務時間短，通風安全系數較大，通風、瓦斯管理難度不大。經報請山東省省煤管局批準采用局扇群解決-250水平通風問題。

2.2.2 -250水平投產后

-250水平投產后，-150水平3400采區、3700采區收縮，通風流程大大縮短，-150水平用風量逐漸減少，-250水平北風井主通風機并網運行，礦井兩通風系統改造分兩步進行。

（1）7400采區可控循環風。-150水平3400采區收縮結束后，-150水平供風距離縮短，南風井風機能力過剩，能夠滿足-150生產用風需要，拆除7400采區可控循環風系統。

（2）-150水平翻煤籠漏風。-150水平翻罐籠漏風造成-250皮帶巷煤塵飛揚，風流局部短路，風量浪費問題日益顯現出來。

2.2.3 -430水平投產后

-430水平投產后，-150、-250、-430水平同時生產，礦井生產向-430水平過渡，提出不同時期的礦井通風系統解決方案。

（1）-430水平投產初期通風系統改造方案。-150水平南主通風機擔負-150水平和-430水平通風任務，-250水平北風井擔負-250水平通風任務。

（2）-430水平投產中期通風系統改造方案。-150水平南主通風機擔負-150水平和-430水平部分通風任務，-250水平北風井擔負-250水平和-430水平部分通風任務。

（3）-430水平投產后期通風系統改造方案。-150水平南主通風機擔負-150水平和-250水平部分通風任務，-250水平北風井擔負-430水平通風任務。

（4）-430水平生產中期和末期電機功率選型。

1）-430水平生產中期功率選型。

主扇軸功率：

W1=hm1*Q排/1000=1513.8*（6300/60）/1000=158.9kw

配備電機功率：

W電1=W1*K/（n1*n2）=158.9*1.15/0.7/0.9=290kw

2）-430水平生產末期功率選型。

主扇軸功率：

W2=hm2*Q排/1000=2537.6*（7219.8/60）/1000=305.3kw

配備電機功率：

W電2=W2*K/（n1*n2）=305.3/0.85=400kw

-250m水平北風井主通風機電機功率為280kw，轉數為480r/min。-430m水平初期所需電機功率為290kw，-430m水平末期所需電機功率為400kw。

（5）-150水平通風系統改造方案。-430生產中期，-250水平逐漸向-430水平過渡，如對-150水平西翼封閉，勢必造成-150水平以下大量積水，因-150水平和-250水平相臨，大量積水會對-250水平安全生產造成嚴重威脅，因此-150水平停產后，需保留-150水平主要泵房、必要變電所和絞車房及運輸行人軌道。制定了三個方案：

通過方案分析比較，待-150水平停產后，如-250和-430水平通風能力充足，選用方案一，否則，選用方案三。

3 通風系統優化改造的經濟和社會效益

3.1 -250水平投產前

（1）可控循環風系統，解決了白莊礦深部7400采區、3400采區通風問題，為國內解決同類通風問題積累了經驗，新增產值17000萬元，直接經濟效益3350.5萬元。

（2）-250水平臨時通風系統。1）增大了-250水平的風量698m3/min，使-250水平掘進工作面由3個增至6個。2）-250水平利用臨時通風系統通風比利用主要通風機通風節電。

利用北風井臨時通風系統比利用南風井主通風機主扇擔負-250水平通風問題累計節電90.8萬kW.h，節約電費27.24萬，新增產值3350.5萬元。

3.2 -250水平投產后

（1）優化簡化系統減少風量，調節風機工況（下落風峒立閘門）。每年節約電費6.55萬元。

（2）改造風阻大的總回風巷，更換主通風機電機。每年節約電費21.8萬元。

（3）-250水平效益分析（-150翻煤籠漏風治理）。累計節約電費46.4萬元。

3.3 -430水平通風效益分析預測

-430水平投產后，礦井生產主要集中于-430和-250水平，-150水平生產結束后，停止-150水平主通風機運行。

（1）采用-250水平北風井主通風機擔負-150水平通風，每年節電年70萬度，節約電費28萬元。

（2）若-150水平獨立通風，每年節約電費14.45萬元。

（3）利用-150水平主通風機擔負-430水平部分采區供風任務，每年可節約電費20萬元。

4 幾點體會

（1）多水平生產礦井，自然條件、生產布局變化（如水平延伸、生產地點邊遠、礦井不同水平的不同生產時期），易造成礦井邊遠地區風量不足，改擴建過渡時期風量不能滿足生產要求，與之適應的通風系統勢必發生變化，可控循環風系統、臨時用風系統是較為有效的解決辦法，但要應用條件嚴格。水平生產后期，用風量減少，采用下落風峒立閘門和更換電機的辦法，同類礦井可借鑒應用。

（2）礦井風量過剩時，在更換小功率電機前，采用下落風峒立閘門的方法可降阻、節電，效果較好。

（3）礦井多水平通風系統要結合各自實際制定相應的改造方案，對方案的計算機模擬優化是實現通風方案由定性到定量分析的必要前提條件，對改造方案的成功與否起決定性作用。

（4）如何確定礦井通風系統優化改造的評判指標，即礦井通風系統發生變化時確定哪些參數或這些參數指標具體數值為多少時方需優化改造。

（5）優化改造效果的評判，優化改造的結果是否最優，指標如何確定等還需進一步探討。

作者簡介：劉尊杰（1964-），男，山東菏澤人，研究生，站長，研究方向：煤礦安全管理和礦建技術。