新兴矿通风系统集中优化改造及效果分析

2006/1/24 18:44:06

随着生产的发展，采掘条件的变化，特别是瓦斯涌出条件的变化，及时正确的改造并完善矿井通风系统，对保障安全生产，保证采掘正常接替，促进生产发展，提高经济效益都是必不可少的先决条件。

    1 矿井概况

    1.1 开采水平

    新兴煤矿是1958年建成投产的片盘斜井，几经扩建生产能力为120万t/a，矿井为斜立井开拓方式，矿井井田走向长7.5km，倾斜宽6.5km，井田面积48.75km²。矿井划分3个生产水平，一水平标高-25m，二水平标高-300m，三水平以下为剃头开采。

    一水平共有二采、三采、五采、六采、八采5个生产采区，已基本开采结束，将全部进入二水平开采。

    二水平大巷标高为-300m，主运大巷和通往各采区的运输石门已基本施工完成。

    1.2 通风状况

    该矿为煤与瓦斯突出矿井，煤层无自然发火倾向，煤尘爆炸指数为34.61％～37.43％，有煤尘爆炸危险，采用机械抽出式通风方法，分区式通风方式，由立井、斜井集中入风，采区辅助入风，各采区独立回风。

    各采区主要通风机概况见表1。

    表1 各采区主要通风机概况

    见表

    1.3 瓦斯状况

    据统计，从1991年以来先后发生6次煤与瓦斯突出，1992年11月16日，三采区左六片首次发生煤与瓦斯突出，标高为-160m，突出煤量10t，瓦斯量1 200m³。煤层瓦斯压力1.15~3.35MPa，矿井绝对瓦斯涌出量39.62m³/min，相对瓦斯涌出量14.6m³/t。

    1.4 通风系统存在的问题

     由于矿井生产一水平马上结束，将全部进入二水平，各采区主要通风机构为4-72-11№系列风机，均为20世纪60～70年代产品，风机效率低，仅在 50％左右，耗电量大，进入二水平后通风路线增长，矿井阻力增加，而各采区主要通风机已到达量大能力，无增风能力，同时矿井通风分散，机械运转设备增加了通风系统的不可靠性，为保证矿井生产全部进入二水平时，通风能够满足生产需要，必须对其进行通风系统改造。

    2 集中改造方案的确定

    如果仍然采用原有的分区通风方式，各采区回风路线增长，回风阻力增加，必须对其各采区回风上山进行刷帮降阻，均由原来的7m²断面扩大到9～11m²左右，工程量大。同时在回风系统中作业，安全程度低，同时需对各采区主要通风机全部进行更换，原有风机房均不能满足要求，均需改造、扩建，同时，风机各有一段时间内无备用系统，增加了通风系统的不可靠性，同时工程量共计需增更换12台风机，投资大。经过对矿井全面分析研究，决定在矿井五、六、八采区生产集中，能力大的采区中间施工一回风立井，安装新型BDK-10-№32对旋节能轴流主要通风机，此方案是切实可行的。

    系统改造后，二采区通风路线较长，阻力较大，对其是否并入大主要通风机回系统进行了论证。

    全矿需要风量：Q_矿＝15 672m³/min

    二采区并入h_矿＝5 517 Pa，而h_扇＝3 205 Pa不能满足要求。

    2.1降阻并网

    需要工程资金：

    二采区能风阻力主要集中在一水平回风巷，全长4 370m，其中3 000m 阻力较大，达2 862Pa，如果对此段巷道开帮降阻，断面增加4m²，则阻力下降到1 000 Pa，开帮需要资金300万元。

    掘一水平风道290m，需资金58万元。

    二采并网需要工程资金358万元。

    并网后节省电费：105万元/a

    二采区现有储量能生产2a，则总节省电费210万元。

    由于工程资金大于电费节省资金，所以经济上是不合理的，加之工程量大，工期长，在集中回风前很难完成。

    2.2 独立回风

    矿井采用的是分区混合式通风系统，三、五、六、八采区为一水平回风水平，二水平为入风水平，矿井有2个回风井，回风立井位于井田中央，担负三、五、六、八采区的回风任务，二采区用旧副井，位于井田边界，担负二采区的回风任务。

    二采区独立回风，回风立井风量13 326m³/min，矿井负压2 548 Pa，二采区风量2 316m³/min，矿井负压2 225 Pa，大主要通风机和二采区风机均在合理工况范围内工作，是合理的。因此，二采区决定不并入大主要通风机回风系统，系统调整前后示意图如图1、图2所示。

图1 调整前通风系统

    图2 调整后通风系统

    3 方案实施

    通风系统改造方案确定后，对改造后通风系统的参数进行了预算，在技术上做好系统改造准备。由于改造后各采区之间风路线、流程及风量都有所变化，因此改造后的阻力应有较大变化，其中主要变化如下：

    （1）三采区回风流段变化量大，增加近3 000m，其它采区变化不大，只是稍有减少。

    （2）采区回风分布情况也有所变化，集中前各采区都有独立回风，集中后，六、八采区通过一水平回风道进入一水平回风立井，而三、五采区将通过900m的共同段进入一水平回风立井。

    通过阻力计算，二采区阻力最大，为3 038 Pa，比集中前增加1 176 Pa，其它采区变化不大。由于二采区阻力最大，给系统集中带来很大困难，因此必须进行降阻。

    为了降低二采区阻力，首先对其阻力进行分析，其阻力分布如下：

    ①矿井入风段阻力529 Pa；②矿井回风段阻力549 Pa；③采区回风段阻力1 294 Pa；④采区入风段阻力235 Pa；⑤区段内阻力333 Pa。

    3.1 降低矿井入风段阻力

     三采区和二采区共用1条入风巷，其中三采区车场石门有120m，断面小，风量大，阻力比较集中，因此在其装载站和暗主井之间开掘一条85m的并联入风巷专门为三采入风，以此来分流小断面巷道的风量，从而降低了此段入风阻力，使矿井入风阻力由627 Pa降为568 Pa。

    3.2 降低采区回风段阻力

     三采区的采区回风段阻力在整个阻力中占的比重最高，因此把其做为降阻的重点，该段阻力大的原因主要是回风路线长，且其中有近千米的巷道断面小，由于回风路线长度无法改变，因此只能尽量地增大回风断面，由于路线长开掘并联风道投资太大，为此我们大量地利用一水平废弃的胶带道、石门、一水平副井等近1 000m巷道再施工一些通风设施，使之与现有

    断面小的风道并联，通过这些并联巷道相应地增大了回风断面，既降低了阻力，又节省了开掘风道的投资，使此段阻力1 294 Pa降为911 Pa。

    3.3 采用调整通风网络降低回风段阻力

     在三采区的阻力中，矿井回风段阻力是由三采区和五采区回风汇合后通过900m共用段风道产生的，由于五采区需要风量大，所以矿井回风段阻力很高。如果能将五采区的大部分风量从此风路中调出或缩短泄合后流程的距离，将能降低矿井回风阻力。新兴矿现有2个水平，一水平为回风水平，二水平为入风水平，而回风立井底位于五采区二水平井底附近，因此，掘1条120m的大断面风道，把五采区暗副井与二水平回风立井相连，使五采区大部分风量通过暗副井进入二水平回风立井，从而使和三采区汇合后进入一水平回风立井的五采区风量调出大部分，仅有分区风道的1 500m³/min的风量和三采区风量汇合，共用段巷道阻力由此得到降低，更重要的是降低了三采区的矿井回风段阻力，使阻力由549 Pa降为402 Pa。

    4 经济效果分析

    通风系统集中以后，大主要通风机实际风量为13 250m³/min，矿井负压2 156 Pa，风机效率达81％。

    （1）同以前6台风机的耗电分析。改造前矿井电机容量1 335kW，改造后1 360kW，风机实际消耗功率：改造前1 225kW，改造后990kW。每年可节约电费101万元。

    （2）通过降阻分析。如果二采区不进行降阻，主要通风机将在3 136 Pa状态下运行，而降阻之后在2 450 Pa下运行。这样可节省电耗61.8万元，同时提高为矿井进入二水平的通风需要提供了准备。

    5 结束语

    （1）矿井通风系统改造必须利用通风优化理论和先进的技术对通风系统进行充分调查和分析，提出可行方案进行论证，从技术、经济及管理角度来选择最优方案。

    （2）矿井通风系统以改造通风网络中通风机工作状态，使通风机工况点保持在合理高效区运行，并降低能耗。

    （3）矿井总风量和各用风地点风量满足生产需要，采区通风具有相对独立性，采区风流稳定、通风能力大、系统可靠，矿井抗灾能力强。

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