矿山通风系统改造

矿山通风系统改造（推荐8篇）

矿山通风系统改造 篇1

1 矿山的大致情况

该矿山属于小型矿山, 尽管原先采用的自然通风方式在该煤矿浅部的安全开采中发挥了重要作用, 但自然风的风力强弱和风向在很大程度上都是由大气环境决定, 而大气环境并不稳定, 其变化非常复杂, 因而无论是在季节变化还是昼夜交替中, 自然风的风压和风向的变化都非常明显。因此, 随着矿井开采活动的深入化, 用于矿井通风的风力必然会减弱, 通风效率也会大大降低, 从而造成矿井深处温度高、湿度大、供氧不足等问题, 这必然形成安全隐患, 对矿井的安全生产产生不利影响。随着由通风不畅而带来的一系列安全问题的不断增多和日益严重, 对原有的通风系统进行改造和优化势在必行, 减少对传统自然通风的依赖, 采用先进的技术手段进行人工通风, 这不仅能使矿井的安全生产得到有效保障, 还能积极响应国家提出的可持续发展要求, 从而促进“两型”社会的建设。

2 矿山通风井的规划

当前, 该矿山共设置4个坑口, 其中浅部斜井与深部斜井属于进风井, 坑口属于回风井。这4个坑口主要用作行走的人行道、煤矿的运输, 连接许多井巷、采空区及地表沟通的主要通道就是浅部斜井和坑口, 在阻止漏风的问题上比较困难, 同时也很难控制风的流向, 且大量中段巷道由于长时间受地压的破损, 会出现极其明显的漏风问题。经一系列的现场分析与考察, 设计新鲜风流从浅部斜井、深部斜井与坑口三通风井转进矿井, 坑口通风井可作回风井用。新风到各个中段位置之后, 分别送至两翼, 需分段风量足、风压高、风质好, 待工作面清洗完之后从从边界回风井返至120中段, 再集中于坑口多级盲斜井排出。

当然, 建设矿山新的通风系统无需增设过多的构筑物与通风工程, 只需把120中段和六庙斜井贯通40m左右, 同时密闭与工区相通的坑道, 避免回风段与进风段间出现漏风或者风流短路的情况。

3 设计通风方案

针对矿山的具体情况, 经过一段时间的研究和讨论, 规划出了3种通风方案, 以下对3种方案的具体工作方式和具体内容进行分析。

3.1 方案一抽出式通风

通风方式:主要安装于北120中段和深部商斜井贯通处抽出污风;需风段与进风段风压处于负压状态, 回风段的压力相对更高些。

优点:可利用浅部斜井、深部斜井、坑口生产井兼作进风, 不需要井口密闭等设施;进风段的风速较小, 劳动条件佳, 有利于行人运输;因生产井又可以作进风井用, 因此无需设置专用进风井巷。

缺点:工作面经采空区等与地面直接沟通时.较难控制短路漏风;可克服的矿井通风阻力不大。

注意问题:避免让工作面变为角联在自然风压作用下风流出现反向;将进风段重点密闭起来, 以免地表和进风段或者进风段间出现短路漏风问题, 密闭工作量大。

3.2 方案二压入式通风

通风方式:伞矿呈正压状态, 进风段的压力相对较高;主扇安设于深部斜井进风井压入新风。

缺点:要开设深部斜井专用入风风硐;进风段的劳动条件差, 风速大, 不利于人行运输;通过采空区等同地面直接沟通, 工作面控制短路漏风的难度较大;充分利用深部斜井兼作通风, 需设置井口密闭等设施;可克服的矿井通风阻力较小。

注意问题:地表和回风段间要具备很多的通道相通, 应避免工作面变为角联在自然风压作用下风流出现反向, 烟尘乱窜污染新风等;把深部斜井坑口重点密闭好, 以免深部斜井和进风风硐间出现短路漏风的情况;务必要具备可靠而又灵活的自动风门。

3.3 方案三混合式通风

通风方式:回风井与进风井均安装可主扇, 一台负责压入新风, 一台负责抽出污风;矿井风压在回风段呈负压状态, 在进风段呈正压状态。

优点:能克服掉很大的通风阻力;可依靠对正负压交界的零压点的位置进行调整, 对地面与漏风地段间的短路漏风进行控制。

缺点:充分利用深部斜井兼作通风, 需设置井口密闭等设施;劳动条件太差, 进风段风速大, 不利于人行运输;需开设深部斜井专用入风风硐。

注意问题:对二台主扇风压, 让零压点处在最容易和地表短路漏风的位置;回风段与进风段都一定要强化密闭力度;由于机械风压较小, 在自然风压下风流反向, 以免在正负压交界点的附近一带出现反向。

结合矿山具体情况对以上三个方案进行对比研究, 经过仔细讨论后决定采用第一种方案, 即抽出式通风, 将进风装置安放在深部斜井、浅部斜和坑口, 回风装置放置在坑口。

4 选择矿山通风设备

(1) 计算风机风量Qf:

式中:Qm表示矿井需风量, Qf表示主要风机的工作风量, k表示漏风损失系数, 设置K=1.1。

(2) 计算风机风压:

式中:hm表示矿井通风系统的总阻力, Pa;Hn表示矿井自然风压, Pa;hvd表示扩散器出口动能损失, Pa;Htd表示风机全压, Pa;hd表示通风机附属装置的阻力, Pa。

针对轴流式风机, 把相关数据代入, 获取风机的最大风压与最小风压, 即:

(3) 风机的实际工况点:

依照Qf、Hsdmin与Qf、Hsdmax确定的工况点均不处于确立的通风机的特性曲线上, 所以说一定要依照通风机的工作阻力确立其实际工况点。经过计算我们知道通风机的最大工作风阻为1.92, 最小风阻为1.36。

在通风机特性曲线图中作通风机工作风阻曲线, 和风压曲线的交点困难、容易两点, 也就是实际工况点。

(4) 风机的选择:

依照当下矿山风机使用的状况, 全方面确立风机应符合的各项特征确立对旋式轴流风机。一会走啊计算的矿井通风困难时期通风机的Qf、Hsdmax与矿井通风容易时期通风机, 在通风机特性曲线上标注好符合矿井通风要求的通风机是DK62一N016。

(5) 确定通风机的转速与型号:

依照通风机的工况点参数针对初选的通风机实施经济、技术及安全性比较, 最终确定通风机的型号是DK62-N016, 转速是n=960r/min。

5 结束语

通过使用该方案对通风系统进行改造, 该矿山原来通风混乱的局面和存在的安全隐患都得到了较好解决, 实现了安全生产。尽管目前我国矿山通风系统并不完善, 但只要能不断深入对该项目的探索, 同时总结先进的生产经验和方法, 我国矿山系统的改造和升级一定会更加普及化和科学化, 随着安全生产的不断落实和开展, 我国的能源生产行业一定能取得更大的发展, 从而更好地促进现代化建设。

参考文献

[1]张森, 陈开岩.基于突变级数法的矿井通风系统方案优选[J].煤炭技术, 2012 (03) .

矿井通风系统改造的四大问题及对策 篇2

福建省天湖山能源公司的前身是天湖山矿务局，地处闽南三角州，公司共辖四对生产矿井，最早的建于1956年，最迟的建于1995年。煤层赋存条件复杂，煤层产状极为不稳定，地质构造十分复杂。公司建矿四十多年来，最早的矿井进行了4次通风系统改造，最迟的矿井也进行了1次改造。改造的实践告诉人们，在煤矿生产建设中，虽然在矿井设计时已考虑了生产后期(即通风困难时期)的通风问题，但往往因设计时依据的地质资料与现场实际的出入、生产计划的变更，特别是周边小煤井的无序开采等诸多因素的干扰，使得预定的后期通风计划难以实施，于是许多矿井在生产后期便采取实施通风系统改造来解决。本文以天湖岩矿的通风系统改造为例，对其通风系统改造过程中的新思路，新做法以及出现的一些失误加以总结、分析，希望能为同行们提供一点参考。

2 问题与对策

2.1 问题之一：通风系统是否要进行改造，如何改造才能使有限资源达到优化配置。

2.1.1 天湖岩矿的生产状况

根据天湖岩矿最新的地质储量年报，目前尚有可采储量50万吨，矿井设计年生产能力为4万吨，因煤层较薄，原煤回采率为50%左右，矿井的服务年限还有6年。因该煤矿原煤回采难度大，成本一直居高不下，造成赢利困难。

显然，对这样的矿井，再花巨资进行通风系统改造从经济上和企业效益上是不合算的。但职工的再就业压力使决策层进退两难。

2.1.2 天湖岩矿的通风现状

(1) 通风系统方面：平洞上山转下山开采后，通风系统的回风道过长过多过杂，风门漏风量剧增(无效风量约占总进风量35%)。上部周边小煤的无序开采，使矿井总长约2km的回风巷遭受严重破坏，使得回风巷外部漏风率高达60%以上，且破坏仍在继续，维护相当困难，通风系统已基本处于瘫痪状态；

(2) 局部通风方面：由于地质构造复杂，煤层赋存极不稳定，长期以来基本上是属于边探、边掘、边采的情况，难以形成较为周全的通风布局，大多是利用现成的一些废巷与上下水平的采煤贯通点加以改造之后进行通风，造成进风、回风较为紊乱，下山水平进、回风压差不明显，风量少且不稳定，局部串联通风严重。

根据国家2001年煤矿安全生产专项整顿工作和福建省实施方案，特别是2001版《煤矿安全规程》明确规定，生产矿井必须具有较为完善的通风系统，否则必须关停整顿。不立即进行通风系统改造，这显然是属于关井对象。

2.1.3 解决办法

天湖山能源实业有限公司目前有矿井四对，高山地形。天湖岩矿处于最上部，主平峒标高+805水平，准备水平为+775水平，主平洞+825及以上水平仅剩几个回收煤柱的零星作业点。经过几十年的开采，公司其它矿井也都在往深部移，出现了各矿井在原划定的井田边界上的一些未采部分。公司领导十分重视，在煤炭资源逐渐枯竭的今天，加大了对该区段的探矿力度，随着地质资料的进一步明确，认定该区域有较高的开采价值，并从大局出发，打破原井田边界的块段划分法，并提出新建两个采区“新村一采区和含春二采区”由天湖岩矿与含春矿就近联合开采的构想，预计四年后可完成采区基建并投产，上部由天湖岩矿就近先下山开采，下部由含春矿以后就近上山开采，预计生产能力为6万吨，服务年限30年。由含春矿+565主平峒和+710辅助平峒进风，回风系统由上部天湖岩矿目前的下山通风系统+含春矿二采和新一采区回风平巷+825总回风平巷、+825～+875总回风上山、+875总回风巷+风硐、抽风机构成完善的通风系统的战略部署。

经全面的分析论证，一致认为这个方案可行，并于2001年决定立即进行通风系统改造，是时要求新系统既要考虑目前天湖岩矿的安全生产需要，也必须能满足下部两下新采区联合开采的需要。

2.1.4 分析

采取新建采区而不是新建矿井，并采取分水平由现成的矿井进行联合开采的办法，这是个创新性较强的思路，其优点有：

(1) 采取联合开采的形式，只是在已有的矿井内就近新建了两个采区而已，其规模比新建矿井要节省投资近三分之二。

(2) 扩大了天湖岩矿的生产能力、延长了矿井服务年限。

(3) 一并解决了天湖岩矿、含二、新一采区的通风安全难题，通风系统改造投资更趋于合理与优化。

2.2 问题之二：如何制定出所有可能的改造方案，并通过技术、安全、经济等方面的比较、筛选出最优方案。对于通风系统改造这是个理论与实践交替进行，反复验证的过程。

2.2.1 天湖岩矿通风系统改造扔复杂性

一是七十年代采用的是边建矿边采煤的模式，加上+825以上水平本矿的采空区，特别是小煤井的破坏十分严重，很难找到一条较为理想的总回风巷和地面回风井。

二是需风情况较为复杂，初期是天湖岩矿独立用风，需要的风量较小，中期是天湖岩矿与下部联合开采共同用风，需要的风量较大，后期是天湖岩矿停产，只有下部联合开采用风，其间风量差别较大。

2.2.2 对策

2.2.2.1收集尽可能多的与矿井通风安全相关的技术、管理(特别是“一通三防”)方面的资料。

2.2.2.2 收集矿井的各种自然条件资料作为参考(包括交通位置、地形地貌、地质构造、煤层赋存、井下温度、水文地质情况、气象等)。如天湖岩矿井田属地温正常区，从本矿历年开采情况表明，采掘工作面和机电洞室温度均低于规程规定，无热害危险；矿区内无大的地表水体，由于相对高差大，地表水、地下水排泄条件良好，因此本区无洪水危害。

2.2.2.3 详细了解矿井瓦斯、煤尘及煤的自燃情况：根据本矿进仍至本矿区三十多年的开采资料，没有发生过瓦斯突出、瓦斯爆炸事故及其它通风事故。煤尘亦无自燃发火和爆炸倾向，本矿历年来的井下气体检测数据表明，在矿井的各个用风点从未发生瓦斯浓度超限的现象。因此只要通风良好，瓦斯危害就不大。

2.2.2.4 搜集所有已掘巷道的开拓开采平图。因矿井开采时间较长，一些矿井往往为简化图纸，把一些已打上密闭或栅栏的旧巷从图纸上省去。因此，在制订方案时一定要在包括所有已开拓开采巷道的平面图上进行，本着经济合理地充分利用已有的井巷及设备，设计出安全可靠、先进合理、施工期短的最佳方案。

2.2.2.5 各矿井对周边小煤井均进行过普查，采用最新最全面的普查图纸作为制订方案的参考依据。原则是远离小煤作业区，回风系统尽量往深部移。

2.2.2.6 风井位置的交通情况，水文地质情况也不能忽视，这关系到几吨重风机的运输与安装问题和日后风机及装备的安全管理问题。

2.2.2.7 综合考虑上述因素，天湖岩矿初选改造方案五个，经实地考察之后，精选2个方案再加以全面比较。方案一：利用+834小煤废井筒作回风井；方案二：在+975标高处有一个原本矿临时出风井峒，利用其作为回风井。经过反复对两个方案的技术性、安全性、经济性和可行性进行比较，最后选定方案二，投资量预计为60万元左右。

2.2.2.8 方案最终的选定原则：一是必须对初步选定的方案进行实地勘察，确立可行性，并核定工程量；二是主导思想应把回风系统往矿井的深部移，往矿井的中央移，以确保回风巷尽可能少受小煤井的再次破坏。

2.3 问题之三：改造中一项较大的投资就是风机及其装置的选取与安装，是继续使用原有的旧风机还是另行购置先进的新风机，值得全面考虑。

2.3.1 风量需求。天湖岩矿最大用风量为8.15m3/s，新村一采区与含春二采区在通风容易时期实际需风量之和为25m3/s，在通风困难时期的实际需风量之和为28.75m3/s，因联合开采进行到困难时期时，天湖岩矿已结束生产即不再用风，所以总设计用风量应为33.15m3/s。

2.3.1.2 矿井负压计算。因天湖岩矿的总回风道计划与新设计的“含春二采区和新村一采区”联合开采时共用，本矿井的服务年限仅有8年，矿井通风处在与下部联合开采时的容易期内，采用增阴调节法对各用风点的回风道处对各用风点加以调节，使风量分配达理想的效果。根据下部联合开采的测算数据：矿井通风容易时期要求负压达627.30Pa，困难时期的负压880.15Pa，(此数据由福建煤炭设计院在《天湖山矿区新村与含春井田联合开采设计说明书》中提供，困难时期同)。

2.3.1.3 通风设备选型。根据上述计算的风量值和负压值，原风机4-72-11№16B虽仍能适用，但机械老化，耗电多，安全性差，搬迁等辅助费用高，所以考虑新置风机。通过对市场的了解、充分结合风机技术的进步，选用改进型BD-11型弯掠组合正交型隔爆对旋轴流式通风机，可较好地担负起该矿井下各个时期的安全通风。此风机一个最大的特点是采用两台相互独立，叶片角度相反，旋转方向相反的风扇对轴串接而成，高能高效。实践表明，在天湖岩矿开采期间，下部联合开采未与上部总回风贯通之前，通过对风机实际工况点的分析情况来看，采取只开其中独立的一节来通风应该是合理而可行的。

2.3.2 对策

天湖岩矿通风系统改造对风量、负压在前后期的需求情况：

2.3.2.1 依据《煤矿安全规程》要求进行矿井的需风量计算：天湖岩矿保持目前的生产规模，最大需风量为8.15m3/s。新村一采区与含春二采区的基建任务由下部水平的另一矿井含春矿实施。5年后的投产初期，新村一采区与含春二采区实际需风量之和为25m3/s，投产后期的实际需风量之和为28.75m3/s，因联合开采进行到投产后期时，原天湖岩矿将不再生产用风，所以总设计用风量最大为33.15m3/s。

2.3.2.2 矿井通风负压计算：原天湖岩矿满足通风的矿井负压为256.7Pa，其服务年限还有8年，通风处在与下部联合开采的容易期内。根据新村一采区与含春二采区的联合设计负压测算数据：矿井通风容易时期要求负压达627.30Pa，困难时期的负压为880.15Pa。由于天湖岩矿最长通风线路明显较下部两个采区要短的多，可采用增阻调节法，使风量分配达理想的效果。

2.3.2.3 主通风机的选用、试运转和评价情况

(1) 综上所述，天湖岩矿选用BD-Ⅱ-6-№13轴流式抽风机。该抽风机电机功率2×30kW，出厂性能特性为静压71Pa至880Pa，风量(28.75～36.75)m3/s，叶片安装角度可根据需要进行调节，选择最佳工况点，以最大限度地提高风机效益。

(2) 天湖岩矿主通风机在安装调试完毕后，在厂家的协同下共同对风机进行了试运转操作，第一次启动便成功，电流、电压、功率均正常，风量稳定。

(3) BD-Ⅱ-6-№13型风机在天湖岩矿运行半年时间的安全性评价

a.该风机运行半年时间未出现任何故障。

b.该风机采用电机与叶轮直联的形式，把电机裹在叶轮的芯部，结构紧凑，运转平稳，摒弃了一般轴流主通风机的长轴转动，可消除传动装置易于损坏变形的现象，使维护更方便。

c.选用隔爆型电动机，电机安装在风机风筒中的隔流腔仙，隔流腔具有一定的密封性能，保证电机与风机流道中含有瓦斯的气体相互隔绝，隔流腔中有偏管与大气相通，使新鲜空气不断进入，流过电机使电机散热后流出，并使腔内空气在风机运行时保持正压状态。

d.该机可以直接通过风机反转来实现反风，并且能满足反风要，不必另设反风道，可以减少外部漏风，有反风速度快的优点。

e.当空气流入第一级叶轮获得能量后并经第二级叶轮排出，第二级叶轮兼备着普通轴流风机中静叶的功能，在获得整直圆周方向速度分量的同进，增加气流的能量，从而达一到普通轴流式风机不能达到的高效率、高风压。

f.该风机的叶片采用的是弯掠组合正交在维扭曲技术，改善了风机风叶与气流的接触面，从而提高了性能参数(与其它类型风机比效率提高6%，噪音降低了11dB)。

g.两级风机既可联合也可独立运行，有较大的灵活性，从特性曲线上看与两台性能相同的鼓风机串联使用有点类似，但较好地提高了性能。

(4)BD-Ⅱ-6-№13型风在天湖岩矿运行半年来的经济性评价

a.主通风机的三分之二安装在风峒内，只有扩散塔在外面，通过电览，由两个轻巧的控制柜控制其运行，不需要专人值班。具体做法是通过电缆把控制柜移到150m外的压风机房。由压风机司机兼任抽风机司机，可省安期投资6万元和两个工人工资2.5万元/年。

b.两级风机分开独立运行，在通风初期，只要满足天湖岩矿的生产用风需要就可以，因此实际只要开启一级风机就够用了，一年可省电费：15.767万元。

c.风机可直接反风，不需要外设反风道，前期投资可节约3万元。

d.该风机一个最大的缺点是一旦电机烧坏，难以在短时间内换好，因此一定要做好备用的准备。

金属矿山通风系统三维仿真优化 篇3

在我国,未来的几十年将处于工业化中期阶段,对矿产资源的利用及需求将会进入一个高峰期,矿产资源的供求矛盾将会更加突出[1]。由于地下矿产资源稀缺,且不可再生,目前我国的浅表矿床及开采条件相对较好的矿床储量不断减少,迫使大多数矿山转入深部或复杂矿床的开采[2]。据统计,我国大型金属矿山约有10%的开采深度在700～1 000m,20%的开采深度在500～700m。而且未来金属矿山的开采深度还会继续增加,随之而来的技术难题之一就是通风问题。例如,矿井通风的内外部条件将会变得更加复杂,通风网络越来越复杂,通风阻力增大,热害显现、通风能耗高等[3,4]。如果不进行通风网络的优化和调整,将对矿井的安全生产造成不利影响。因此,对矿井通风系统理论及技术研究就显得迫切和有意义。

矿井通风涉及到采矿工程学、流体力学、测量学、计算机科学以及数据库等多种学科的理论知识,矿井通风系统是一个动态的、多变的复杂系统,对其进行设计、分析、管理以及改造所需的工作量巨大。因此,对于大型矿山的复杂通风网络,必须借助于计算机软件来处理。近些年来,伴随着电子信息技术的不断发展,国内外在矿井通风仿真系统方面的研究十分活跃,各种矿井通风系统仿真软件相继推出。而且矿山通风系统的信息化、可视化、智能化已成为各国矿业所关注的课题[5],本文选用Ventsim三维通风仿真软件进行通风网络的模拟计算。

2 通风系统三维仿真模拟与优化

2.1 Ventsim模拟软件

Ventsim采用最常用的Hardy-Cross法进行风网解算(回路法),根据模型属性数据、风量平衡定律、风压平衡定律、风阻定律来建立数学模型,经过多次反复拟合修正,使各分支风量达到预定的精度时结束计算。此时所得到的近似风量,即可认为是要求的自然分配的风量,从而对矿井通风系统进行优化,使矿井通风系统稳定运行[6]。

Ventsim三维通风仿真系统包含整套风流模拟、热模拟、污染物模拟和通风经济性分析的功能包。系统具有良好的可视化效果和简单易学的特点。通过兼容DXF数据,工程师可使用Ventsim系统快速地在现有设计数据的基础上进行三维通风系统建模。用户同样可以将三维仿真系统中的真三维模型直接输出到AutoCAD系统中形成通风立体图[7]。

2.2 红透山矿通风系统的三维模型

为了保证所建的巷道模型与实际相符合,采用红透山矿业公司所提供的巷道AutoCAD二维平面图形,作为建模的基础。首先利用资料将整个通风系统的AutoCAD三维模型建成,如图1所示。

通风系统AutoCAD三维模型建成后,需要导入到Ventsim软件中,在这之前,需要进行巷道尺寸设置,出于对模型简化的考虑,在这里假设所有巷道的宽与高为2.5m和2.7m。然后导入DWG文件,此时,所有的巷道尺寸都默认为2.5m×2.7m,然后再对个别的尺寸进行修改,比如竖井、回风井、斜坡道等。这样大部分风路在导入后都不需要调整断面尺寸,只需进行小范围内的调整。

模型生成后,利用Ventsim软件的简化工具对模型进行简化,包括风路简化、绑定和删除重复项等。最后对巷道参数进行设置,包括巷道断面类型的设置、巷道特性设置、巷道属性设定及通风动力设置。巷道的断面类型在前面已经设置完成,不需要另设;巷道的特性设置包括是否连接到地表、风流方向是否固定、风流的类型以及所处的图层等;巷道属性的设定包括风阻、摩擦系数和局部阻力的设定;通风系统通风动力的设置包括固定风量或风压以及风机的设定。本文中模型所模拟的是正常工作状态下的通风系统,因此,所有的参数设置均在正常工作状态下。至此,正常工作状态下红透山矿通风系统的Ventsim三维仿真模型已经建成,如图2所示。

模型建成之后,按“F5”键,进行风流模拟。如果风网还有问题,会出现黄色警告,按照提示进行模型的修改,直到模拟成功为止。Ventsim系统在对模型进行模拟解算之后,会给出一个总结报告,让用户更直观地了解目前整个系统的情况。这个报告包括通风网络的总风量、风阻、通风效率、风路数及风路总长度等。

3 红透山矿通风系统测试与分析

3.1 通风系统的测试

对铜锌矿现有通风系统、阶段平巷、工作面等地点的风量、风速、风向、温度、湿度以及气压进行测试,在详细分析测试数据的基础上,结合所建立的模型,提出合适的通风系统改造方案。

测试内容主要包括:①地表西部风机和地表东部风机两个出口的尺寸、风速、温度、湿度、静压;②东部风机合开、467东部风机单开时467东部风机硐室进风口的尺寸、风速、温度、湿度、气压;西部风机合开时,467西部风机硐室进风口的尺寸、风速;③各工作中段的进风量:包括巷道-467、-527、-587、-647m平巷的尺寸、风速、风向、温度、湿度;253m井口处、巷道-707、-767、-827m平巷的尺寸、风速、风向、温度、湿度、气压。

3.2 通风系统测试结果分析

(1)将所测的每个中段的进风量与所建模型的模拟结果进行比较,如表1所示。

从表1可以看出,模拟结果与测试结果的最大相对误差是5.59%,误差都在10%之内。考虑到矿井内通风情况复杂,以及测量时不可避免的人为误差,认为误差在合理范围内,可以确定此次基础数据可靠,所使用的风网基础参数符合实际。因此,上面所建模型是可靠的。

(2)现场测试-467m和-527m中段的风量很小,越靠近下部中段的风量越大,说明风门调控有效;但现场反应下部中段采场风量不大。结合模型可以看到,-647m中段的风流通过爆破器材库短路直接流向回风井,因此到达各采场的风量很小。

(3)下部7个中段的风量为86.34m3/s,-467m东部风机风量为73m3/s(此时,-467m西部风机未开),说明东部风井承担了大部分的通风量,剩余13m3/s由西部风井承担。

(4)通过几个风机状态切换测试发现,上部风机的开关对下部中段的风量影响不大,例如当地表西部风机与-467m东部井下风机合开时,测得-467m井下风机入口处的风量为73.24m3/s,这时再闭合地表东部井上风机时,同一地点测得风量为72m3/s,忽略测试误差,可认为东部井上风机的开关对风量基本没影响。而且在模型上重复上述操作时,东部井下风量只增加了3.2m3/s,可以考虑移除东部地表风机。因此下部的风量主要靠-467m中段东部风机提供动力。

(5)东部井下主扇的风量为73m3/s,此时东部地表未开,其地表有一些雾气呈扩散态,风量很小,说明东部风井-467m以上有漏风点。

(6)地表西部主扇风量为51m3/s,而西部井下风机的风量为13m3/s,说明地表西部主扇的排风主要来自3个方面:西部井下风机、东部井下风机和上部空区。

4 通风系统的优化

4.1 通风系统优化方案的提出

结合上面建立模型的模拟结果以及上述测试结果,发现正常工作状态下通风系统的问题,据此提出相应的解决方案。

方案一:从整个通风系统的局部风流来看,有些回风巷密封不好,下一中段的污风会进入上一中段的采场中,造成风流污染;有些中段的进风总量很大,但实际上进入采场的风量很小;西部地表风机的运行效率只有50%。针对通风系统的局部通风问题,提出-467中段的2采斜坡道加一道风门,在不使用时,将风门关闭,以防-527中段采场的污风进入-467中段的运输大巷;-467中段东部接力风机回风巷中的风门打开,以防污风回流;在-587中段的28采场附近的系统风井的东侧增加密封,以防污风流入采场;在-647中段的爆破器材库的进口加风窗调节,以防造成风流短路,进入-647中段的风流直接通过爆破器材库回流到西风井,而流入采场中的风量很小;在-827中段,将17采的3702井作为中段的回风井,以解决-827中段东部采场风量小的问题;西部地表风机的效率不高主要是由于其所承担的阻力较大,微量调节-467、-527、-587中段西风井回风巷中的风门、风窗等,不仅增加中段的进风量,而且能提高西部地表风机的效率。在模型上完成方案的修改后,再进行模拟,可得到模拟后的模型,并且得出总结报告。

方案二:从通风系统的整体来看,整个矿体向东侧伏,回风井跟不上生产需求。目前还能维持矿山的开采,随着新矿藏的勘察,整个矿山开采还要继续向东进行,对以后的通风不利。针对此种情况,提出在-467中段东风井东侧,开拓一条回风井直接接通地表。此时,经过Ventsim软件模拟,结果显示:-467东部井下风机过速,不能正常工作。需要进行风机的选型及安装,这个过程可借助Ventsim软件进行。在没调整风机时,会因为系统的风阻改变,使得系统的工况点不在风机的特性曲线上,即找不到工况点,系统会提示风机风压过低的错误。但是风网会解算出风机此时的风压和风量,可以根据这两个值选取风机的类型及安装角,主要考虑国内K系列节能矿用风机,可以通过查矿用风机手册或是Ventsim系统数据库,找到合适的风机。因此,-467中段的接力风机将DK-6-No.19替换为DK45-6-No.18,其安装角度为40°,并且将东部地表风机移至新建回风井井口位置。将此方案进行Ventsim模拟,可得总结报告。

4.2 通风系统优化方案的选择

根据Ventsim软件进行通风系统优化模拟仿真的结果,将两套通风系统优化设计方案与原系统进行对比,见表2。

综上所述,方案一的基建工程小、投资少、见效快,可在短期内缓解矿山的通风压力,但是难以解决整个通风系统风量不足的问题。从表2中可以看出,方案一的模拟结果与通风系统现状进行比较,各项指标略有提高,但不是很明显。而方案二的投资较大、回风井的基建周期较长,但可以解决通风系统的长久通风问题,对以后矿山的开采也多有益处,用该方法进行优化后,通风系统的年功耗成本将每年减少约8万美元,从长久的经济效益来说,是获利的。因此,结合矿山长远规划,应该选择方案二,但是首先要改善通风不良问题,同时加快回风井的建设。在矿山通风管理上建议加强Ventsim软件在通风管理中的应用,为以后红透山矿的通风系统分析和通风管理提供技术支持。

5结语

选用Ventsim矿井通风三维模拟软件,针对红透山矿的实际情况,建立了矿井通风系统三维模型,对其矿井通风系统进行解算,并将模拟计算结果同实际测试数据进行了比对,验证了所建三维模型的可靠性,并且得到合理的优化方案。

(1)针对超过8 700条、120km长巷道的红透山矿,采用Ventsim软件建模的方法对通风系统进行解算和优化,对复杂矿井通风系统的现状分析和系统管理高效、准确。

(2)经过红透山矿的调研及测试,根据测试所得的各中段的风量和风机参数,可以初步判断出东部井上主扇对于深部东向开采的作用不大,井下风门调控有效,但是仍存通风需求得不到满足的情况,-467m上部中段有漏风点的问题。

(3) Ventsim作为一款三维通风模拟软件,其模拟计算结果与实测数据基本吻合,误差小于6%,验证了此模型的的可靠性。同时发现了红透山矿还存在污风混入新风和风流短路的现象。

(4)通过对通风现状的综合分析,提出两种矿山通风改造的方案,利用Ventsim软件对红透山矿通风系统改造方案进行模拟计算后,考虑矿体的分布及未来的发展,建议在东侧新建回风井。此方案可以减少风阻0.158 43N·s2/m8,降低网络年功耗成本76 475美元,通风效率高达到71.5%。

参考文献

[1]何茂才.金属矿山矿井通风系统分析与设计[J].有色冶金设计与研究,2010,31(1):4-6.

[2]高贺祥.对制约深部找矿有关原因的分析[J].中国科技博览,2012,(15):44.

[3]王从陆.非灾变时期金属矿复杂矿井通风系统稳定性及数值模拟研究[D].长沙:中南大学,2007.

[4]Hartman H L,Mutmansky J M,Ramani R V,et al.Mine ventilation and air conditioning,third edition[M].John Wiley and Sons,1997.

[5]谢贤平,韩孟微.矿井通风信息化和智能化研究[J].云南冶金,2012,41(5):1-2.

[6]王大尉.基于Ventsim软件的矿井通风系统优化[J].煤矿开采,2011,16(5):25-26.

矿山通风系统改造 篇4

内蒙古万城公司主要经营一座铅锌硫矿山,矿山自2004年开始建设并于2005年开始生产,原生产能力为40万t/a,后经过两次扩建,最终形成生产规模70万t/a的生产能力。从达产后的2007年至2011年的5年内,平均年生产能力达到73万t/a左右。

矿山开采方式为地下开采,采用竖井一斜井(盲斜井)联合开拓方式。矿山建设的主要井巷工程包括主井(称为1#竖井)、斜井(称为3#斜井)、2#小竖井、4#盲斜井和5#盲斜井。矿山采矿方法为垂直中孔落矿分段空场法和浅孔留矿法。根据矿山现有的开拓系统,矿山采用一翼进风另一翼出风的对角式机械通风方式和系统。

目前的矿井主要有4个通地表的进出口,包括1#竖井、2#小竖井、3#斜井以及东南面侧翼的原有回风井巷(大明斜井)。地表出口最大高差约95m (145～1 050m)。现在960m水平安装了1台DK40-8-22对开型轴流式通风机(风量为48～102m3/s,负压457～2 011 Pa,功率为2×110kW),又在该中段和其它中段内安装了若干风门,该系统从1#竖井、2#小竖井及3#斜井进风,最后从大明斜井出风,形成了机械通风系统。矿山开拓系统纵投影见图1。

2 影响通风效果的因素

(1)采空区的影响及无正常回风井的影响。

当前,由于生产能力的加大,生产中段迅速下降,形成多中段作业。由于采用空场采矿法采矿,上部已形成多中段大量、大面积的采空区,又未封闭,导致漏风严重,常形成循环风流,污风到处窜,进入主要中段巷道内又散不出去;再加上在873、890、930m中段各有几处和相邻矿区的透口,也造成风流紊乱。存在于各出矿口和1#溜井二次爆破形成的污风影响着矿区环境和人员的健康。而现有的出风井巷距离本矿区远、风路长、出口处几乎关闭,使风路不畅,风阻很大。

(2)自然风流的影响。

本矿自然风流影响较为显著,总体来说,冬季坑内温度高于大气温度,由开口标高低的井筒进风,流向开口标高较高的井筒,此时,1#竖井(井口标高1 143m)出风,3#斜井(井口标高1 126m)和2#小竖井(井口标高1150m)则进风(为了防止冷风造成井口滴水成冰,井口安装活动盖,待罐笼入井后即可盖上,进风量受限),有利于矿井通风。如1#竖井进风,容易冻井、冻管,不利于生产管理。夏季时坑内温度低于大气温度,则由1#竖井、2#小竖井和3#斜井进风,污风压向东南面侧翼的原有回风井巷(即大明斜井)出风,由于阻力大,污风仍会流向工作点,不利于矿井通风。正是由于自然风流的这种固有特性,矿区东翼的3条井筒开口标高不同,在坑内相连通,随着坑内外温度的变化,3#斜井、2#小竖井、大明斜井(井口标高1 123m)之间风流循环往复,变化较多。另外连通地表的空区与井筒、空区与空区之间也存在自然风压,往往出现无风或微风区,甚至出现局部风流反向。

(3)东翼系统的风流循环。

相对于1#竖井→中段→需风段→上中段回风巷道这一风路,2#小竖井、3#斜井和大明斜井均位于矿区东翼,在960m中段连通,它们之间的风阻更小。无论是自然风压还是960m中段大风机运行,在一定动力的作用下,在自然分风网络中,2#小竖井,3#斜井和大明斜井之间的联系更为紧密,风流存在着循环往复的问题。

虽然自然风压影响较为显著,引起的自然风流占总需风的1/4左右,但这部分风量仅在东翼小系统之间流动,并无相关工程或者设备引导风流通往采掘需风点;把大风机安装在大明斜井井口,如果不封闭2#小竖井、3#斜井的连通,大风机做功仅影响东翼系统,有效功小。

(4)局部阻力的影响。

这主要是开采多年又未进行密闭或充填的空区,造成局部阻力加大。此外,回风段多段回返和出口处的关闭都造成通风阻力的增大。

3 通风系统回风方案选择

3.1 专用回风井方案

东翼3#斜井、2#小竖井均要提升运输矿石,为了保证生产任务及人员的健康,不可用于回风。而且这些井均处于矿区最终开采崩落移动范围之内,今后有可能会废弃关闭。根据计算,矿井所需最大风量为122m3/s,最大风阻为1 245Pa。所以,提出仍采用原设计的专用回风井的方案,即在矿区东翼3线左侧、矿体上盘崩落界线以外新掘一条从地表1160m至井下960m中段的专用回风井,井筒直径Φ4m,并在960m中段与此风井相连的联络道内设置风机硐室,安装1台K40-8-NQ26型风机(Q=75.4～164.2m3/s,H=288～1 330Pa,电机功率N=250kW),再从960m至850m、从850m至810m以下分段掘回风井,形成一翼竖井(890m以下还有5#盲斜井)进风、另一翼专用回风井出风的对角式机械通风方式和系统。该风井还可以作为矿井的另一个安全出口。960m中段及设计的专用回风井位置平面示意图见图2。

3.2 利用原大明斜井的方案

公司原已利用了东南面侧翼原已闭坑的大明公司的一条斜井,根据探测,其出口处基本上关闭,但关闭不严,阻力很大,通风效果不明显。大明斜井由两段探矿斜井倒段接力形成,断面约为2.7m×2.7m,其中分别为大明斜井、倒段平巷、966平巷、960人行小井。

如利用大明斜井,可分为3种方案。方案1:刷大大明斜井,使之满足允许最高风速,刷大后的断面为8.19m2,扩帮工程量1 096m3。从960人行小井到大明斜井井口,风流路线长690m。方案2:同方案1,刷帮断面13.52m2,工程量4 647m3。方案3:将982m小井直通地表,开口标高1 138m,井筒高度156m,本方案按允许最高风速计算的井筒直径为2.6m,考虑到回风井作为第二安全出口,内设梯子间,故此处采用优化后的井筒直径4m,本方案工程量2 123m3,风流线路长度199m。

3.3方案比较

(1)利用大明斜井进行技术经济比较,比较情况见表1。

由表1可以看出,方案3最优。因此又对该方案3与原设计的专用风井方案进行比较。

(2)专用风井与利用大明斜井经济比较与优缺点比较分别见表2和表3。

通过技术经济比较和优缺点分析可以看出,矿山采用专用风井方案具有明显优势,可作为该矿山的最终通风系统。

4结语

(1)矿山可采用专用风井的对角式机械通风方式和系统,通风方式为抽出或压入,为了生产管理的方便,则可根据季节的不同随时调整。

(2)为防止风流短路,保证生产运输,用空气幕隔断关键巷道,打破东翼小系统循环,确保主风机效能。

(3)利用960m以下侧翼已有的人行天井,刷大改造成接力倒段风井,解决960m以下总回风问题。

(4)采场上下两侧采用局扇强制通风,压缩通风时间。

(5)封堵采空区和邻近矿区的透口,清理巷道杂物,尽力降低局部阻力。

总之,矿山井下的通风比较复杂,在有条件时应结合井下监测系统,采集相关数据,随时调节风路、风量和负压,随时设置相关的风机、必要的通风构筑物,使矿井通风更完备,更合理,从而达到保障良好的作业环境和员工身体健康的目的。

摘要：內蒙古万城公司矿山采用机械通风的方式进行生产,存在风流混乱,污风串联,工作面风量不足等问题。随着开采向深部的推进,这些问题更加严重,为此,结合该矿的实际情况,提出了改善矿山通风状况的两种可行性方案。经计算比较,得到了井下通风系统改进与优化设计的最佳方案。实施后,作业环境明显改善。

关键词：通风系统,优化,风路,回风井,通风效果

参考文献

[1]北京有色冶金设计研究总院.采矿设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1989.

[2]王英敏.矿井通风与防尘[M].北京:冶金工业出版社,1997.

[3]杨殿.地下矿山设计原理[M].湖南:中南工业大学出版社,1995.

[4]兰州有色冶金设计研究院有限公司.内蒙古万城商务东升庙有限责任公司扩建30×10~4 t/a规模采选工程可行性研究报告[R].甘肃:兰州有色冶金设计院有限公司,2010.

矿山通风系统改造 篇5

关键词：矿山通风,网络,管理系统

一、引言

煤炭是我国的第一能源, 在一次性能源结构中占70%以上。但是, 由于开采条件的复杂性, 使得矿山瓦斯、煤尘、水、火、顶底板事故的隐患无处不在。在已发生的重大事故中, 瓦斯煤尘爆炸占了绝大多数。在这些瓦斯事故中, 绝大部分是由于通风不良造成局部瓦斯积聚, 再遇上由于各种不同原因引起的火花, 从而引起瓦斯或瓦斯煤尘爆炸。通风不良主要是因为通风系统不合理或通风系统管理混乱而造成的。由此可见, 做好通风系统的管理工作对于煤矿安全生产非常重要。

二、基本原理程序数学模型

深度优先搜索法是一种程序方法, 它是通过遍历的方法进行搜索。有向图的深度优先搜索法具体做法如下:从全图的最初起始点开始, 以它为始点, 找一条与它相连且未被标识过的边, 找到后对该条边进行标识, 然后以这条边的末节点为始点, 重复找边过程, 直到到达全图的最终节点为止。此时就完成对一条通路的搜索。找到一条通路过后, 按照来时的边开始回退。回退方法是:回退第k条边时, 以第k条边的始节点为始点, 重复找边过程。如果与始点相连的边都经历过 (即都被标识过) , 则又开始回退, 回退后, 将其后第二条边的标识消除掉, 例如完成第m条通路的搜索后, 当回退通路第k条边时k+l条边的标识 (第k、k+1条边都属于第m条通路) 。如此进行下去, 直到回到最初起始点, 与该起始点相连的边都被标识过, 这样搜索过程就结束。

三、程序实现

本程序首先自定义了一个数据类型Bran来定义分支类型, 其定义如下:

Private Ty Pe Bran

Branch Num As Integer

From Point As Integer

To Point As Integer

Resistance As Single

sign As Boolean

End Type

其中, Branch Num定义分支编号, From Point定义分支的始节点, To Point定义分支的末节点, Rsistance用来定义分支的风阻, Sign用来定义分支的标识符。

本程序能够自动确定入风口节点和出风口节点, 但是要求所有的入风口为一个节点, 出风口为一个节点。所以, 程序首先对原始数据表进行检测, 将没有作为某条分支的末节点的始节点和没有作为某条分支的始节点的末节点都找出来, 如果这样的始节点或末节点多于一个, 则说明数据表不符合程序要求, 需要对原始数据表进行修改;如果没有找到这样的节点, 则说明该通风网络为循环网络, 需要去掉大气伪分支, 出现以上情况均需要修改原始数据表, 以便确定出、入风口节点。Temp1 () 用于存放找到的始节点, Temp F为找到的符合条件的始节点的个数。确定出风口节点的过程与确定入风口节点的过程类似。

四、通风网络仿真

通风网络仿真就是通过在通风网络图上增加分支、删除分支的方式来模拟矿山增加巷道和堵死巷道, 然后进行网络解算, 以便为工程技术人员寻求合理的通风方案提供帮助。

1、增加分支

增加分支时, 先确定增加的分支所处的位置, 然后确定新分支的节点, 最后连线。增加分支的核心就是确定新分支的始末节点的坐标。新分支的节点所处的位置有两种情况, 一种是节点为原有节点, 一种是在分支上新增一个节点。

2、删除分支

删除分支就是将屏幕中的分支隐蔽掉, 同时修改网络解算需要的原始数据文件, 从中将欲删除的分支的节点号及始末节点删除。删除分支的操作通过菜单中的“删除风路”菜单项来完成, 它会让你选择删除方式。删除方式有两种, 一种是直接从屏幕中选择要删除的分支, 一种是通过列表框来选择要删除的分支。

五、结论

安全生产管理信息系统必须能够处理纵横交错的井下巷道系统和各种监控信息, 达到高度自动化。同时还必须实现煤矿安全生产管理信息的网络化, 达到安全信息共享和远程安全管理的目的。作为数字化矿山安全生产信息管理系统的一个子系统, 本文做的通风网络管理系统还应扩展其功能, 将其升级为通风系统管理系统, 使其能够在灾变时期反映矿井通风状况, 显示各条巷道的状况, 模拟各条巷道的风流变化情况, 确定井下遇险工作人员的避灾路线, 确定救灾人员的救灾路线及救灾方案。该管理系统如果与矿井的监控系统连接起来, 能够实时反映矿井的生产状况, 控制各通风构筑物的状态, 起到更好的管理作用。

参考文献

矿山通风系统改造 篇6

关键词：矿用风机,变频器,节能,PLC

一 前言

我矿山主要开采铅锌银等金属, 井下空气主要含有金属粉尘、雷管爆炸烟雾等, 井下通风最深达海拔-625米 (下文此类数字皆为海拔) , 空气的质量直接关系到工人人身安全。为此井下分别在+14米、-325米和-475米放置了3台132KW的风机, 每台风机年耗电量在100万度以上。此前每台风机皆为恒定转速运行, 无论白天夜间风量固定。风机主电机为132KW三相异步电机, 采用星三角启动方式, 控制方式为老式接触器控制, 不具备任何智能调速、节能措施, 若使用变频调速具有很高的节能前景。电机参数如下:

型号:Y315M-4 功率:132KW 额定电流:241A 级数:4极 转速:1490转 电压:380V 效率:94.0% 功率因素:0.89

二 改造目的

前期我司在井下-525米安装了具有变频调速的风屏, 运行以来性能稳定, 实现了白天和夜晚速度的自动调节。改造后的优点是明显的, 主要解决了两个问题:

解决了由于嫌风大井下工人经常自行关闭风机, 且没有人再去开风机的问题。

解决了夜间工人少风量大对电能的浪费情况。有鉴于变频智能调速在-525米风屏中的成功应用, 我矿井下+14米风机同样可以采用变频器调速:1) 增大风机叶片角度:降低电机转速, 目前风机叶片角度为22.5度, 改造后可以将风机角度调大, 比如30-35度, 这样实现同样风量的情况下可以降低电机转速, 实现节能。2) 降低电机最大运转速度:在供风充足的前提下, 可以尝试降低转速为目前的80%, 即运行频率为40Hz或者更低。 (具体频率需在实际应用中总结调整) 3) 智能定点调节风速:白天人多的情况电机运行在高速状态下, 如每天的7点至22点, 电机以高频率运行 (比如40Hz) , 以确保井下人多时的风量供应, 夜间22点至第二天7点前, 风机可以运行在较低的转速下 (比如20Hz) 。

三 原理方法

工程在保持现有控制柜的基础上, 增加了一台GGD电气柜。主要新增设备包括:风机水泵专用的富士VP系列变频器 (具体型号为FRN132F1S-4C) 和微电脑时间控制开关。

微电脑时间控制器:设定切换的时间节点, 这里我们主要设置了两个节点早上7点和夜间的22点, 通过它控制两个中间继电器。

变频器:工作模式设置在多段速模式, 上述两个继电器控制变频器的X1、X2端子, 调节变频器的内部参数C05、C06分别为40Hz和20Hz。

这样当微电脑时间控制器切换时, 相应的继电器动作, 实现了变频器速度的自动切换。

四 节能效果

理论上, 变频器节能最为明显的是在风机水泵行业, 因风机水泵的消耗功率与转速成正比, 所以当外界用风/水量不高时, 使用变频器自动将转速降低, 节能效果明显。我们知道, 要改造的风机变频器运行在50Hz以下属于恒转矩调速, 不管高速还是低速, 电机输出转矩是基本不变的, 电机电流也基本不变。变频器调速时, 电机的电压与频率基本上成正比, 由此可以看出来, 电机在低速时功率是小于高速的功率的。

根据变频器恒定转矩调速原理, 电机消耗功率和转速成正比, 即P正比于n, 由此, 可以假设当电机运行频率从50Hz减低到40Hz时, 能够节能20%。工程完工后, +14米风机运行在下列工况下:每天早上7点至22点运行在高速40Hz, 22点后至第二天7点前, 风机运行在低速20Hz, 即高速运行15小时, 低速运行9小时, 可以计算出:

undefined

这种情况下, 节电可达35%, 全年节电可达100万×3台×35%×1元=105万元。

五 不足与再改进

采用这种变频器与时间控制器的方式并不是最完美的方式, 它属于开环无回馈且只能是二段速控制, 但是处于节省设备成本的角度考虑是非常可行的。

若需进一步优化这套系统的控制, 如实现它的无级调速或三段速以上闭环控制, 可以采用PC、PLC加风压测量传感器, 实现对风机速度的全自动调节:PC用于设定工况 (人机对话接口) ;PLC具有多节点输出, 模拟量、数字量输入输出等更多功能, 可以实现无级或多段速调速;风压传感器可以实时测出环境风压。

为此, 我们可以在PC中预设一个工作状态, 如每天几点, 每周周末甚至于井下作业人数的状态, 确定在每个时间节点的工况, 即风速要求, 然后根据风速要求自动确定变频器的工作频率, 由PLC控制变频器;风压传感器反馈环境风压给PLC, 与预设值进行比较, 进而由PLC进一步优化变频器的频率, 实现闭环自动调速, 从而最大限度实现对能源的节约。

参考文献

[1]富士风机水泵型变频器说明书富士电机系统株式会社

矿井通风系统改造浅析 篇7

木代井开拓方式为斜井,分水平盘区式开采。一水平3号、7号层已于1999年开采完毕,二水平11-1号层于2007年10月底开采完毕,并进行了永久封闭。现开采的三水平13号层煤,有402和301两个生产盘区及131皮带大巷、133材料大巷、135回风大巷3条开拓大巷。

木代井历年来被鉴定为低瓦斯矿井,2006年矿井瓦斯等级鉴定结果(通风系统改造前鉴定)为:瓦斯绝对涌出量5.47 m3/min,相对涌出量5.30 m3/t;二氧化碳绝对涌出量6.88 m3/min,相对涌出量6.66 m3/t。

1 改造前矿井通风系统情况

改造前的矿井采用中央边界抽出式通风,共有3个井口,即主井、副井、7号层风井。其中主、副井进风,7号层风井回风。主井坡度-16°,断面11 m2,斜长630 m;副井坡度-18°,断面11 m2,斜长375 m;风井坡度-22°,断面5.7 m2,斜长226 m。通风系统改造前矿井开采二水平11-1号层及三水平13号层,且全部集中在井田西翼开采,并通过一回风暗斜井与东翼7号层总回风巷连通进行回风(7号层只保留回风系统)。7号风井安装两台2K60-4-NO18轴流式主扇(1985年投入使用),生产厂家为沈阳通风机厂,一台运行,一台备用,电机功率均为180 kW,转速734 r/min,反风方式为风机反转反风。其中,1号主扇于1997年7月经沈阳厂家技术改造,风叶角度40°(最大运行角度),排风量为2 800 m3/min左右;2号主扇未改造,风叶角度25°(最大运行角度),排风量为1 900 m3/min左右。

木代井矿井通风系统改造前11-1号层共有1115和1116两个生产盘区,每个盘区各布置一个刀柱炮采面,分别为1115801回采、1116806回采(11-1号层所有掘进工程已全部施工完毕,无掘进工作面)。13号层则全部布置为掘进工程,有402一个生产盘区和131皮带大巷、133材料大巷、135回风大巷3条开拓大巷,其中,402盘区共布置5个掘进工作面,分别为402,402-1,402-2 3条盘区巷掘进面和2201,5201两条顺槽巷掘进面。11-1号层所有开拓、盘区巷道均为双巷布置,为轨道巷进风,皮带巷回风,无专用回风巷。由于11-1号层现采盘区巷道两侧均已形成部分采空区(已回采完毕),无法补掘回风巷,但在新开拓的13号煤层,均按三巷布置,有专用回风巷,13号层不存在短缺专回巷现象(改造前矿井通风示意图略)。

2 存在问题及通风系统改造原因

1)木代井在开采11-1号和13号煤层时,一直无水平独立回风井,仍沿用东翼一水平7号层风井进行回风,致使通风路线长,通风阻力大(最大通风流程达7 km)。更为严重的是,7号风井及7号层总回风大巷受南部原左云县店湾村1号井(该井于2001年底关闭)的火区威胁,2004年12月曾发生过风井回风流中CO严重超限事故,后虽经加固密闭,堵漏治理,使CO涌出得到了有效控制,但对火区未进行彻底治理,一旦发生火区气体爆炸,将严重威胁木代井全矿井的安全。

2)矿井生产主要集中在井田西翼,西翼11-1号层所有开拓、盘区巷道均为双巷布置,为轨道巷进风,皮带运输巷回风,且无专用回风巷,而在皮带回风巷设置调风设施难以合理有效地调控风量,致使各工作面配风比较困难,矿井通风系统不合理。

3)由于矿井采掘严重失调,接替紧张,采掘工作面部署较多,而矿井主通风能力严重不足,存在超通风能力生产现象,严重影响着木代井的安全生产及正常采掘接替(矿井通风系统改造前,曾被迫将13号层402整个盘区停产封闭)。

4)7号风井两台主扇通风能力不匹配。由于两台主扇通风能力不同等,在日常生产工作中,木代井7号风井基本上一直运转排风量较大的1号主扇,而2号主扇很少运转,两台主扇不能按期进行倒运行。

综上所述,木代井整个矿井通风系统存在着诸多不安全隐患,严重影响着木代井的安全生产,因此,需尽快改造矿井通风系统。此项工程已被同煤集团公司列为2005年确定的31项重点安全隐患整改项目。

2005年5月7日,同煤集团召开了关于对马口煤矿木代井通风系统改造的专题会议,根据会议安排,木代井矿井通风系统改造方案为:从木代井11-1号层1115盘区巷向北掘进,与东周窑2号井对掘贯通总回风大巷,将来利用东周窑2号井风井作为木代井的回风井,彻底甩掉现使用的7号风井,避免火区威胁,同时,也将彻底解决木代井通风能力不足、通风系统不合理、通风阻力大的问题。预计共需掘进半煤岩巷道约650 m,断面10 m3,并在东二风井口重新施工回风峒(原回风峒断面小),新安装2台FBDCZ№20型对旋式主扇。

3 通风系统改造过程

2005年6月,马口煤矿木代井开始从11-1号层1115盘区轨道巷向北沿11号煤层进行掘进,与此同时,东周窑2号井开始沿11号煤层向南进行掘进,两矿井同时掘进木代井西翼总回风大巷,并于2005年12月19日顺利实现对掘贯通。2006年3月至7月期间,先后完成了对西翼总回风大巷全部进行喷浆、施工东二风井回风峒及风井口新安装2台FBDCZNo20型对旋轴流式主扇等工程,同时,马口煤矿做好木代井矿井通风系统调整改造的准备工作后,新主扇于7月31日投入运行。东二风井新主扇投入运行后,根据当时风量需求,将原7号层风井1号主扇转速由734 r/min调小为435 r/min(采用变频调控),排风量降为1 030 m3/min,负压由原来的125 mm降为53 mm。

东二风井新主扇投入运行后,当时叶片角度为43°/35°,东二风井回风量为3 358 m3/min,主扇排风量为3 603 m3/min,负压3 100 Pa,超出2 000 Pa的规定值(此时东二风井主扇通风能力仍不能满足木代井西翼所有采掘工作面的所需风量,如继续靠调大东二风井主扇叶片角度来增大风量,则主扇会发生“喘振”现象,且增风效果不明显)。其主要原因是由于木代井井下部分进、回风大巷巷道断面小,特别是11-1号层大部分巷道断面小,存在超风速现象。其次是13号层通风路线长(风流由11-1号层通过暗斜井进入13号层后再折返回11-1号层,然后回至东二风井),导致矿井通风阻力大,新主扇处于高负压运行状态,主扇每月电费消耗约9.1万元。

为解决木代井矿井通风阻力大、新主扇高负压运行的问题,马口煤矿又大力实施了通风降阻工程。一是从13号层135回风大巷至11-1号层1115盘区轨道巷之间补掘了回风暗斜井(斜长59 m,倾角25°),于2006年9月22日贯通,贯通后对木代井矿井通风系统又进行了重新调整,使13号层的通风路线大大缩短,所有区域均改为皮带巷进风,11-1号层为轨道巷回风,13号层为专回巷回风。二是从11-1号层东翼向西翼补掘了西翼辅助运输大巷(长度450 m,为进风巷),于11月5日实现贯通。贯通后降低了付井井底车场至西翼11-1号层之间的皮带暗斜井和轨道暗斜井的风速,使巷道超风速的问题得到解决。以上两项工程施工完毕后,木代井东二风井回风量增至4 478 m3/min,主扇排风量为4 612 m3/min,负压降为1 950 Pa,达到了良好的通风降阻增风效果。之后于11月15日停转了东翼7号层风井主扇,并对7号层总回风大巷及回风井筒进行了永久隔离封闭,彻底避免了小窑火区威胁。11月23日,由山西省安全装备技术测试中心对木代井东二风井两台新主扇分别进行了性能测试。

4 通风系统改造后产生的经济效益

木代井通风系统改造后,矿井采用中央边界抽出式通风,共有3个井口,即主井、副井、东二风井。其中主、副井进风,东二风井回风。东二回风井倾角为-30°,断面9.3 m2,斜长416m,新安装的2台FBDCZNo20型对旋轴流式主扇,生产厂家为山西防爆电机有限公司,一台运行,一台备用,通风能力相同,电机功率均为185 kW×2 k W,转速960 r/min,风压220 mm。按排风掘进工作面计算,每月原煤产量可增加约1.6万t,每吨原煤平均按200元计算,每月可创产值320万元,全年可创产值约3 840万元。

5 结束语

矿井通风系统优化改造研究 篇8

空气进入矿井之后, 当其组分与地面空气组分相差不大时, 此时称为矿井新鲜空气。由于井下生产过程中使得井下巷道内充满各种气体、矿尘及杂质等混合物, 此时称为矿井污浊空气。矿井通风是在自然或机械动力作用下, 源源不断向井下作业地点供给充足的新鲜空气, 稀释有毒有害气体, 调节井下气候条件, 确保井下矿工作业安全与健康, 提高劳动生产率[1]。

1 良好矿井通风系统的标志

矿井通风系统主要由矿井主要通风机装置及井下通风网络共同组成, 这是一个动态的系统[2]。矿井通风系统的主要任务是为工作地点输送充足新鲜风流, 创造良好气候条件与工作环境;一旦发生灾变时, 矿井通风系统应当能够及时依据灾变情况调配控制风流。

1.1 主要通风机装置运行状态良好

矿井通风机装置工况点决定了其运行状态的好坏。工况点是风阻曲线与通风机特性曲线的交汇点。只有在通风机装置工况点合适的情况下, 才能保证其运行稳定性和经济性良好。矿井通风机装置稳定性是指在运行过程中只有一个工况点, 其工作风压与工作风量不发生周期性振动。

1.2 通风井巷联接形式合理

通风井巷联接形式合理主要是指通风系统安全可靠、技术合理、经济可行。矿井通风系统制定的基本原则是安全可靠, 要求在确保矿井正常生产的前提下满足安全规程的规定, 不存在安全隐患, 保证矿井安全生产, 同时, 一旦出现意外事故应当保证井下工作人员能够安全撤离, 将矿井损失降低到最小。技术合理主要是指技术方案合理可行, 能够保证矿井通风系统安全可靠, 满足矿井生产要求。

1.3 通风网络内部最优化调节

通风系统经济合理重要组成部分之一就是通风网络内部最优化调节。这一部分将直接关系到矿井主要通风机设备的合理工况点, 进而对矿井通风耗电量产生影响, 因此, 通风网络内部最优化调节成为除网络系统、通风井巷联接方式合理之后的另一个重要因素。矿井通风网络的内部调节指在综合考虑安全、技术及生产等因素的基础上, 确定通风井巷联接形式之后, 确保井下风流实现按需分配的重要工作。

2 矿井通风系统优化设计的理论与方法

矿井通风系统设计的主要目的是选择一组相互关联、互相制约的设计变量, 并且要求这些设计变量能够在既定的设计环境要求下, 满足矿井功能、安全、技术的可行性与先进性。因此矿井通风系统优化改造是一个开放、复杂的大系统。矿井通风系统优化设计的理论与方法主要包括以下两个内容。

2.1 从定性到定量的综合集成技术

近些年, 出现的综合了基于案例设计、数学模型设计与逻辑设计的设计方法。合理的矿井通风系统优化改造研究方法是参照人脑思维活动的特点, 将逻辑推理、联想记忆与数值计算相互结合, 建立一个智能型矿井通风集或系统, 并且通过矿井通风系统自身学习与自身适应机制, 逐渐完善改进该系统的新途径。从定性到定量综合集成技术在实践中逐渐形成智能通风学。

2.2 设计支持系统的研制

随着电子计算机技术不断发展, 计算机已经涉及到各行各业之中。矿井通风系统整体优化改造的实现同时也以计算机为主要工具。根据现有的计算机发展水平, 矿井通风自动设计系统的实现是相当艰难的, 因此, 目前的矿井通风系统计算机软件主要以设计决策支持系统为主。

3 矿井通风系统优化改造

矿井通风系统的目的是通过形成一个较合理的风量分配方案, 从而满足井下工作面需风要求, 进而取得较好的通风效果。矿井风量分配主要由通风网络拓扑关系、支路风阻及风机特性曲线共同作用。通风网络拓扑关系的确定主要关系到通风系统的选择, 当系统确定之后, 则需要确定支路参数及风机性能, 最终达到风量能够实现合理分配及通风效果最优。

3.1 通风井巷优化

通风井巷优化主要是指通过选择合适的巷道断面、巷道长度及支护参数, 使矿井井巷能够实现在其服务年限要求内建设投资与后期维护费用及通风耗能费用总和最少。通风井巷优化目标函数为:

式 (1) 中, NZ为专用风井总数;ai为井巷阻力系数;Pi为井巷断面周长, m;Qi为流过井巷的风量, m3/min;Yi为井巷服务年限;Si为井巷断面积, m2;C1为工业电价, 元/ (k W·h) ;C2为单位体积井巷掘进率, ×104t;C3为单位面积井巷支护率, m3;Li为通风距离, m。

3.2 阻力调节优化

为使通风系统配风合理、节省投资、降低能耗, 可以通过改变部分可调井巷风阻来实现。阻力调节优化主要包括:a) 缩短通风线路。缩短通风线路长度主要是主干巷道的布置要做到通风网络简单、巷道避免出现拐死弯。在矿井生产过程中要对通风系统不断优化, 在矿井生产后期, 要及时封闭多余巷道, 做到缩短通风线路, 从而将整个矿井的通风阻力降至最低;b) 选择合理巷道断面。矿井通风阻力与巷道断面周长成正比关系, 与巷道断面立方成反比关系。由于圆形断面巷道施工难度较大, 因此在具体施工过程中应尽量选择拱形断面, 同时保证巷道畅通, 及时对巷道断面进行整理维修, 从而达到巷道具有有效断面的目的;c) 选择合理支护方式。虽然砌碹支护巷道摩擦阻力系数最小, 但是巷道维护费用较高, 造成经济上极大浪费, 因此, 除特殊要求外, 巷道应当尽量实施光爆锚喷支护技术, 从而减少矿井通风阻力;d) 选择合理供风量。虽然减少风量可以大幅降低风阻, 但是由于每个用风地点的需风量是固定的, 因此不能随便减少。

阻力调节优化目标函数为:

式 (2) 中, NB为网络分支数;NT为可调井巷数;RTi为调节后井巷风阻, kg/m7;QTi为调节后井巷风量, m3/min;Ri为调节前井巷风阻, kg/m7;Qi为调节前井巷风量, m3/min;T为调节设施服务年限, a;TJi为第i号调节设备费, 元;WXi为第i号调节设施维修费, 元。

3.3 风机优化

风机优化主要是指通过选择合适的风机与工况点, 实现通风系统风量风压分配合理、经济合理、能耗最低。风机优化目标函数为:

式 (3) 中, NF为网络装机点数, 个;Hfi、Qfi、ηi分别为第i号装机点风机工况;FJWi为风机设备投资及维修费, 元。

4 结语

在中国改革开放与现代化建设过程中, 矿山资源一直占有重要地位, 逐渐成为中国可持续发展的重要保障。随着社会经济不断发展, 各种矿山事故不断发生, 为国家财产和职工生命安全带来巨大危害。这些安全事故大多与矿井通风具有重大关系, 因此优化改造矿井通风系统与改善井下通风环境对降低矿山通风安全事故具有重要意义。

参考文献

[1]王显政.煤矿安全新技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2002.