孔庄煤矿深部改扩建主要通风机并网运行相关问题研究①

姚向东 梁红立 倪文耀

(1.上海大屯能源股份有限公司通风管理部，江苏沛县 221611;2.华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

孔庄煤矿深部改扩建主要通风机并网运行相关问题研究①

姚向东1②梁红立1倪文耀2

(1.上海大屯能源股份有限公司通风管理部，江苏沛县 221611;2.华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

孔庄矿三期改扩建工程投产后，矿井需风量将大幅提高。经测定分析，现有通风系统中主要通风机无法满足改扩建后的通风需要。为此，经模拟计算矿井生产过渡时期和改扩建后矿井通风系统的变化，提出了更换现有主要通风机的合理期限，优化选择了改扩建工程投产后新主要通风机的合理工况点。经现场检验，模拟计算的矿井改扩建过渡时期和改扩建工程投产后通风系统变化时期的主要通风参数与井下实测数据非常吻合。证明提出的孔庄煤矿深部改扩建主要通风机并网运行关键问题的解决方案科学合理、切实可行。

煤矿;主要通风机;并网运行;研究

0 引言

孔庄矿三期改扩建工程投产后，由于采掘接替的变化、地温升高、瓦斯涌出量增加等因素，将对改扩建后的矿井通风系统带来较大影响。改扩建后全矿井最大需风量将达到16000 m3/min，而现有通风系统中，主要通风机性能老化、通风能力有限，矿井所能承担的回风量仅11000 m3/min(南风井4000 m3/min，东风井7000 m3/min)。因此，现有主要通风机和系统状况远远不能满足将来矿井深部接续生产的要求。为此，选用新的主要通风机，并研究其与井下通风网络匹配运行后的有关关键问题，对孔庄矿改扩建后保持合理的矿井通风系统，并确保安全生产具有非常重要的现实意义。

1 现有矿井通风系统测定分析

在新风机运行前的矿井通风系统过渡时期进行矿井通风阻力测定，为科学制定今后各时期矿井通风系统的优化调整方案提供详实的基础资料是十分必要的。为此于2010年1月8日，分4条主要通风路线(见图1、图4)对孔庄矿整个矿井通风系统进行了全面的通风阻力测定。测定结果见表1。

表1 通风阻力测定数据汇总

由表1可知，各测定路线通风阻力测定误差均小于5%，测定结果正确可靠。

结合测定过程和测定结果，发现孔庄矿目前的通风系统主要存在以下问题:

1)南风井东翼总回风巷(断面7m2～9m2，长度1500m)巷道年久失修，局部地点风速超限，通风阻力505.05Pa，占南风井通风线路总阻力的31%。

2)井下通风设施数量较多，其中尤以Ⅰ6采区风门及风量调节设施最多，降低了系统的可靠性。

3)采掘用风地点过多，矿井供风紧张，通风管理困难，井下风量可调性差。

除考虑以上问题外，深部改扩建主要通风机并网运行还需解决以下关键问题:

1)解算东、南风井新主要通风机并网运行后的工况点，分别确定东、南风井新主要通风机并网运行后叶片的合理安装角度;

2)新主要通风机并网运行后的工况点在高效、安全区域内;

3)新主要通风机并网运行后通风系统的调整方案实施后，井下各用风地点风量、风速符合《煤矿安全规程》有关规定。

2 东风井新风机运行后矿井通风系统调整

2010年7月东风井新风机运行前，矿井通风系统与通风阻力测定时相比，主要是增加了一些用风地点，使东风井总需要风量增加至11471m3/min;而主要通风路线上Ⅰ4采区-160补回风大巷和Ⅰ5补回风巷已贯通，所以东风井新风机运行前矿井通风总风阻与通风阻力测定时矿井通风总风阻相比肯定会有一定的下降。查孔庄矿提供的新风机特性曲线，大致确定新风机运行-2.5°曲线可满足矿井通风需要。可将东风井新风机按照-2.5°曲线输入计算机软件进行试运算，如解算结果能满足矿井通风需要，则确定东风井过渡时期新风机在-2.5°叶片安装角运行;如解算结果不能满足矿井通风需要，则确定东风井过渡时期新风机在0°叶片安装角运行。

在对通风系统现状模拟解算结果基础上，按照2010年7月矿井生产布局以及通风系统变化情况，在计算机软件中输入相关变化的巷道分支，并将东风井新风机的-2.5°曲线输入软件，南风井按原曲线输入不变，其余没变化的巷道分支也维持原输入基础数据不变。

2.1 通风系统不做调整的模拟解算

根据上述条件运行计算机软件后的解算结果，如不采取任何控制风流的措施，则由于东风井通风能力的加大，将使南风井区域的一部分风量由东风井抽出，此时南风井仅能回风3109 m3/min左右;而由于东风井风机额外负担了部分原南风井区域的风量，使得Ⅰ5和Ⅰ6采区的采煤工作面(分支37-38与11-12)风量分别仅为1716m3/min和794m3/min，不能满足要求。因此，必须对通风系统进行调整，以确保各用风地点风量满足要求。

2.2 调整通风系统后的模拟解算

为了满足通风需要，将通风系统作如下调整:

1)将Ⅰ3和Ⅰ4采区之间的-160总回风巷中的风门拆除后，在Ⅰ3和Ⅰ2采区之间的-160总回风巷中设置风门，以避免东风井抽出太多的南风井区域风量。

2)将Ⅱ1行人上山(47-46分支)上部的调节打开，并在东一二集中下山与一号皮带下山下部的联络巷(48-41分支)中增设调节风窗，以保证8335备用工作面(52-51分支)风量满足要求。

调整通风系统后的模拟解算结果见表2。

表2 东风井新风机运行主要指标比较

由表2可知，东风井新风机在-2.5°运行风量可基本满足生产要求，通过控制好风门设施的质量，减少采区内部漏风和矿井外部漏风等措施，完全可以满足安全生产需要，且该方案通风系统耗电少;而若东风井新风机在0°运行，则风量可满足安全生产需要，风量的可调性好于在-2.5°运行时的可调性，但该方案风机总风压太高，通风电耗大。鉴于此，从通风系统可靠性角度看，孔庄矿在改扩建的过渡时期，采用南风井保持老风机运行不变，东风井新风机在-2.5°运行的通风系统调整方案比较合理。

2.3 东风井新风机运行效果分析

2010年8月30日，东风井新风机按照预期正式开启1#风机在-2.5叶片度安装角并网运行，根据并网后当天对矿井通风系统主要地点的风量测定结果，结合计算机模拟解算结果，将风量对照表列于表3，软件自动生成的风机工况点见图2。由此表可见，优化选择的通风系统运行方案与实际运行结果相当吻合，在现场实现了当日并网运行、当日通风系统一次运行成功，解决了孔庄煤矿东风井新风机运行过渡时期的矿井通风关键问题。

表3 东风井1#新风机-2.5°运行模拟解算与现场实际结果对比(现场实测数据/模拟解算数据)

图2 东风井-2.5°风机曲线运行时东、南风井风机工况点图

3 南风井新风机运行通风系统模拟解算及调整

根据生产安排，计划在2011年3月底实施南风井新风机并网运行。通过查阅南风井新风机性能特性曲线，大致确定运行新风机2#机-7.5°安装角可满足矿井通风需要。可将南风井新风机按照-7.5°曲线输入计算机软件进行试运算，如解算结果能满足矿井通风需要，则确定南风井新风机并网后在-7.5°运行;如解算结果不能满足满足矿井通风需要，则确定南风井新风机并网后在-5°运行。

在东风井新风机运行对通风系统现状模拟解算结果基础上，按照2011年4月份矿井生产布局以及新大井贯通后通风系统变化情况，在计算机软件中输入相关变化的巷道分支，并将南风井风机按新风机的-7.5°曲线输入软件。Ⅳ1采区比原来多负担1个掘进工作面的供风，其余没变化的巷道分支维持原输入基础数据不变。

为了满足通风需要，将通风系统作如下调整:

1)恢复Ⅰ3和Ⅰ4采区之间的-160总回风巷中的永久风门，在Ⅰ3和Ⅰ2采区之间的-160总回风巷中设置调节风门，既避免两座风井风机运行的相互干扰，又避免东风井西翼回风太多，从而确保东风井东翼Ⅰ6、Ⅰ5采区用风需要。

2)调大Ⅳ1人行下山下部调节风窗的过风窗口，将新大井进风量控制在2300m3/min左右，满足Ⅳ1采区掘进的风量要求。

调整通风系统后的模拟解算结果及井下实测结果见表4，风机工况点见图3。

从模拟解算结果看，新风机在-7.5°，井下所有采掘工作面、机电硐室、皮带机道等需要独立供风地点的风量都能满足大屯公司的配风要求，进、回风巷之间的联络巷也都考虑了足够的漏风量。两座风井风机运行都在较合理范围内，井下风量都能满足要求。2011年4月8日，南风井新风机在-7.5°并网运行一次成功。

图3 南风井新风机-7.5°运行时东、南风井风机工况点图

表4 南风井新风机-7.5°运行主要地点参数汇总表

4 结论与建议

孔庄矿深部改扩建的主要工程业已结束。在整个改扩建工程进行过程中，对东风井新风机并网运行、南风井新风机并网运行等环节的通风系统变化进行了超前预测，通过计算机模拟解算结果提出了相应的通风系统调整方案。通过方案在现场的成功实施，证明研究成果解决了改扩建后新风机并网运行的关键问题，确保了矿井通风系统的持续合理可靠，为矿井安全生产提供了通风保障。

图4 通风阻力测定期间矿井通风网络图

本研究成果是基于对多水平、多采区的复杂通风系统优化而提出的，我国今后一段时期将有大量煤矿需要进行深部改扩建，本研究成果的成功实施，对类似条件的矿井有较好的推广价值。

［1］ 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程［M］.北京:煤炭工业出版社，2011

［2］ 杨运良.关于矿井复杂通风网路解法的探讨［J］.河南理工大学学报(自然科学版)，1984，(01)

［3］ 黄光球，陆秋琴，姚玉霞.大规模复杂通风网络节点风压解算方法［J］.计算机工程，2008，(04):257-259

［4］ 朱新能，薛锦兰.利用数据库原理解算复杂通风网络［J］.煤炭科技，2002，(03):46-48

［5］ 内部资料.孔庄矿井改扩建工程初步设计说明书.2008

［6］ 上海大屯能源股份有限公司.矿井风量计算细则.2009

［7］ 中国矿业大学矿山开采与安全重点实验室.孔庄矿东、南风井新风机性能鉴定资料

Study on some key problems of the grid-connected main ventilator in the deep reconstruction and extension at Kongzhuang Mine

YAO Xiangdong1，LIANG Hongli1，NI Wenyao2

(1.Shanghai Datun Energy Resources Co.，Ltd.ventilation management department，Peixian Jiangsu 221611;2.North China Institute of Science and Technology，School of Safety Engineering，Yanjiao Beijing-East101601)

Kongzhuang Mine put into operation after three projects of renovation and expansion，the required air volume underground need to be increased substantially.According to the measurement and analysis，the existing ventilation systems can’t meet the main fan ventilation’s needs after renovation and expansion.In this paper，based on the simulated the changes in the mine ventilation system during the transition and expansion period of mine production，the replacement of reasonable period for the existing major fan was proposed，and the optimization of a reasonable new main fan operating point when the project put into operation after the expansion.According to the field test，the main ventilation parameters and measured data underground by simulating the changes in the mine ventilation system during the transition and expansion period of mine production is very consistent.Facts have proved that it was a scientific，rational and practical solution.

coal;main fan;parallel running;research

TD724

A

1672-7169(2012)01-0028-05

2011-12-03。基金项目:孔庄煤矿深部改扩建主要通风机并网运行关键技术研究，项目编号:屯能司［2010］281号(续)16号。

姚向东(1973-)，男，江苏沛县人，大学毕业，高级工程师，上海大屯能源股份有限公司通风管理部主任工程师。