８８ 互髓蒺甜技 ２０１４年第２期 煤矿通风系统优化和改造实践 张大卫 （煤炭工业合肥设计研究院，安徽合肥２３００４１） 摘要矿井通风系统是关系到矿井安全生产的重要环节之一，借助于对矿井实际通风阻力相关测量数据，利用矿井通风网 络分析工具对现有通风系统进行优化设计，从而有效避免矿井通风系统中存在的不合理问题，实现矿井安全生产。 关键词矿井通风系统煤矿安全通风仿真系统 网路优化 中图分类号ＴＤ７２２ 文献标识码 Ｂ ｄ０ｉ：ｌ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２８０１．２０１４．０２．４０ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒａｃｔｉｃｅ Ｚｈａｎｇ Ｄａ－ｗｅｉ （Ｈｅｆｅｉ Ｃｏａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｎｈｕｉ Ｈｅｆｅｉ ２３００４ １） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｎｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｌｉｎｋ ｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｉｄ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｍｉｎｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄａｔａ，ｕｓｉｎｇ ｍｉｎｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏｏｋ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｕｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｖｏｉｄ ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｍｉｎｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｇｏａｌ ｏｆ ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｎｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ １ 矿井通风系统分析 １．１ 问题的提出 制出相应的基础通风网络架构图，并牡￣１２１△Ｉｑ风机的运行性能 曲线，对于特殊点的通风网路进行针对『生研究和计算，得 出相应的矿井通风参数要求，从而为全面分析矿井通风状 况，实现对整个矿井通风系统的优化和改造提供了科学依 据，其方法和优化路线如下图１所示。 以某集团下属大型矿井为例，在历经多年的煤 炭开采之后，整个井下巷道的延伸拉大了矿井生产 布局，同时地质条件的变化也为矿井的安全生产提 出了更高的要求，矿井通风系统的弊端更加突出。 主要表现有：（１）作业面以盘式区开采为主，使得单 通风阻力测定 通风网络解算 盘区域生产过于集中，部分巷道通风路线较长，再加 上网络架构的交互与延伸，进一步增加了布局不平 衡性；（２）对局部巷道的风阻测定值偏高，也加重了 通风阻力不均衡；（３）部分通风设施因作业区域的变 化而未能有效拆除，或拆除不彻底，对回风风压造成 主要井巷摩擦风阻系数 模拟和优化通风网络，预测 通风系统稳定性 选择通风系统调整优化方案 ｌ塾墨垫壁ｌ 不同程度的影响。为此，结合某矿井通风系统实际， 就其出现的问题进行全面测定和计算，从而提出优 化矿井通风改造方案的可行性报告。 １．２优化方案的设计思路 图１ 某矿井通风系统优化与改造路线 ２矿井通风系统优化内容 ２．１ 对通风网络进行调节和优化 矿井通风系统是结合用风点的需风量，按照通 风网络系统要求来进行综合调节和优化的，其常用 的方法有局部调整法、通路法以及回路法。其中在 局部调整方法中，又可以结合相应的矿井局部要求， 常用增阻法、降阻法以及增能法等。对于新矿井的 结合某矿矿井的通风系统现状特点，本次研究采用 理论、计算以及现场测定相结合的方法，通过对矿井巷道 通风系统阻力的测定，确定各通风网络的分布与风阻，编 收稿日期作者简介２０１３—１１—１５ 张大卫（１９８４一），男，汉，安徽淮北，煤矿设计，工程师。 ２０１４年第２期 膏瞧燕斜救 ８９ 设计上多采用增阻法，而对于老矿井的通风改造则 多采用降阻法。对于分风调节的方法主要有三类， （１）从固定分量上进行调节，即在固定点、以固定量 进行调节；（２）线性规划法，即结合通风系统回路风 阻平衡方程，以能耗最小为目标来进行单纯的线性 求解，从而得出相应的优化调节量和调节位置，其不 足是需要从多个不同的调节方案中进行选择来确定 最佳方案；（３）非线性规划法，即利用分风计算方程 来求解非线性规划值，从而确定某一调节位置和调 节量，不足是矿井网络的复杂性为计算结果的确定 带来不准确。 ２．２矿井通风系统阻力研究 通风阻力是影响矿井通风系统优化的关键，也 是矿井通风系统技术管理的重要内容，因此，有效降 低矿井通风阻力是实现矿井安全生产的首要任务之 一。根据矿井通风系统阻力的计算公式来看，Ｒ＝ ，，， ，Ｄ 由此得出影响矿井通风阻力的各相关因素主要 有以下几点：（１）巷道断面面积，根据计算公式中对 断面的分析，可以通过扩大断面面积的方式来减少 通风阻力；（２）井巷壁面平整度，可以从巷道施工质 量和日常管理中，加大对巷道平整度、光滑度管理， 尽量选择粗糙系数小的支护材料及支护方式来降低 摩擦阻力；（３）对巷道断面形状的合理设计，以减少 周界长度；（４）对巷道长度的优化，尽量减少巷道长 度；（５）从风量的设计上要做到全面均衡，避免对主 要巷道风量的过于集中。 ２．３矿井通风系统风量优化研究 风量调节是矿井通风系统优化的关键点，随着 井下作业深度及作业条件的变化，特别是对于瓦斯 涌出量的增加等因素的影响，需要从风量的调节上 来进行合理优化，从而实现井下总风量与局部风量 的均衡。在对矿井总风量的调节上，需要从以下几 点进行实施：（１）从主通风机的工作参数上进行调 节，对于不同工况点，采用调整风机回转数，以及矿 井总风阻的方式来优化通风机的工作特性，如加大 地面漏风来减少井下风量；（２）对于局部风量的调 节，则结合采区实际，采用增阻法时，对于分支风路 的风量可以实现增加，但对于系统总通风量则会减 少，而且不同位置的增阻，对于总风量的减少也不 同；（３）对于减阻法来说，与之关联的分支分量将会 减少，而对于总风量来说却会增加，同时不同分支点 的增阻对整个通风系统的总风量的影响也不同。 ２．４对主通风机工况分析与调节优化 结合矿井通风能力与通风系统中主通风机的工 况参数，在实际生产过程中的优化与调节需要从主 通风机的风压、风量、功率、效率以及稳定性等几个 方面来综合分析。在矿井通风系统综合设计及改造 中，结合主扇的实际工况特点，通过准确的求解和分 析，以确保对井下正常供风的需求。利用主通风机 的风压特征曲线和矿井风阻曲线，对风机工况点的 优化是矿井通风系统改造的重点，因此在选择风机 时要确保风机的工作风压小于等于最高风压的 ９０％，以免风阻的变化对工况点造成不稳定影响，同 时，对于风机的运转速率满足６０％以上。需要注意 的是，改变风机叶片的安装角或者转速，都会对工作 风压特征曲线造成变化，而对于不同工况点都可以 通过调整叶片安装角来实现合理的供风需求，从而 确保风机安全、经济、稳定运行。 ３仿真系统设计与系统方案优化 本文所采用的软件为ＭＣＩＭＳ一３Ｄ仿真系统，借 助于对矿井数据的测算、收集、建模，以及设计，同时 与ＣＡＤ系统进行结合，对矿井风流的计算、分配、巷 道贯通与密闭，以及矿井风阻、功耗分布与评价等进 行研究，从而为实现矿井通风仿真技术设计与模拟 提供科学依据。 从矿井安全来看，考虑到某盘区可能存在的微 风状态，拟计划更改行人斜坡巷口、进风系统，分析Ａ 皮带巷、Ａ回风巷的局部通风机的位置，从而改善装 车绕道底弯的风量。示意图如图２。 图２ 某矿井Ａ盘区装车绕道示意图 ３．１ 模拟方案ｌ：不更改进风、行人斜坡绕道 根据Ａ盘区工况条件，当不改变进风、斜坡绕道 时，对于Ａ盘区所供工作面配风Ｑ＝７５０ｍ ／ｍｉｎ，开 拓面１配风Ｑ＝４００ｍ ／ｍｉｎ，开拓面２配风Ｑ＝ ３００ｍ ，变电所配风为Ｑ＝６０～８０ｍ ／ｍｉｎ。 ３．２模拟方案２：不更改进风、行人斜坡绕道，皮 带巷安装局部通风机 根据Ａ盘区工况条件，保留轨道巷、皮带巷、回 （下转第９５页） ２０１４年第２期 瞒蕉斜技 ９５ （３）牵引钢丝绳时的插接强度不够。牵引钢丝 绳的插接强度不够会随着运载时间的累积造成接头 （３）针对插接强度的安全问题采取对策，首先进 行插接的钢丝绳在规格、绳径方面必须保持高度的 一处逐渐被拉开，导致钢丝绳的使用寿命不长，增加了 装置在运载过程中的危险系数。《煤矿安全规程》中 明确规定，井下架空乘人装置的插接长度至少大于 致性，在插接过程中保持钢丝绳本身的清洁及周 围环境的干燥，保障钢丝绳严密的咬合；其次进行接 插段的钢丝绳在接插前需要插一根破劲一根，确保 钢丝绳直径的１０００倍。在该煤矿架空乘人装置在进 行安全检查时，发现几处装置存在不同规格的接插， 插接的钢丝绳之间掺杂异物，严重威胁运送人员的 安全。 每一股钢丝之间咬合的严密；最后砸实咬合后钢丝 绳的间隙，不能出现缝隙和毛刺，而且最外层的表面 涂上防锈油漆。 一般此装置还存在巷道净安装的宽度过小、钢 ３ 出现问题的解决措施 （１）针对钢丝绳打滑的现象，为保障整体系统的 稳定性，通过实际对参数进行分析可得，取装置钢丝 绳悬挂运行２ ｈ时，装置的性能是最佳状态，伸长率 在０．５％，运行５０ｈ时，伸长率变为０．８％，运行四个 丝绳在驱动滚筒上旋转以及涨紧滑道不能满足钢丝 绳伸长量的需求等问题，随着各类问题的出现，对架 空乘人装置的安装和使用要求越来越高，解决问题 的最好对策即是依照规定的制度进行安装和使用。 ４结束语 井下架空乘人装置解决了煤矿井下安全运送人 员的问题，对其在实际运行中可能出现的问题，只要 月时，伸长率变为１．５％，所以，经过实践分析，涨紧 滑道的长度取值应为系统安装长度的１．２％较为合 适的。 通过加强管理，采取有效的应对措施，架空乘人装置 便可为煤矿安全生产发挥重要作用。 【参考文献】 ［１］ 颜兴亮．井下架空乘人装置驱动技术改造［Ｊ］．矿山 机械，２０１１（２３） （２）针对掉绳现象最主要的措施是在安装架空 乘人装置时，按照规定执行，正常乘人的情况下要求 吊座最低点在井下距离地面的垂直长度在２００～ ５００ｍｍ之间，一般装置的安装均在３００ｍｒｎ左右，使托 绳轮支架的轮轴中心线与钢丝绳的运行方向呈垂直 状态，而且运载人员的集中上下点以及巷道的变坡 点均采用绳轮组，绳轮组是装置在集中点处安全性 的保障，同时对运载人员严格规范其乘用的秩序和 制度。 ［２］ 闻全．井下架空乘人装置常见问题以应对措施［Ｊ］， 中国煤矿事业，２０１２（１２） ［３］ 王家旺．井下架空乘人装置问题分析及处理方法 ［Ｊ］，中国煤矿事业，２０１１（１０） （上接第８９页） 障或风门，不仅降低成本，还能提高风量效果。 ４结语 风巷及开拓工作面，当在皮带巷安装２台局部通风 机时，在满足以上工作面配风条件下，将会导致轨道 巷与工作面运料联络巷至开拓面与皮带巷之间存在 无风区。 通过对矿井风阻进行实时数据的采集和处理， 并结合模拟软件的计算和优化，从而为改善矿井通 风问题提供技术参考依据，实现了矿井通风系统安 全可靠、稳定合理的改造目标。 【参考文献】 ［１］ 程建军，程绍仁．矿井通风易难程度评价指标的探讨 ［Ｊ］．煤炭工程，２００７，３：７４—７６． ３．３模拟方案３：更改进风、行人斜坡绕道，并在 皮带巷增加局部通风机 从各巷道风量计算和解算结果来看，对于皮带 巷局部通风机的设置后，仍然存在Ｑ＝５．７ｍ ／ｍｉｎ的 无风区，而且对于绕道风量由Ｑ＝２４７ｍ ／ｍｉｎ，提升至 Ｑ＝２８８ｍ ／ｍｉｎ，效果并不明显。由此进行综合分析 可知：（１）不建议更改进风、行人斜坡绕道；（２）从增 ［２］ 宁琼．矿井通风系统决策优化指标的确定和分析 ［Ｊ］．安全科学与技术，２００８，１５：２４—２７． 加风量的角度来看，在轨道巷和皮带巷通过加设风