马家沟煤矿通风系统优化研究①

朱锴 李斌 张景钢

(华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

马家沟煤矿通风系统优化研究①

朱锴②李斌 张景钢

(华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

基于目前矿井通风阻力过大的现状，根据马家沟煤矿后期生产规划，对马家沟煤矿进行了全面的阻力测定，分析了阻力分布状况以及通风系统存在的问题，提出了针对性的优化方案，利用计算机软件对各个方案进行了解算模拟，最终优选出最佳的改造方案。

通风系统;通风阻力;风机性能;系统优化

1 概述

马家沟煤矿设计生产能力为60万t/年。2010年实际生产原煤为58.96万吨，目前本矿在九水平、十水平开采9煤层、12煤层，布置了4个采煤工作面，6个掘进工作面。矿井煤层间开采顺序和采区内同一煤层开采顺序均为自上而下。采煤工作面布置以走向长壁为主，采用柔性掩护支架支护，采煤工作面顶板管理为自然垮落法。矿井采用单翼对角抽出式通风，新鲜风流经老2号及3、4号三个立井至5水平井底车场，后进入11号暗井至8水平井底车场再经13号暗井，到达10水平运输大巷，部分风流经0005进风上山冲洗工作面后到0005回风道经9905回风上山，至8905暗井，经7905暗井到5水平平石门回到5605上山至3水平大巷最后到2505甲回风巷最后到西风井回至地面。

现用主要通风机型号为62A13－N024型轴流式风机，功率为1000kW，风机叶片安装角度45度。备用主要通风机型号为62A14－N024轴流式风机，功率为1250kW，风机叶片安装角度45度。2011年7月28日实测矿井实际总进风量155.50m3/s，矿井总排风量160.62 m3/s，矿井通风总阻力2815.34Pa。

2 通风阻力测定及分析

2.1 通风阻力测定方法的选取

根据本研究的目的，需对全矿各通风系统进行全面调查和阻力测定工作，为矿井系统优化提供基础参数，因工作量大，测定线路长，故采用气压计法对全矿各通风系统进行阻力测定。测定时，将一台JFY－1型精密气压计放置在地面井口附近作为基点，测量地面气压变化情况，另外一台气压计沿测定路线按选定的测点依次进行测定。基点气压计每隔5分钟读一次相对压力数值，井下测点气压计在各测点每逢5分钟读数，以便测点气压计和基点气压计读数时间相对应，用来校正地面气压变化对测点读数的影响，保证测定结果的可靠性。在各测点测定风流压力的同时，应对巷道的风速、断面尺寸等相关数据进行采集〔1〕。如此依次测定全部测点，待测点气压计回到井口时重新校对仪器读数，以检查仪器的误差，至此测定完成。

2.2 通风阻力分布分析

按用风地点在通风系统中的位置和作用，将矿井通风系统的各段风路分为进风段、用风段和回风段，三段的阻力比例是衡量通风优劣的重要标志之一〔2〕。本次测定共有十条路线，其中通过采区的通风系统有六条，分别是：0421一面/0423一面通风系统，0591三面通风系统，0721四面通风系统，0091四面通风系统，0523二面通风系统和9321四面/9323四面通风系统。这六条通风系统的的阻力分布如表1。

表1 马家沟煤矿通风系统阻力分布表(2011.8)

分析如下：

1)从上表计算结果可以看出，矿井六条通风路线的阻力主要集中在回风段，其阻力大部分都在60%以上，整个矿井通风阻力的分布比较合理。

2)马家沟煤矿已有近百年的开采历史，矿井通风系统和通风网络复杂，存在所谓“三多”现象——通风巷道多、漏风通道多、角联风路多，造成0091、9605、8605等井下多个有效风量偏低。且五水平14石门以东大巷冒严只能从火药库串风。

3)由于矿井通风路线长，7405风眼上下口、9405上口、九水平副巷、9605、8605、7705风眼及相关巷道冒落严重，8205风眼上口、8475风眼、9505大眼、船眼、0005一面船眼到大眼联络巷、七水平7石门至12石门大巷等多处巷道断面被压缩变小，致使矿井通风阻力偏大。根据《中华人民共和国安全生产行业标准》AQ1028－2006(煤矿井工开采通风技术条件)〔3〕：风量5000～10000m3/min时，矿井总阻力应＜2500Pa。本次阻力测定结果表明，矿井总回风量为9330m3/min，矿井通风总阻力为2815.34Pa，矿井通风阻力显然高于规定值。

3 矿井通风系统优化方案

3.1 优化方案的提出

为实提高通风系统稳定性，降低矿井通风阻力，在前期矿井通风阻力测定与分析的基础上，结合该矿的实际生产情况和近期规划，针对现有通风系统存在的问题，综合考虑系统结构、巷道断面等技术措施，在与现场工程技术人员多次沟通和讨论后，提出如下三个优化方案：

1)方案一：进行全矿井的巷道整修工程：对风阻较大的13条巷道和风眼进行全面整修，通过扩巷工程，疏通系统，提高系统通风能力。

2)方案二：在方案一的基础上，改用大功率风机：扩巷工程实施后，西风井换用BDK－8－No.26对旋式大能力风机。

3)方案三：在方案一的基础上，改中央二号井进风系统为回风系统：扩巷工程实施后，将原来矿井上巷的巷道用风、硐室用风、十一水平延伸用风及九西三石门和四石门的部分生产用风，从二号井进风系统排出地面。

3.2 最优方案的确定

矿井通风系统改造方案提出后，利用计算机软件对以上各个方案进行了通风网络解算分析，从技术层面综合比较了上述各方案的模拟结果，模拟效果对比表2：

表2 模拟效果比较

分析如下：

1)采用方案一，从模拟结果可知：西风井风机风量增加为166.44m3/s，风压值降低为2637.186Pa，效果比较明显，但没有达到预期目标，可作为基础方案采用。

2)采用方案二，对全矿的巷道进行整修后，选用风机型号为BDK－No.26A对旋式风机，从模拟结果可知：西风井风量有所增加为185 m3/s，比较接近预期效果，但风压增加为3252.381Pa，效果仍不理想。

3)采用方案三，从模拟结果可知：西风井风量151.88 m3/s，二号井风量96.73 m3/s，矿井总进风量大大增加，且风机工况点均在有效工作区域之内。井下各用风点风量均满足要求，达到了预期的效果，可作为最佳方案。

综上述，马家沟煤矿采用方案三作为通风系统优化方案，是最优的选择。

4 结论

1)根据马家沟矿通风系统的实际情况和矿方提出的优化改造目标及要求，有针对性地提出了三套优化方案，通过对这些方案进行详细的解算模拟和对优化后的效果进行认真的分析研究，确定方案三作为最佳方案

2)采用方案三，势必存在两台风机并联运转问题。研究表明：公共风路的风阻越小，各台风机的能力越接近，则风机运转越稳定，也越安全可靠。因此，在进行矿井通风设计时，要尽可能降低公共风路的风阻。在条件允许情况下，公共风路的巷道断面要尽可能大些;路线尽可能短些，或者使矿井的进风道尽可能多些，从而保证两台风机并联运转的稳定性。

3)方案三实施后，应该对两台主要通风机的运转状况进行必要的监控，一旦出现风机不稳定运行，立刻采取有效措施，以确保全矿井通风的稳定可靠。

［1］程根银，朱锴，等.百善煤矿通风阻力测定及分析［J］.中国安全科学学报，2009，19(2)：101－105

［2］张国枢.通风安全学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2000

［3］国家安全生产监督管理总局.煤矿井工开采通风技术条件［S］.北京：煤炭工业出版社，2007

Majiagou Optimization of coal mine ventilation system

ZHU Kai，LI Bin，ZHANG Jinggang

(North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing-East101601)

Based on the current mine ventilation status of the resistance is too large，according to later in Majiagou coal mine production plan，a comprehensive determination of the resistance in Majiagou coal mine，analysis of the distribution of resistance as well as the ventilation system problems，proposed targeted optimization，using computer software to understand the various options considered simulation，and final selection of the best rehabilitation program．

ventilation systems;ventilation resistance;fan performance;system optimization

TD724

A

1672－7169(2011)04－0030－03

2011－07－28

朱锴(1966－)，男，河北保定人，博士，教授，华北科技学院安全工程学院院长助理，研究方向：矿山灾害。