納林河二號礦通風系統網絡解算與改造實踐

張曉昊

（中煤西北能源有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017000）

納林河二號礦井采用中央并列通風方式，井田中央布置一個回風井。《煤礦安全規程》規定：煤層容易自燃礦井及有熱害的礦井應當采用分區式通風或對角式通風，初期采用中央并列式通風的只能布置一個采區生產。納林河二號礦井3-1煤和3-1上煤均為易自燃煤層，所以3-1上煤一盤區回采前必須對礦井通風系統進行改造，實現分區通風。礦井在3-1上煤一盤區新建二號回風井，屆時礦井一號、二號回風井主扇將實現聯合運轉。本文通過利用仿真模型模擬風機聯合運轉時的工況、井下通風阻力和風量分配情況，針對存在的問題提出解決方案并驗證方案的可行性，對解決礦井新增回風井后通風系統穩定運行具有重要意義。

1 礦井概況

納林河二號礦井位于鄂爾多斯烏審旗境內，礦井設計生產能力為8.00 Mt/a。目前一號回風井風機主扇采用FBCDZNO.32/2×900 型對旋軸流式通風機，一級、二級電機葉片角度為3o，變頻器頻率為45 Hz，二號風井風機主扇選用FBCDZNO.32/2×710 型對旋軸流式通風機，目前礦井總回風為16 347 m3/min，礦井負壓為2500 Pa。

2 礦井通風系統阻力測定

2.1 測試方法及原理

通風阻力測定采用單管傾斜壓差計法。如測量巷道1、2 兩斷面之間的通風阻力，單管傾斜壓差計布置如圖1。

圖1 單管傾斜壓差計測量阻力布置圖

將單管傾斜壓差計放在2 點之后，則兩點之間的壓差值Pa與mmH2O 關系為：

式中：K 為單管傾斜壓差計的校正系數；L讀為單管傾斜壓差計的讀數，mmH2O；g 為常數，取值為9.8 m/s2。

式中：p1為 1 點的相對靜壓，Pa；p2為 2 點的相對靜壓，Pa；ρ1-2為1、2 點間空氣密度差，kg/m3；z1、z2為 1、2 點巷道高度，m。

根據能量方程式，1、2兩斷面之間的通風阻力為：

式中：h阻1-2為1、2 兩點間通風阻力，Pa；v1、v2為 1、2 兩點風速，m/s。

所以用單管傾斜壓差計測量阻力的計算公式為：

式中：ρ1、ρ2為 1、2 兩點空氣密度，kg/m3。

再由式（6）算出巷道百米摩擦風阻：

式中：R 為百米摩擦風阻，kg/m7；Q 為巷道風量，m3/s；L 為巷道長度，m。

2.2 阻力測定過程及結果

本次阻力測定根據現場實際情況，共選取測點405 個，逐段測量巷道通風阻力以及各測點風速、風量、斷面積等數據，同時詳細統計巷道支護形式。經過詳細測定和計算，得出礦井各巷道通風阻力。主要大巷及工作面通風阻力測定結果見表1。

表1 礦井主要大巷及工作面通風阻力測定結果

3 仿真模型建立及模擬解算

利用通風系統圖，構建并完善礦井通風系統仿真模型。將巷道通風阻力測量結果與通風動力裝置工況錄入系統，固定部分風路風量，進行風流分配仿真。經過反復調試，使巷道風量和最大阻力均和現場一致。

二號回風井主扇投入運轉后，采用的礦井通風方式將由中央并列式改為分區對角式，實現分區通風。根據礦井采掘接續安排，礦井需風量合計18 580 m3/min，以該風量對礦井通風系統進行調整。

3.1 方案對比

方案一：二號回風井風機聯網運行后只負責3-1上煤采區工作面回風，3-1煤采區工作面回風仍由一號回風井負責。該方案使礦井完全實現分區式通風，可以杜絕兩風機間互相作用導致效率降低的情況，同時減小采區之間相互影響，在一個采區發生災害時不會影響另外一個采區回風。但該方案一號回風井通風路線長，通風阻力大，漏風較多。

方案二：二號回風井風機聯網運行后負擔一部分3-1煤采區回風。該方案使二號回風井風機得到充分利用，縮短礦井通風路線，有效降低礦井通風阻力，較少漏風。但該方案使3-1煤采區回風與3-1上煤采區回風未徹底分開，有可能出現兩風機間相互作用增大通風阻力的情況。

方案三：由一號回風井風機負擔部分3-1上煤采區回風。該方案不用調整一號回風井風機葉片角度與頻率，直接啟動二號風井風機運行即可，可有效減少系統調整工作量。但該方案使3-1煤回風大巷風量增大，礦井通風阻力增大。

3.2 方案選擇與模擬解算

經過研究，并分別通過網絡解算結果分析和比較，綜合考慮系統調整工作量、節能降耗、方案運行優缺點等指標，最終對二號風井風機聯網運行通風系統調整方案進行了確定，采用方案二進行調整。

在通風系統仿真模型中構建二號風井，將一號回風井主扇與二號回風井主扇特性曲線函數化后，得出特性曲線函數方程。經過MVIS 多次模擬仿真解算，確定一號回風井主扇運行在葉片安裝角0°、電機頻率40 Hz 工況點時最為經濟合理，二號回風井主扇運行在葉片安裝角-3°、電機頻率35 Hz 工況點時最為經濟合理。

風機選取該性能曲線時模擬風機工況點如圖2，礦井總回風量為19 457 m3/min，主扇總排風量為20 118 m3/min，外部漏風658 m3/min，井下各用風地點風量均滿足設計需要。

圖2 各風機模擬解算工況點

4 聯網運行情況

納林河二號礦井二號回風井主要通風機按照預定方案與模擬解算結果進行聯網，通風系統運行正常后主扇排風量為19 810 m3/min，礦井總回風量為19 297 m3/min，外部漏風 513 m3/min，滿足礦井需風量。各風井實測數據與模擬解算數據對比見表2。

表2 通風系統模擬解算數據與實際數據比較

風機實際運行工況如圖3，通風系統調整前后示意圖如圖6。井下各用風地點風量符合設計要求，二號回風井風機聯網實現一次成功。

5 結論

（1）對納林河二號礦井通風系統參數測定，詳細掌握了各巷道通風阻力分布情況，為通風系統優化提供了依據。

（2）在充分利用通風分配原則和解算原理的基礎上，使用軟件對通風系統進行模擬解算。實際測量風量、風壓與解算結果誤差率均在5%以內，進一步驗證了MVIS 軟件的可靠性與精確性。

（3）構建納林河二號礦井通風系統仿真模型，通過軟件對礦井通風網絡進行解算，并對二號風機聯網運行方案進行仿真模擬。通過風機工況對比，選擇最優運行工況。同時對井下相關通風設施及巷道的風量分配情況進行優化調整，最終確定最優方案，對礦井通風系統改造具有指導意義。

圖4 通風系統調整前后通風系統示意圖

圖5 各風機實際運行工況點