孔莊煤礦深部改擴建主要通風機并網運行相關問題研究①

姚向東 梁紅立 倪文耀

(1.上海大屯能源股份有限公司通風管理部，江蘇沛縣 221611;2.華北科技學院安全工程學院，北京東燕郊 101601)

孔莊煤礦深部改擴建主要通風機并網運行相關問題研究①

姚向東1②梁紅立1倪文耀2

(1.上海大屯能源股份有限公司通風管理部，江蘇沛縣 221611;2.華北科技學院安全工程學院，北京東燕郊 101601)

孔莊礦三期改擴建工程投產后，礦井需風量將大幅提高。經測定分析，現有通風系統中主要通風機無法滿足改擴建后的通風需要。為此，經模擬計算礦井生產過渡時期和改擴建后礦井通風系統的變化，提出了更換現有主要通風機的合理期限，優化選擇了改擴建工程投產后新主要通風機的合理工況點。經現場檢驗，模擬計算的礦井改擴建過渡時期和改擴建工程投產后通風系統變化時期的主要通風參數與井下實測數據非常吻合。證明提出的孔莊煤礦深部改擴建主要通風機并網運行關鍵問題的解決方案科學合理、切實可行。

煤礦;主要通風機;并網運行;研究

0 引言

孔莊礦三期改擴建工程投產后，由于采掘接替的變化、地溫升高、瓦斯涌出量增加等因素，將對改擴建后的礦井通風系統帶來較大影響。改擴建后全礦井最大需風量將達到16000 m3/min，而現有通風系統中，主要通風機性能老化、通風能力有限，礦井所能承擔的回風量僅11000 m3/min(南風井4000 m3/min，東風井7000 m3/min)。因此，現有主要通風機和系統狀況遠遠不能滿足將來礦井深部接續生產的要求。為此，選用新的主要通風機，并研究其與井下通風網絡匹配運行后的有關關鍵問題，對孔莊礦改擴建后保持合理的礦井通風系統，并確保安全生產具有非常重要的現實意義。

1 現有礦井通風系統測定分析

在新風機運行前的礦井通風系統過渡時期進行礦井通風阻力測定，為科學制定今后各時期礦井通風系統的優化調整方案提供詳實的基礎資料是十分必要的。為此于2010年1月8日，分4條主要通風路線(見圖1、圖4)對孔莊礦整個礦井通風系統進行了全面的通風阻力測定。測定結果見表1。

表1 通風阻力測定數據匯總

由表1可知，各測定路線通風阻力測定誤差均小于5%，測定結果正確可靠。

結合測定過程和測定結果，發現孔莊礦目前的通風系統主要存在以下問題:

1)南風井東翼總回風巷(斷面7m2～9m2，長度1500m)巷道年久失修，局部地點風速超限，通風阻力505.05Pa，占南風井通風線路總阻力的31%。

2)井下通風設施數量較多，其中尤以Ⅰ6采區風門及風量調節設施最多，降低了系統的可靠性。

3)采掘用風地點過多，礦井供風緊張，通風管理困難，井下風量可調性差。

除考慮以上問題外，深部改擴建主要通風機并網運行還需解決以下關鍵問題:

1)解算東、南風井新主要通風機并網運行后的工況點，分別確定東、南風井新主要通風機并網運行后葉片的合理安裝角度;

2)新主要通風機并網運行后的工況點在高效、安全區域內;

3)新主要通風機并網運行后通風系統的調整方案實施后，井下各用風地點風量、風速符合《煤礦安全規程》有關規定。

2 東風井新風機運行后礦井通風系統調整

2010年7月東風井新風機運行前，礦井通風系統與通風阻力測定時相比，主要是增加了一些用風地點，使東風井總需要風量增加至11471m3/min;而主要通風路線上Ⅰ4采區-160補回風大巷和Ⅰ5補回風巷已貫通，所以東風井新風機運行前礦井通風總風阻與通風阻力測定時礦井通風總風阻相比肯定會有一定的下降。查孔莊礦提供的新風機特性曲線，大致確定新風機運行-2.5°曲線可滿足礦井通風需要?？蓪|風井新風機按照-2.5°曲線輸入計算機軟件進行試運算，如解算結果能滿足礦井通風需要，則確定東風井過渡時期新風機在-2.5°葉片安裝角運行;如解算結果不能滿足礦井通風需要，則確定東風井過渡時期新風機在0°葉片安裝角運行。

在對通風系統現狀模擬解算結果基礎上，按照2010年7月礦井生產布局以及通風系統變化情況，在計算機軟件中輸入相關變化的巷道分支，并將東風井新風機的-2.5°曲線輸入軟件，南風井按原曲線輸入不變，其余沒變化的巷道分支也維持原輸入基礎數據不變。

2.1 通風系統不做調整的模擬解算

根據上述條件運行計算機軟件后的解算結果，如不采取任何控制風流的措施，則由于東風井通風能力的加大，將使南風井區域的一部分風量由東風井抽出，此時南風井僅能回風3109 m3/min左右;而由于東風井風機額外負擔了部分原南風井區域的風量，使得Ⅰ5和Ⅰ6采區的采煤工作面(分支37-38與11-12)風量分別僅為1716m3/min和794m3/min，不能滿足要求。因此，必須對通風系統進行調整，以確保各用風地點風量滿足要求。

2.2 調整通風系統后的模擬解算

為了滿足通風需要，將通風系統作如下調整:

1)將Ⅰ3和Ⅰ4采區之間的-160總回風巷中的風門拆除后，在Ⅰ3和Ⅰ2采區之間的-160總回風巷中設置風門，以避免東風井抽出太多的南風井區域風量。

2)將Ⅱ1行人上山(47-46分支)上部的調節打開，并在東一二集中下山與一號皮帶下山下部的聯絡巷(48-41分支)中增設調節風窗，以保證8335備用工作面(52-51分支)風量滿足要求。

調整通風系統后的模擬解算結果見表2。

表2 東風井新風機運行主要指標比較

由表2可知，東風井新風機在-2.5°運行風量可基本滿足生產要求，通過控制好風門設施的質量，減少采區內部漏風和礦井外部漏風等措施，完全可以滿足安全生產需要，且該方案通風系統耗電少;而若東風井新風機在0°運行，則風量可滿足安全生產需要，風量的可調性好于在-2.5°運行時的可調性，但該方案風機總風壓太高，通風電耗大。鑒于此，從通風系統可靠性角度看，孔莊礦在改擴建的過渡時期，采用南風井保持老風機運行不變，東風井新風機在-2.5°運行的通風系統調整方案比較合理。

2.3 東風井新風機運行效果分析

2010年8月30日，東風井新風機按照預期正式開啟1#風機在-2.5葉片度安裝角并網運行，根據并網后當天對礦井通風系統主要地點的風量測定結果，結合計算機模擬解算結果，將風量對照表列于表3，軟件自動生成的風機工況點見圖2。由此表可見，優化選擇的通風系統運行方案與實際運行結果相當吻合，在現場實現了當日并網運行、當日通風系統一次運行成功，解決了孔莊煤礦東風井新風機運行過渡時期的礦井通風關鍵問題。

表3 東風井1#新風機-2.5°運行模擬解算與現場實際結果對比(現場實測數據/模擬解算數據)

圖2 東風井-2.5°風機曲線運行時東、南風井風機工況點圖

3 南風井新風機運行通風系統模擬解算及調整

根據生產安排，計劃在2011年3月底實施南風井新風機并網運行。通過查閱南風井新風機性能特性曲線，大致確定運行新風機2#機-7.5°安裝角可滿足礦井通風需要?？蓪⒛巷L井新風機按照-7.5°曲線輸入計算機軟件進行試運算，如解算結果能滿足礦井通風需要，則確定南風井新風機并網后在-7.5°運行;如解算結果不能滿足滿足礦井通風需要，則確定南風井新風機并網后在-5°運行。

在東風井新風機運行對通風系統現狀模擬解算結果基礎上，按照2011年4月份礦井生產布局以及新大井貫通后通風系統變化情況，在計算機軟件中輸入相關變化的巷道分支，并將南風井風機按新風機的-7.5°曲線輸入軟件。Ⅳ1采區比原來多負擔1個掘進工作面的供風，其余沒變化的巷道分支維持原輸入基礎數據不變。

為了滿足通風需要，將通風系統作如下調整:

1)恢復Ⅰ3和Ⅰ4采區之間的-160總回風巷中的永久風門，在Ⅰ3和Ⅰ2采區之間的-160總回風巷中設置調節風門，既避免兩座風井風機運行的相互干擾，又避免東風井西翼回風太多，從而確保東風井東翼Ⅰ6、Ⅰ5采區用風需要。

2)調大Ⅳ1人行下山下部調節風窗的過風窗口，將新大井進風量控制在2300m3/min左右，滿足Ⅳ1采區掘進的風量要求。

調整通風系統后的模擬解算結果及井下實測結果見表4，風機工況點見圖3。

從模擬解算結果看，新風機在-7.5°，井下所有采掘工作面、機電硐室、皮帶機道等需要獨立供風地點的風量都能滿足大屯公司的配風要求，進、回風巷之間的聯絡巷也都考慮了足夠的漏風量。兩座風井風機運行都在較合理范圍內，井下風量都能滿足要求。2011年4月8日，南風井新風機在-7.5°并網運行一次成功。

圖3 南風井新風機-7.5°運行時東、南風井風機工況點圖

表4 南風井新風機-7.5°運行主要地點參數匯總表

4 結論與建議

孔莊礦深部改擴建的主要工程業已結束。在整個改擴建工程進行過程中，對東風井新風機并網運行、南風井新風機并網運行等環節的通風系統變化進行了超前預測，通過計算機模擬解算結果提出了相應的通風系統調整方案。通過方案在現場的成功實施，證明研究成果解決了改擴建后新風機并網運行的關鍵問題，確保了礦井通風系統的持續合理可靠，為礦井安全生產提供了通風保障。

圖4 通風阻力測定期間礦井通風網絡圖

本研究成果是基于對多水平、多采區的復雜通風系統優化而提出的，我國今后一段時期將有大量煤礦需要進行深部改擴建，本研究成果的成功實施，對類似條件的礦井有較好的推廣價值。

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［3］ 黃光球，陸秋琴，姚玉霞.大規模復雜通風網絡節點風壓解算方法［J］.計算機工程，2008，(04):257-259

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［5］ 內部資料.孔莊礦井改擴建工程初步設計說明書.2008

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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?；痦椖?孔莊煤礦深部改擴建主要通風機并網運行關鍵技術研究，項目編號:屯能司［2010］281號(續)16號。

姚向東(1973-)，男，江蘇沛縣人，大學畢業，高級工程師，上海大屯能源股份有限公司通風管理部主任工程師。