運(yùn)城運(yùn)城煤礦通風(fēng)阻力測(cè)定

運(yùn)城運(yùn)城煤礦通風(fēng)阻力測(cè)定

礦山通風(fēng)系統(tǒng)是礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分。它為生產(chǎn)系統(tǒng)服務(wù)，并限制生產(chǎn)系統(tǒng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)劣,直接影響著礦井的安全生產(chǎn)、災(zāi)害防治和經(jīng)濟(jì)效益。為確保礦井安全生產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn),提高礦井的抗災(zāi)能力,最終提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益,通風(fēng)系統(tǒng)必須保持最佳運(yùn)行狀態(tài)?；诖?筆者應(yīng)用均衡通風(fēng)原則優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)的方法,通過(guò)對(duì)運(yùn)河煤礦采區(qū)均衡通風(fēng)的優(yōu)化與控制,達(dá)到了礦井通風(fēng)阻力增長(zhǎng)最小化的目的,滿足了礦井需風(fēng)要求,確保了礦井安全生產(chǎn)。1低瓦斯礦井的通風(fēng)運(yùn)河煤礦采用立井(主、副)兩水平上、下山開(kāi)拓方式。第1水平標(biāo)高-490m,第2水平標(biāo)高-725m。采用綜采放頂煤(煤層平均厚度4.0m以上)采煤方法,全部垮落法管理頂板。該井田瓦斯含量相對(duì)較低,屬低瓦斯礦井。礦井通風(fēng)方式為中央并列式,通風(fēng)方法為抽出式,副井進(jìn)風(fēng),主井回風(fēng)。礦井生產(chǎn)系統(tǒng)較為復(fù)雜,采用增阻式調(diào)風(fēng)方法;地面通風(fēng)機(jī)房安裝2臺(tái)G4-73-12№25D型離心式通風(fēng)機(jī),轉(zhuǎn)速為589r/min,電機(jī)額定功率為355kW,1臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn),1臺(tái)備用。井下主要的機(jī)電硐室及炸藥庫(kù)全部設(shè)置在巷道進(jìn)風(fēng)側(cè),采用全風(fēng)壓通風(fēng)方法。井下各個(gè)采區(qū)、各個(gè)采掘工作面、主要機(jī)電設(shè)備硐室全部獨(dú)立通風(fēng)。煤層賦存條件復(fù)雜多變,開(kāi)采難度較大。2巷道通風(fēng)難度隨著運(yùn)河煤礦七采區(qū)的形成,采煤工作面向-725m水平轉(zhuǎn)移,采掘工作面比較集中,-725m水平需風(fēng)量大幅增加,使部分主要通風(fēng)巷道內(nèi)的摩擦阻力和局部通風(fēng)阻力增大,造成礦井通風(fēng)難度加大。礦井于2005年前后2次調(diào)整過(guò)相關(guān)參數(shù),主要通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速已達(dá)到最高,上調(diào)的空間有限。針對(duì)目前礦井即將出現(xiàn)通風(fēng)能力與網(wǎng)絡(luò)不匹配的問(wèn)題,亟需優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)。3對(duì)礦山通風(fēng)阻力的測(cè)定和結(jié)果分析3.1測(cè)定時(shí)間和主測(cè)路線礦井通風(fēng)阻力測(cè)定是調(diào)查研究礦井通風(fēng)狀況的一項(xiàng)重要措施,其目的是預(yù)先測(cè)定典型巷道與局部地區(qū)的摩擦阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù)及風(fēng)阻等,以供通風(fēng)設(shè)計(jì)和調(diào)整之用。本次測(cè)定采用基點(diǎn)法,基點(diǎn)法是將一臺(tái)氣壓計(jì)安放在井上或井下某基點(diǎn)處,每隔一定時(shí)間測(cè)取氣壓讀數(shù)并記錄測(cè)定時(shí)間,以監(jiān)測(cè)地面大氣壓力的變化,進(jìn)而對(duì)井下另一臺(tái)氣壓計(jì)測(cè)定的氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行校正;另一臺(tái)氣壓計(jì)沿選定的路線逐點(diǎn)測(cè)定氣壓值并記錄測(cè)定時(shí)間。依據(jù)下列原則確定阻力測(cè)定的主測(cè)路線:選擇風(fēng)量較大且通過(guò)回采工作面的主風(fēng)流風(fēng)路作為測(cè)定路線;選擇路線較長(zhǎng)且包含有較多井巷類型和支護(hù)形式的線路作為測(cè)定路線;選擇沿主風(fēng)流方向且便于測(cè)定工作順利進(jìn)行的線路作為測(cè)定路線。3.2通風(fēng)阻力沿程分布礦井通風(fēng)系統(tǒng)按風(fēng)流在網(wǎng)絡(luò)中的位置可分為進(jìn)風(fēng)、用風(fēng)和回風(fēng)3段。3段劃分的依據(jù)是:從進(jìn)風(fēng)井口(或井底車(chē)場(chǎng))到進(jìn)風(fēng)大巷(盤(pán)區(qū)石門(mén)部分)為進(jìn)風(fēng)段;從進(jìn)風(fēng)石門(mén)到回風(fēng)石門(mén)(或采區(qū)的回風(fēng)與其他回風(fēng)匯合處)為用風(fēng)段;從回風(fēng)石門(mén)到回風(fēng)井口(或風(fēng)井底)為回風(fēng)段。由計(jì)算機(jī)繪制的礦井主測(cè)通風(fēng)路線的阻力沿程分布狀況如圖1所示。礦井3段(進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段)通風(fēng)阻力的分布情況見(jiàn)表1。研究及統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:保持礦井通風(fēng)系統(tǒng)中進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段的阻力分布處在合理的區(qū)間內(nèi),一般設(shè)置比例為25%、45%、30%。由圖1和表1可知:運(yùn)河煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的阻力分布狀況存在一定的不合理性。由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知,目前該礦通風(fēng)系統(tǒng)存在如下問(wèn)題。1現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析回風(fēng)段的阻力占礦井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力的45.7%,巷道百米阻力為49.2Pa,回風(fēng)段阻力分配最大。由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析可知:主暗斜井、總回風(fēng)巷以及回風(fēng)井通風(fēng)阻力都較大,同時(shí)也有部分巷道的標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)偏大。特別是風(fēng)流從-725m東翼運(yùn)輸巷與-725m西翼運(yùn)輸巷匯合后經(jīng)小聯(lián)絡(luò)巷分岔進(jìn)入運(yùn)人斜巷與主暗斜井并聯(lián)回風(fēng),該段小聯(lián)絡(luò)巷道斷面僅有7.3m2,風(fēng)阻很大。2自然創(chuàng)作隱患首采區(qū)及六采區(qū)部分巷道封閉不好,向采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重,采空區(qū)有潛在的自然發(fā)火隱患。運(yùn)人斜巷與-490m西翼運(yùn)輸大巷溜煤眼、綜采機(jī)械設(shè)備庫(kù)與8301軌道巷及-725m西翼運(yùn)輸大巷的2個(gè)溜煤眼閑置,漏風(fēng)量多達(dá)100m3/min。3通風(fēng)裝置多，有利于增加礦山的阻力和壞風(fēng)特別是在主測(cè)通風(fēng)線路上,風(fēng)門(mén)達(dá)40處之多。4采區(qū)的通風(fēng)阻力目前礦井開(kāi)采七、八、九3個(gè)采區(qū),采掘布置不合理,主要集中在八采區(qū),使得八采區(qū)供風(fēng)量大、通風(fēng)阻力也隨之增大,當(dāng)?shù)V井一翼(采區(qū))的用風(fēng)量遠(yuǎn)大于另一翼(采區(qū))時(shí),通風(fēng)機(jī)提供的靜壓也必須很大,這就對(duì)通風(fēng)機(jī)的性能提出了更高的要求。各個(gè)采區(qū)2011—2012年的配風(fēng)量見(jiàn)表2。4采用平衡通風(fēng)原理優(yōu)化礦山通風(fēng)系統(tǒng)4.1對(duì)部分巷道進(jìn)行均衡生產(chǎn)目前最常用的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的方法和手段主要有:擴(kuò)大巷道斷面;降低巷道局部阻力;開(kāi)掘新井巷,縮短通風(fēng)長(zhǎng)度(或改變工作面通風(fēng)方式);增加并聯(lián)風(fēng)路(巷道);調(diào)整通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn),調(diào)整通風(fēng)機(jī)范圍(或更換主要通風(fēng)機(jī));調(diào)整采掘布局,實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)。針對(duì)運(yùn)河煤礦井下巷道情況,對(duì)部分巷道進(jìn)行擴(kuò)大巷道斷面降阻優(yōu)化是可行的,特別是總回風(fēng)巷最西端120m及最東端50m應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)巷;此外對(duì)短期內(nèi)暫不使用的聯(lián)絡(luò)巷及其他巷道進(jìn)行封閉,以提高通風(fēng)量的利用率;對(duì)封閉不好的聯(lián)絡(luò)巷、溜煤眼及與采空區(qū)連通的巷道進(jìn)行充填封堵,適當(dāng)增加密閉墻的氣密性,限制漏風(fēng)量。但運(yùn)用開(kāi)掘新巷道來(lái)優(yōu)化的方法,不僅時(shí)間上不允許,經(jīng)濟(jì)上也是不可行的。對(duì)于通過(guò)調(diào)整主要通風(fēng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)提高通風(fēng)機(jī)通風(fēng)能力的辦法對(duì)于運(yùn)河煤礦來(lái)說(shuō)也是不可行的,因?yàn)橥L(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)2次調(diào)整后,上調(diào)的空間已不存在。隨著礦井資源的不斷減少,礦井產(chǎn)量將逐步下降,開(kāi)采規(guī)模將會(huì)減小,因此更換主要通風(fēng)機(jī)對(duì)運(yùn)河煤礦來(lái)說(shuō)經(jīng)濟(jì)上不可行?；谝陨锨闆r提出了均衡通風(fēng)的優(yōu)化方式。4.2礦井通風(fēng)阻力小的一種通風(fēng)方式礦井均衡通風(fēng)是通過(guò)控制各個(gè)采區(qū)采掘工作面的部署,確保礦井各個(gè)采區(qū)采掘工作面的需風(fēng)量基本符合自然分風(fēng)的風(fēng)量,從而獲得礦井通風(fēng)系統(tǒng)的最小通風(fēng)總阻力和最大供風(fēng)總風(fēng)量,最大效率地利用風(fēng)量,進(jìn)而使礦井通風(fēng)阻力最小化的一種通風(fēng)方式。要完全實(shí)現(xiàn)礦井各個(gè)采區(qū)的均衡通風(fēng)是困難的,通常情況下,要以礦井通風(fēng)阻力最大路線所在的采區(qū)為基礎(chǔ),通過(guò)逐年調(diào)整各個(gè)采區(qū)的通風(fēng)部署,使得通風(fēng)阻力最大路線所在采區(qū)的風(fēng)量減少,從而有效地降低礦井的通風(fēng)阻力,也可確保礦井通風(fēng)阻力增長(zhǎng)的最小化。4.32根據(jù)數(shù)字模擬，2012年至2015年的礦山平衡與通風(fēng)1礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀模擬的實(shí)質(zhì)是通風(fēng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化,即首先將通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò),然后將網(wǎng)絡(luò)中的分支、節(jié)點(diǎn)、阻力系數(shù)、斷面及其形狀、長(zhǎng)度以及支護(hù)形式等的物理和幾何參數(shù)以數(shù)字的形式表示,并將其存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。以分支中的實(shí)際風(fēng)量為標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)多次網(wǎng)絡(luò)解算和逐步調(diào)整的方法,使分支的風(fēng)量和阻力與實(shí)際相符合。為模擬分析礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后的礦井供風(fēng)情況和主要通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),在礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定和各通風(fēng)巷道風(fēng)量測(cè)定基礎(chǔ)上,結(jié)合目前礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀,編制了礦井通風(fēng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)圖(圖2),并將實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行礦井通風(fēng)網(wǎng)路解算。通風(fēng)現(xiàn)狀的模擬結(jié)果見(jiàn)表3,由表3可見(jiàn),其計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合,說(shuō)明通風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)圖可作為通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的依據(jù)。2礦井通風(fēng)阻力為更好地分析未來(lái)幾年礦井通風(fēng)能力和主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況的合理性,在運(yùn)河煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀模擬的基礎(chǔ)上,對(duì)2012—2015的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬解算,從而預(yù)測(cè)2012—2015年不同采掘布置時(shí)的礦井通風(fēng)狀態(tài),并將均衡通風(fēng)原則應(yīng)用于通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化模擬解算(表4),實(shí)現(xiàn)全礦井5年內(nèi)各個(gè)時(shí)期的均衡通風(fēng),確保礦井在每年通風(fēng)生產(chǎn)能力不變的情況下,通風(fēng)阻力增長(zhǎng)最小化。由表4可以看出:2012—2015年礦井通風(fēng)阻力的增長(zhǎng)達(dá)到了最小化的目標(biāo)。2013年采掘工作面分布在七采區(qū)、八采區(qū)和九采區(qū),較2012年來(lái)說(shuō),2013年采掘布局更為均衡,各個(gè)采區(qū)供風(fēng)量較2012年更均衡。在總風(fēng)量不變,但通風(fēng)距離增長(zhǎng)的情況下,礦井通風(fēng)阻力較2012年反而降低,由此可見(jiàn),礦井均衡通風(fēng)起到了很好的降阻效果。2013—2014年,各個(gè)采區(qū)在保持均衡通風(fēng)的狀態(tài)下,在各個(gè)采區(qū)通風(fēng)距離增加的情況下,礦井通風(fēng)阻力略有增大,很好地確保了礦井通風(fēng)阻力增長(zhǎng)的最小化。由表4礦井等積孔、礦井風(fēng)阻值來(lái)看,運(yùn)河煤礦2012—2015年的礦井通風(fēng)難易程度屬容易。據(jù)AQ1028—2006《煤礦井工開(kāi)采通風(fēng)技術(shù)條件》中規(guī)定,礦井總風(fēng)量為4000~10000m3/min時(shí),礦井總阻力要小于2500Pa,由表4結(jié)果可知:運(yùn)河煤礦2012—2015年的礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量與通風(fēng)阻力滿足此要求。5均衡開(kāi)采的通風(fēng)優(yōu)化1)通過(guò)礦井通風(fēng)阻力測(cè)定與分析,掌握了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的阻力分布情況和礦井目前通風(fēng)中存在的問(wèn)題,為礦井通風(fēng)模擬優(yōu)化提供