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复杂条件下矿井通风系统优化研究

时间:2014-01-04 19:59来源:科技创新与生产力 作者:朱鹏超点击:

  摘要:以平煤十三矿为例,介绍了矿井通风系统的概况,指出矿井通风系统存在的缺陷,提出在复杂条件下矿井通风系统的优化设计。

  关键词:矿井;通风系统;复杂条件

  在煤炭的生产过程中,矿井的通风系统是重要的组成内容,在矿井生产工作中起到了防灾、抗灾、稳产以及高产的作用,直接影响到生产单位的经济利益。矿井通风系统中相关联的要素较多,要素与要素之间互相影响。因此为了保证矿井通风系统能够更好地服务和制约生产系统,提高生产工作的安全性和可靠性,通风系统需要时刻保持最好的运行状态[1]。

  1 矿井通风系统概况

  平顶山天安煤业股份有限公司十三矿(简称“平煤十三矿”)设计生产能力180万t/a,现已达到200万t。矿井东西走向为15 km,宽1.3~5 km,煤岩厚度750 m,煤层层位76层,分123采区。平煤十三矿采用立井开拓,分区通风,其中东风井服务于己一采区,西风井服务于己二采区。西风井开采二1(己组)薄煤层主要有煤层9号、10号两个,以及一个二2(丙组)厚煤层12号,而其通风能力仅满足一个工作面, 无法满足后期煤层同时开采的需要。

  为了能够保证通风系统的最优化,需要对矿井通风系统中存在的一些缺陷进行分析,并提出相应的改进方法。

  2 矿井通风系统的缺陷

  平煤十三矿开采地质构造条件复杂,采掘期间发生过三次突出, 突出孔洞呈口小腔大的梨形、倒瓶形以及其他分岔形等。 一旦发生突出,抛出的煤岩瞬间会堵塞巷道,阻断风流,破坏通风系统[2]。因此,突出是煤矿严重的自然灾害。随着采掘向深部发展,煤与瓦斯突出已成为制约该矿安全生产最主要的因素。在目前,平煤十三矿矿井通风系统的缺陷主要有以下几方面。

  1)无法满足未来发展的需求。一些矿井的煤层较多,在后续阶段会同时进行开采作业,而在通风系统上,其通风能力仅仅满足一个工作面,对于矿井未来的发展,在需风量上将会大大增加,而以目前的现状,矿井的通风系统难以满足未来发展的需求。以平煤十三矿风井为例,平煤十三矿采用立井开拓,分区通风,其中东风井服务于己一采区,西风井服务于己二采区,其中西风井通风能力仅满足一个工作面, 无法满足后期煤层同时开采的需要。

  2)主通风设备的缺陷。矿井在主通风设备上存在一系列的缺陷,比如铜衬托脱铆。另外,一些通风系统的主扇叶片存在受损以及腐蚀严重的情况,因此每年都需要对主扇叶片进行维护和更换,这也使得生产单位需要引进大量的维护费用。

  3 复杂条件下矿井通风系统的优化

  3.1 方案的提出和选择分析

  针对上述存在的一系列缺陷,平煤十三矿从三个方面对矿井通风系统进行优化:第一是在原有的通风系统基础上进行扩容,从而增加进风量,或者是探索新的进风途径。第二是在原来的情况下将回风能力加强,或者扩展出新的回风道路。第三是对通风系统的相关参数进行重新调整和优化,从而加强矿井的通风效果。结合上面的3个改进要求,制定出以下两种优化方案。

  1)对风井的改造。东风井在原有基础上将风筒延长,并对风道、主扇相关设备等进行安装和修剪,同时材料斜井作为薄煤层9号的专用运料通道以及进风通道。回风斜井的断面面积也在原来的面积上进行扩大,由原来的6 m2增加到15 m2以上。

  2)材料斜井的改造。在进风井上,不做任何改动,材料斜井则延长到薄煤层9号,并和总回风井连接,作为回风井使用,在地面设置相应的机房、防爆门以及风硐等设备,同时为西风井二1(己组)煤层9号进行通风。西风井同时也对厚煤层12号以及薄煤层2号进行进风。

  上述两种方案,第二种方案在施工难度上明显低于第一种方案,在工程量上则相对较大,施工时间较长,影响了矿井的生产工作,资金的投入也较大。经过分析,选择第一种优化方案进行改造。

  3.2 方案参数的设计和优化

  3.2.1 采掘工作面的分布以及风量需求的计算

  在矿井的实际生产过程中,通风存在容易和困难两个阶段,容易的阶段是指目前的生产通风能力符合现阶段生产以及薄煤层开采阻力的要求,通风需求量较小。而困难阶段则是指在后期的生产工作中,要求通风系统能够满足多个煤层开采的通风阻力需求。经过分析和计算,在通风容易的阶段,对于厚煤层12号的通风需求量需要满足1 740 m3/min,而薄煤层9号则需要满足3 780 m3/min;而在通风困难的阶段,厚煤层12号的通风需求量为4 690 m3/min,薄煤层9号则为3 480 m3/min。

  3.2.2 风阻的计算以及解算

  在通风容易阶段,最大通风阻力的风流路线如下:从副井开始,到薄煤层9号副井、9号材料井、9号集中轨道巷、9号盘区巷,之后再到8224工作面,然后到盘区回风巷、风硐,最后到回风井。

  而在通风困难的阶段,最大通风阻力的风流路线如下:从副井出发,之后到厚煤层12号盘区巷、8224工作面,然后到12号盘区回风巷、总回风巷、风硐,最后到回风井。

  在通风摩擦阻力的计算上,结合通风两个阶段,对各个区段的井巷摩擦阻力进行计算,得出在通风容易的阶段,最大阻力区段的摩擦阻力为2 203.0 Pa。在通风困难的阶段,最大阻力区段的摩擦阻力的计算结果为2 662.7 Pa。

  风硐在通风阻力的要求上,一般数值为100~200 Pa,优于二1(己组)风井在改造后风道加长,因此风硐的最大通风阻力选择200 Pa。然而,由于在四季,自然风压存在差异性,加上对影响阻力的分析,因此选择200 Pa。

  在对通风阻力进行计算时,在容易通风的阶段,通风阻力的计算公式为

  h阻易=k局∑h摩易-h白,

  即1909 × 1.15 - 200 = 1 995 Pa 。

  在通风困难的阶段,通风阻力计算公式为

  h阻难=k局∑h摩难-h白,

  即为2308 × 1.15 + 200 = 2 854 Pa。

  因外部漏风的影响,通风器的排风量Q排相比矿井总风量Q要大,则Q排=k外Q。其中k外为外部漏风系数,在抽出式通风以及风井不存在提升任务的情况下,一般选择1.10以及1.05。

  4 结论

  结合实际二1(己组)情况,选择合适的主扇作为通风配套设备,结合十三矿当地的大气压以及温度,选择特性曲线300为通风容易阶段的解算,400则为通风困难阶段的解算,改造后的矿井,在通风容易阶段的风量总需求为8 141 m3/min,通风阻力为1 989.4 Pa;在通风困难的阶段的风量总需求则为9 916 m3/min,通风阻力为2 851.8 Pa。在风速上,两个阶段的通风风速经验算符合相关要求。

  参考文献:

  [1] 原晓红.矿井通风系统技术改造[J].煤炭技术,2005(11):67.[2] 吴永平.晋华宫矿推行超前管理的理论与实践[J].中国煤炭,2002(9):56-57.

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