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绿水洞煤矿深部开采的通风优化分析及方案确定 第六图书馆 绿水洞煤矿528m水平、660m水平、790m水平煤炭资源日渐枯竭,矿井为持续发展而开拓新水平350m水平,由此导致 350m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顶测计算和分析。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。绿水洞煤矿528m水平、660m水平、 790m水平煤炭资源日渐枯竭,矿井为持续发展而开拓新水平350m水平,由此导致350m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 顶测计算和分析。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。通风系统优化 供风量预测 方案设计煤矿安全张再镕 杨胜强 冉 建生 彭勇 [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6386502008 第六图书馆 第六图书馆 煤 矿 安 全 2 o o 8 0 1 8 1 绿水洞煤矿深部开采的通风 优化分析及方案确定 张再镕 ， 杨胜强 ， 冉建生。 ， 彭 勇 1 ． 中国矿业大学 能源与安全工程学院， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 2 ． 广能集团 绿水洞煤矿， 四川 广安 6 3 8 6 5 0 摘要 绿水洞煤矿 5 2 8 m水平、 6 6 0 m水平、 7 9 0 m水平煤炭资源 日渐枯竭 ， 矿井为持续 发展而开拓新水平 3 5 0 m水平 ， 由此导致 3 5 0 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 牛已有巷 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 顶测计算和分析。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 T D 7 2 4 文 献标 识码 B 文章编 号 1 0 0 3 4 9 6 X 2 0 0 8 0 1 0 0 8 1 0 4 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 6 O万 t ／ a ， 于 1 9 8 1年 l 2月投产 ， 经过一系列生产能力改 造， 现准备年核定生产能力 1 2 0万 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 9 9 9 m水平 ， 进风平硐 3个 分别布置在 5 2 8 m 水平 、 6 6 0 m水平、 7 9 0 m水平。经过长期开采， 7 9 0 m水平 已经 回采结束 ， 5 2 8 m水平、 6 6 0 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 3 5 0 1 1 1 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 3 5 0 m平硐 ， 于是形成 3 5 0 m 平硐 、 5 2 8 m平硐、 6 6 0 m平硐 、 7 9 0 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 7 0 B 一 2 1 N o 2 4型轴 流式 风机 2台 1台备用 ， 1 风机 配 4 5 0 k W 电机． 2 风 机配 6 3 0 k W 电机。 1 问题的提出 随着 7 9 0 m水平 、 6 6 0 m水平 、 5 2 8 m水 平煤炭资源的日渐枯竭 ， 矿井进入深部开采 3 5 0 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， 3 5 0 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汪 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 3 5 0 m水平属于矿井系统 的深部水平 ， 预测 3 5 0 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 。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 3 5 0 m生产系统形成肘 ， _ I 作面需要风量和矿井总风量如表 1 ， 利用表 1中 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 8 2 煤 矿 安 全 f T 0 la 1 3 9 8 的数据作为风网解算 中固定需风的依据。 表 1 主要地点需风量 2 ． 2 矿 井阻力现 状 与预 测 由于矿井 3 5 0 r n水平在延伸 中， 系统 尚未形 成， 无法对 3 5 0 r n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 5 2 8 r n 水平、 6 6 0 r n 水平 、 7 9 0 r n水平 、 9 9 9 r n 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 3 5 0 r n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 】 ， 该水 平巷道主要做为未来的进风段和用风段。通过对 5 2 8 r n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 1 由于 3 5 0 r n水平 以上 的巷道在 3 5 0 r n 水平采掘系统形成时 ， 大部分将作为矿井 回风段 ， 因 此 ， 在 3 5 0 r n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 3 5 0 r n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 0 0 0 r n ， 预测进风段阻力较大。 3 根据经验 ， 预测 3 5 0 r n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 】 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 7 0 B 2 2 1 N o 2 4型轴流式风机 ， 风机叶片安装角度为 4 7 。 ， 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 A C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 1 2 0 ． 0 5 r n ／ s ， 风压 为 1 9 0 0 P a ， 计算出矿井阻力曲线和风机性能曲线 交于 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。 4 3 ≥ } 1 Q／ m s 一 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 3 5 0 r n水 平通风 系统 方案设 计 由于 3 5 0 r n水平通风系统 尚未形成 ， 又 要保 证 3 5 0 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 3 2 7 r n 、 倾角 3 1 ． 7 。 、 断面 1 2 r n 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 3 2 1 1 工作面、 3 5 0西掘进大巷等的用风 ； 9 9 9风井 主 要负责 3 1 3 2工作面、 5 2 7 1 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 5 6 3补回风上山等老 巷， 同时扩修 3 5 0 r n 轨道上山大巷和 3 5 0 r n 行人 上山巷道 如图2中 、 C 、 D位置 。对 5 6 3 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3 2 1 1 工作面的回风顺利从该 段巷道进入总回风巷 ； 对 3 5 0 1 1 1 轨道上山和 3 5 0 r n 行人上山进行扩巷， 增大其断面， 以便 5 2 8 r n 水 平、 6 6 0 m水平、 7 9 0 r n 水平的矿井进风风量更 容易地到达 3 5 0 r n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 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 煤 矿 安 全 z o o 8 0 1 8 3 硐 3 l 3 2工作 面 3 5 0 。 1 ／ 5 2 7 l 工 作 面 ∥ ， 6 璺 _上 山 - ， ， B 广 一 一 一 一 一 一D ， 3 2 1 1 工作面 ／ 1 3 5 0行人上 山 C 3 5 0轨道上山 D 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 3 1 ． 5 m ／ s 、 风压 日 为 9 5 2 ． 3 8 P a ， 9 9 9风井风量 Q为 7 5 ． 3 m ／ s 、 风压 日 为 1 8 3 1 ． 2 6 P a ； 方案二 9 9 9风 井风 量 Q为 1 2 5 ． 7 m。 ／s 、风压 日为 1 9 2 8 ． 7 7 P a 。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 5 6 3 m 补 回风上 山巷道 和 3 5 0 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 橱 7 9 0 主 皿 硐 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 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 3 5 0 m 水平未形成时即修整 5 6 3 m 回风上山和 3 5 0 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 1 2 0 ． 0 5 m 。 ／ s ， 当 3 5 0 m 水平 采煤系统形成后 ， 预测矿井风量为 1 2 5 ． 7 m。 ／ s ， 匆 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 8 4 煤 矿 安 全 T o ta l 3 9 8 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0 2 1 1 2 2 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 T D 7 5 2 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 4 9 6 X 2 0 0 8 0 1 0 0 8 4 0 2 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 C O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 ， C O 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 9 0 0 P a ， 当 3 5 0 m水平 采煤系统形成后 ， 预测矿井风压为 1 9 2 8 ． 7 7 P a ， 矿 井阻力增幅也不 大。因为 3 5 0 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 3 5 0 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 3 5 0 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， 2 0 0 6 ． [ 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， 1 9 9 2 ． [ 3 ] 张 国枢． 通风安全学 [ M] ． 徐州 中国矿业大学出版 社 ， 2 0 0 3 ． [ 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， 2 0 0 6 ． 作者简介 张再镕 1 9 8 1 一 ， 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 2 0 0 7 0 7 2 5 ； 责任编辑 郭瑞年 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆