煤矿深部开采的通风优化分析及方案确定.pdf

绿水洞煤矿深部开采的通风 优化分析及方案确定 张再镕 1 ,杨胜强 1 ,冉建生 2 ,彭 勇 2 1. 中国矿业大学 能源与安全工程学院,江苏 徐州221116; 2.广能集团 绿水洞煤矿,四川 广安638650 摘 要绿水洞煤矿528 m水平、660 m水平、 790 m水平煤炭资源日渐枯竭,矿井为持续 发展而开拓新水平350 m水平,由此导致350 m水平系统形成时矿井需风量增大、 矿井通风 路线加长、 通风阻力增加等趋势。针对这种情况,根据矿井瓦斯涌出状况和目前制定和实施的配 风细则,对届时矿井需风量进行了预测和计算;对矿井已有巷道进行了实际通风阻力测定及分 析;对正处在开拓中的巷道利用科学方法进行了阻力预测计算和分析。根据风量、 风阻分析提出 了几个现场可行的通风系统设计方案,并对每个方案进行了风网解算和技术经济优化分析,得出 最优可行的通风方案,为深部水平开采主通风机的选择及其与通风网络匹配提供了理论依据,并 为深部水平的安全生产和通风系统形成提供了技术保障。 关键词通风系统优化;供风量预测;方案设计 中图分类号 TD724 文献标识码B 文章编号 1003 - 496X2008 01 - 0081 - 04 绿水洞煤矿位于四川广安市内华蓥山上,隶属 于广能集团有限责任公司。该矿原设计能力60万 t/a,于1981年12月投产,经过一系列生产能力改 造,现准备年核定生产能力120万t。矿井为阶梯平 硐开拓,现有平硐4个,其中回风平硐1个,布置在 999 m水平,进风平硐3个分别布置在 528 m 水平、660 m水平、790 m水平。经过长期开采, 790 m水平已经回采结束, 528 m水平、660 m 水平是现阶段主采水平,但为矿井生产接替和可持 续发展,矿决定深部开采进入350 m水平,作为未 来的主采水平,同时为方便未来煤炭资源的运输和 通风的需要,新掘 350 m平硐,于是形成 350 m 平硐、528 m平硐、660 m平硐、 790 m平硐4 个平硐进风状况。该矿现通风系统为中央边界抽出 式通风方式,主要通风机配70B2- 21№24型轴流式 风机2台 1 台备用 , 1 风机配 450 kW电机, 2 风 机配630 kW电机。 1 问题的提出 随着790 m水平、 660 m水平、 528 m水 平煤炭资源的日渐枯竭,矿井进入深部开采350 m 水平。本矿瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井,生产过程 中瓦斯涌出量较大,虽然矿井配备了瓦斯抽采系统, 但主要还是利用风排瓦斯。一旦矿井进入深部开 采, 350 m水平作为矿井主采水平时,预测矿井瓦 斯涌出量将大幅度增加,虽然矿井将加强采煤面的 瓦斯抽放工作,但由于煤层本身的低透气性,瓦斯抽 放效果不佳,瓦斯治理仍主要靠风排。因此,届时矿 井需风量将大幅度增加,同时由于转入深部开采后 通风路线也大幅增长,预测矿井通风网络与矿井主 通风机的供风能力将不再匹配,为了满足生产能力 需要和矿井持续性开采,必须开展有关深部开采时 矿井通风网路与矿井主通风机能力是否匹配的论证 和通风系统方案的优化分析,确定绿水洞煤矿深部 开采的通风方案。 2 矿井通风现状调查与预测 2. 1 矿井风量预测 本矿井为高瓦斯矿井,同时煤层具有自燃倾向 性。工作面的供风量大小,既要将工作面未抽放出 的瓦斯顺利排出以确保瓦斯不超限;同时又要限制 风量过大,避免引起工作面采空区遗煤自燃。由于 350 m水平属于矿井系统的深部水平,预测350 m水平煤层由于埋藏深、 地压高、 透气性低等因素导 致煤层瓦斯含量更高,另外由于地温高,破裂煤体更 易自燃 〔1〕 。考虑以上各种影响因素,并根据绿水洞 煤矿风量计算细则,预测350 m生产系统形成时, 工作面需要风量和矿井总风量如表1,利用表1中 18 问题探讨 煤 矿 安 全2008 - 01 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 的数据作为风网解算 〔2〕 中固定需风的依据。 表1 主要地点需风量 地点全矿井 3132 面 5271 面 3211 面 350 西总风 掘进 面 需要风量 /m3min - 1 6 9008006008504001 750 2. 2 矿井阻力现状与预测 由于矿井 350 m水平在延伸中,系统尚未形 成,无法对 350 m水平巷道阻力进行实际测量。 因此矿井风阻R值分为两部分第一部分为 528 m水平、660 m水平、790 m水平、999 m水平已 有的巷道通过气压值法进行实际巷道风阻测定,这 些水平巷道在未来主要作为矿井回风巷道;第二部 分为尚未形成系统的 350 m水平巷道,该水平巷 道只能通过巷道设计参数,利用公式计算 〔3〕,该水 平巷道主要做为未来的进风段和用风段。通过对 528 m水平及以上水平巷道阻力实际测定,统计出 巷道阻力分布如表2。 表2 矿井进风段、 用风段及回风段通风阻力对比 通风 路线 巷道长度 /m 通风阻力 /Pa 所占比例 / 进风段5 322377. 5619. 90 用风段1 690564. 0929. 73 回风段3 084955. 9650. 37 1由于 350 m水平以上的巷道在 350 m 水平采掘系统形成时,大部分将作为矿井回风段,因 此,在 350 m水平采掘系统形成时通风系统回风 段巷道较长,阻力较大。 2 350 m水平为矿井深部,进风巷道也较 长,据采掘工作面图测知离最近工作面的进风巷道 长度也将近7 000 m,预测进风段阻力较大。 3根据经验,预测350 m水平用风段的阻力 与以往矿井用风段阻力大体相当。 4由于采用多条并联平硐作为矿井通风系统 的进风大巷,导致矿井总阻力渐变趋势并不明显,通 过风网解算可实际模拟计算。 2. 3 矿井主要通风机运行状况 经验证明 〔4〕轴流式主要通风机的工况点位于 风压曲线“ 驼峰 ” 的左侧时,通风机的运转就可能产 生不稳定状况,即工作点发生跳动,风量忽大忽小, 声音极不正常,所以通风机工作风压不应大于最大 风压的0. 9倍,同时为了经济,通风机的效率不应低 于0. 6。绿水洞煤矿现运行主要通风机为70B2 - 21 №24型轴流式风机,风机叶片安装角度为47,根据 通风机性能测定报告及以上论点,矿井主通风机现 运行工况点应在A点以下,在C点以上,曲线AC段 才是通风机的合理工作范围如图 1 。同时根据矿 井阻力测量,矿井通风机风量为120. 05 m 3 /s,风压 为1 900 Pa,计算出矿井阻力曲线和风机性能曲线 交于B点。从图1可以看出,矿井风机处于正常工 作范围内,并有一定富余能力。 图1 矿井通风机运行工况点 3 通风系统方案预设计及各自通风状态模拟 3. 1 350 m水平通风系统方案设计 由于350 m水平通风系统尚未形成,又要保 证350 m水平系统形成时矿井主通风机能够满足 矿井生产的需要,保证矿井主通风机与矿井风网的 匹配,因此需要对矿井通风系统进行方案设计。根 据矿井通风系统现状调查和矿井阻力测定结果分 析,设计了以下2个方案。 方案一开掘专用回风巷道 在如图2中A所在的位置新掘一条长327 m、 倾角31. 7 、 断面12 m 2 的回风井即林家湾风井 , 使矿井形成混合式通风系统。林家湾风井主要负责 3211工作面、350西掘进大巷等的用风; 999风井主 要负责3132工作面、5271工作面及部分掘进面的 用风。 方案二合理利用老巷 不新掘林家湾风井,修整563补回风上山等老 巷,同时扩修350 m轨道上山大巷和350 m行人 上山巷道如图2中B、C、D位置。对563补回风 上山等一系列老巷进行合理的扩巷、 封闭、 修整,减 少该段的通风阻力,使3211工作面的回风顺利从该 段巷道进入总回风巷;对350 m轨道上山和350 m行人上山进行扩巷,增大其断面,以便528 m水 平、660 m水平、790 m水平的矿井进风风量更 容易地到达350 m水平。 3. 2 方案通风模拟分析 利用矿井通风网络解算方法 〔2〕及各自方案的 28 煤 矿 安 全Total 398 问题探讨 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图2 矿井通风系统示意图 通风网络图,对方案一、 方案二分别进行通风网络模 拟解算,解算结果表明在保证矿井用风地点供风量 大于需风量,巷道风速满足 煤矿安全规程 的情况 下,方案一林家湾风井风量Q为31. 5 m 3 /s、 风压H 为952. 38 Pa, 999风井风量Q为75. 3 m 3 /s、 风压H 为1 831. 26 Pa;方案二999风井风量Q为125. 7 m 3 /s、 风压H为1 928. 77 Pa。分析两方案数据推 出方案一矿井的总风量将增加,各自风机静压将下 降,矿井风机富余能力较大,虽便于风量调节、 瓦斯 排放,但风机效率不高、 风机功率消耗大;方案二,保 持了原有通风系统,矿井主要通风机在合理工况点 内,即便存在矿井通风网路复杂、 通风线路长、 网路 角联较多情况,但只要加强通风管理,仍能满足生产 需求。 4 方案实施效果 1经济比较。方案一需新掘一条林家湾风 井,方案二需扩修整治563 m补回风上山巷道和 350 m上山巷道;方案一实行两风井回风,需要新增 一风机,方案二仅调节矿井现有主扇。两方案具体 比较如表4所示,从表4分析可知,方案二在经济上 明显优于方案一。 2技术比较。方案一缩短了用风地点的通风 线路,降低了通风阻力,矿井风流稳定,有利于通风 管理;方案二由于风井位置较偏,全矿井只有一个回 风井,矿井通风网络复杂,通风管理较困难,但是只 表4 两种方案经济比较表 比较项目方案一方案二 井巷工程新建风井,费用很大 整修563补回风上山 及350上山,费用较少 主要通风机 新买或者租赁一新 风机,费用较高 用原有风机仅调节风 机安装角度,费用较少 主要通风机效率较低较高 主要通风机功率较大较低 要管理得当,也能够满足矿井的正常生产。 3施工管理比较。方案一和方案二均存在一 定施工难度。方案一操作过程中,在征地、 施工和处 理工农关系方面存在许多不确定因素,难度较大;方 案二在施工过程中虽然也会遇到巷道整改困难,影 响矿井正常通风,但如果施工时间恰当,在 350 m 水平未形成时即修整563 m回风上山和350 m上 山,则不会影响矿井的正常生产。 5 结 语 1通过矿井通风现状调查和瓦斯资料查询, 预测出了矿井风量和风阻,以此提出了通风系统预 设计方案。 2矿井现行风量为120. 05 m3/s,当 350 m 水平采煤系统形成后,预测矿井风量为125. 7 m 3 /s, 38 问题探讨 煤 矿 安 全2008 - 01 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 通风设施对煤炭自燃的影响 边洪臣,王岸泓 大雁矿业集团公司,内蒙古 呼伦贝尔021122 摘 要通过对通风设施的位置对矿井风流压力分布的影响的分析,阐述了通风设施在矿井发生 自然发火的过程的作用,并通过实例说明了合理设置通风设施位置在防止自然发火工作中的重 要性。 关键词通风设施位置;自然发火;合理确定设施位置 中图分类号 TD75 2. 2 文献标识码B 文章编号 1003 - 496X2008 01 - 0084 - 02 煤炭自然发火是煤矿生产过程中的一大灾害, 它不仅威胁井下工作人员的生命安全、 影响正常生 产,还会造成国家财产的大量损失。 矿井中通风状态和压力分布的变化与煤炭自然 发火有着密切的关系,在生产中确定通风设施位置 时,要紧紧抓住风与火的关系,在保证通风系统稳定 运行的大前提下,还要充分考虑因通风设施造成的 压力分布的变化对煤炭自然发火的作用。 1 合理确定通风构筑物位置 通风系统的管理对于防治煤炭自然发火来说是 一个关键。设施位置关系到漏风的增减和煤炭自然 火灾能否发生,所以设施位置不能随意确定,要以保 证通风系统合理、 稳定运行为前提,以尽量降低设施 两侧的风压差为原则确定通风设施的位置,并尽量 设置在岩巷中,从而达到防止自然发火的目的。 如某矿井一采区回风上山,其调节风窗设在了 全煤巷内,并且巷壁破碎,致使在调节风窗的入风侧 的煤帮内出现了高温,并伴有CO涌出。后将其位 置下移到了该巷的全岩处,使得高温得以控制, CO 的涌出量也逐渐减少,从而控制住了此次自然发火。 事后通过对现场考察分析,确定引发原因为 地点选择不合理、 尽管能够保证通风系统正常 运行,但因其位置不合理,致使设施两端风压差过 风量增长幅度不大,说明矿井现行风量较大,应加强 通风管理。 3矿井现行风压为1 900 Pa,当350 m水平 采煤系统形成后,预测矿井风压为1 928. 77 Pa,矿 井阻力增幅也不大。因为 350 m水平形成后,虽 然通风线路增长,但由于多一个并联进风平硐 350 m平硐 , 造成并联风路对矿井阻力的减少抵消 了通风线路对矿井阻力的增长。 4对两方案在3个方面的比较,得出方案二 更结合实际,应优先采用第二方案,即充分利用原有 巷道和风机,只要加强矿井通风管理,现行风机已能 满足届时生产要求。 5用矿井通风网络解算方法预测矿井主扇与 通风网络是否匹配仍存在缺憾,由于 350 m水平 系统尚未形成,无法现场测量矿井风阻值,只能采取 计算法推测矿井风阻值,如果系数取值不当,则会造 成较大的误差。 6矿井通风网路复杂,角联风路较多,某些巷 道风速偏小、 风流不稳定,且该矿又为高瓦斯矿井, 容易造成瓦斯积聚,对通风生产没有用处的巷道应 及时封闭。 参考文献 〔1〕 付永水.义马矿区煤层自然发火防治技术〔M〕.北京 煤炭工业出版社, 2006. 〔2〕 张慧忱.计算机在矿井通风中的应用〔M〕.徐州中国 矿业大学出版社, 1992. 〔3〕 张国枢.通风安全学〔M〕.徐州中国矿业大学出版 社, 2003. 〔4〕 尚书海.峰峰煤矿瓦斯煤尘防治技术〔M〕,北京煤炭 工业出版社, 2006. 作者简介张再镕1981 - ,男,土家族,重庆黔江人, 在读硕士研究生,主要从事矿井通风与瓦斯防治方面的研 究。 收稿日期 2007 - 07 - 25;责任编辑郭瑞年 48 煤 矿 安 全Total 398 问题探讨 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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