平禹煤电二矿通风阻力测定与通风系统优化分析报告.doc

河南平禹煤河南平禹煤电电有限有限责责任公司二任公司二矿矿 矿矿井通井通风风系系统优统优化分析化分析报报告告 平禹煤电二矿平禹煤电二矿 河南理工大学河南理工大学 二二 O 一三年三月一三年三月 II 河南平禹煤电有限责任公司二矿河南平禹煤电有限责任公司二矿 矿矿井通井通风风系系统优统优化分析化分析报报告告 课题组主要成员名单课题组主要成员名单 平禹煤电二矿 平禹煤电二矿 杨伟峰 张伟峰 李晓伟 李要芳 田云涛 王占 旭 刘高阳 张继宁 河南理工大学河南理工大学 侯三中 赵中伟 韩涛 郭洪斌 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 III 目目 录录 0 引言 1 1 矿井概况 2 2 矿井通风阻力测定 3 2 1 测定路线的选择与测点布置 3 2 1 1 测定路线的选择原则 3 2 1 2 测定路线的确定 3 2 1 3 测点布置 3 2 2 测定方法与仪器仪表 3 2 3 测定数据的整理与计算 4 2 3 1 井巷断面尺寸计算 4 2 3 2 空气密度计算 4 2 3 3 测点风速风量计算 5 2 3 4 测定段位压差及矿井自然风压计算 5 2 3 5 通风阻力计算 6 2 3 6 巷道风阻值计算 7 2 3 7 巷道摩擦阻力系数计算 7 2 3 8 测定结果整理计算表 8 3 通风阻力测定结果分析 9 3 1 阻力测定精度的评价 9 3 2 矿井通风阻力分布状况 10 3 3 矿井等积孔与风阻 10 3 4 矿井风量分配 12 3 5 通风阻力测定结论 12 3 6 存在问题及建议 13 4 通风系统优化分析 14 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 IV 4 1 矿井通风系统分析概述 14 4 2 矿井通风系统优化设计的原则和指导思想 15 4 3 平禹二矿通风系统优化技术路线 15 4 4 平禹二矿通风系统优化 16 4 4 1 通风系统改造的必要性 16 4 4 2 对通风现状及分支风量和风阻值测算结果的评价 17 4 5 南山风井风机挂网角度的确定 19 4 5 1 矿井通风网络解算 19 4 6 二矿通风系统优化结论 22 5 主要结论 23 附件 矿井通风阻力测算表 24 附件 矿井通风系统示意图和网络图 41 附件 解网数据文件 45 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 1 0 引言引言 煤矿井下生产包括采煤 掘进 提升 运输 通风 排水等多个生产环节 通风是 整个生产环节中保障矿井安全生产的一个重要环节 众所周知 受生产条件的制约 矿井井下自然灾害严重 伤亡事故较多 而及时 准确地获得和控制全矿井通风环境技术参数 则是实现安全生产和提高生产效率的重要 保障 一个良好的矿井通风系统是保证矿井安全高效生产的前提与基础 矿井通风系统是 由通风机装置 通风网路及各种通风设施等所组成的 而通风系统是否合理 与通风机 装置的性能及与之匹配的井下网路系统有着密切的关系 要保证矿井通风系统处于良好 的运行状态 就必须使矿井主要通风机在最佳工况点运行 就必须掌握全矿井井下通风 网路中的各种通风基础技术参数 全矿井通风阻力指的是由井筒 巷道及通风构筑物构成的通风网路所产生的通风总 阻力 它是衡量矿井通风能力的重要指标 影响矿井通风阻力大小的因素很多 有井巷 断面的大小 井巷支护状况 通风距离的长短 井下分区网络布置的合理性及风量调节 方法的合理性等诸多因素 随着矿井开采过程的变化 矿井通风阻力的大小和分布也会 发生变化 因此 经常了解和掌握矿井通风阻力大小和分布状况 是进行矿井通风科学 管理 风量调节和通风设计的根本依据 所以 规程 第 119 条明确规定 新井投产新井投产 前必须进行前必须进行 1 1 次矿井通风阻力测定 以后每次矿井通风阻力测定 以后每 3 3 年至少进行年至少进行 1 1 次 矿井转入新水平生产或次 矿井转入新水平生产或 改变一翼通风系统后 必须重新进行矿井通风阻力测定改变一翼通风系统后 必须重新进行矿井通风阻力测定 通过矿井通风阻力测定 可以达到下列目的 1 了解通风系统中阻力分布情况 发现通风阻力较大的区段和地点 了解矿井井 巷的维护状况 了解矿井通风能力与潜力 便于正确调节风量以满足生产的需要 确保 矿井通风系统经济合理地运行 2 提供紧密结合矿井实际的井巷通风阻力系数和风阻值 使通风设计与计算更切 合实际 使风量调节有可靠的依据 3 为调节风压法控制火灾提供必须的基础资料 使这一方法的应用更合理 有效 4 为发生事故时制定灾变处理计划提供重要的基础资料 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 2 5 为矿井通风自动化及矿井通风系统优化 改造提供基础数据等 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 3 1 矿井概况矿井概况 平禹煤电公司二矿位于禹州市西南部鸿畅镇玉皇山北麓 距禹州市24 公 里 于 1970 年 6 月开工建设 1971 年 5 月简易投产 2004 年初加盟平煤集团后 根 据上级指示 结合矿井实际 矿井生产系统进行了第三期改造 2006 年 3 月恢复生产 2006 年核定生产能力 30 万吨 年 2012 年核定生产能力 81 万吨 年 井田内共布置 3 条斜井 其中 2 条进风井 1 条回风井 矿井采用斜井片盘开拓方 式 普通炮掘综掘 综采工艺 走向长壁后退式采煤方法 矿井现开采五2煤层 矿井 共布置三个采区 即为二1准备区 三3采区 三2采区 密闭暂无生产 矿井通风方式为中央并列式 通风方法为抽出式 主井 皮带井进风 副井回风 两进一回 通风系统 风井主扇为两台同样型号 同等能力的轴流式通风机 担负着整 个矿井的供风任务 一台运行 一台备用 主要通风机为 BDK 24 型对旋轴流式通风 机 风叶角度可调范围 60到 00 工作风量范围 47 100 米 秒 配套电动机为 2 185 千瓦 额定电流 362 3 208 6A 额定电压 380 660v 于 2006 年 2 月挂网运行 主要通 风机叶片现运行角度 3 实际电流 500A 实际电压 420V 主要通风机采用双回路供 电 供电系统可靠 目前主要通风机在安全区域内运行 稳定可靠 工作效率 80 以上 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 4 2 矿井通风阻力测定矿井通风阻力测定 2 1 测定路线的选择与测点布置测定路线的选择与测点布置 2 1 1 测定路线的选择原则测定路线的选择原则 1 有并联风路中应选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路作为测定路 线 2 择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路作为测定路线 3 择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为测定路线 2 1 2 测定路线的确定测定路线的确定 根据本矿通风系统的具体情况 选择的测定路线详见附图 1 2 1 3 测点布置测点布置 根据矿井通风阻力测定测点布置的一般原则 本次测定测点的具体布置情况 详见附图 1 附图 2 附图 1 河南平禹煤电有限公司二矿煤矿通风系统图 2013 01 附图 2 河南平禹煤电有限公司二矿煤矿通风网络图 2013 01 2 2 测定方法与仪器仪表测定方法与仪器仪表 本次测定采用基点法 即用一台精密气压计放在副斜井口 另一台同型号的 精密气压计在井下风路中的测点进行测定静压的方法 所用的仪器仪表有 BJ 1 型精密气压计 2 台 DHM 2 型通风干湿球温度计 1 台 风表 1 块 秒表 1 块 皮尺 2 个 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 5 2 3 测定数据的整理与计算测定数据的整理与计算 2 3 1 井巷断面尺寸计算井巷断面尺寸计算 梯形 S H B 2 1 U 4 16 S 2 2 半圆拱 11 0 39 0 BHBBhBS 2 3 SBHU84 3 57 1 2 2 4 式中 S 井巷断面积 m2 B 巷道宽度 梯形为平均宽 即上底加下底除以 2 m H 巷道高度 m U 巷道周长 m 2 3 2 空气密度计算空气密度计算 0 003484 1 T P P Psat 378 0 2 5 式中 空气密度 kg m3 P 空气绝对静压 Pa 空气相对湿度 Psat 饱和水蒸气分压力 Pa T 绝对温度 K T 273 td 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 6 td 干球温度读数 2 3 3 测点风速风量计算测点风速风量计算 风表校正公式 V真 aV表 b 2 6 式中 V真 表测风速 m s V表 表读数 m s a b 常数 实际采用风表类型及校正公式为 中速风表 V真 0 935V表 0 464 m s 井巷实际风速 V实 k V真 2 7 式中 V实 实际风速 m s V真 表测风速 m s K 测风方法校正系数 S cS K 2 8 式中 S 实测断面 m2 c 常数 正常取 0 4 巷中有皮带时取 0 8 井巷风量 Q V实 S 2 9 式中 Q 井巷风量 m3 s 2 3 4 测定段位压差及矿井自然风压计算测定段位压差及矿井自然风压计算 测段 A B 的位压差计算 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 7 hZ 2 BA BA ZZg 2 10 式中 hZ 两测点的位压差 Pa 两测点的标高 m BA ZZ 两测点的空气密度 kg m3 BA g 重力加速度 取 9 8m s2 矿井自然风压计算 HN hZ dzg 2 11 式中 HN 矿井自然风压 Pa 2 3 5 通风阻力计算通风阻力计算 两测点 A B 间的通风阻力 h阻 AB为 h阻AB hS hZ hV 2 12 式中 h阻AB 两测点 A B 间的通风阻力 Pa hS 两测点 A B 间的静压差 Pa hS PA PB P 2 13 式中 PA PB A B 两测点上仪器的读数值 Pa P 仪器的基准及变档差值校正 Pa hV 两测点 A B 间的速压差 Pa 22 2 1 BBAAv vvh 2 14 式中 vA vB A B 两测点断面上的平均风速 m s 主测路线上的矿井通风总阻力为 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 8 h阻测 h阻 AB 2 15 式中 h阻测 矿井通风总阻力 Pa 2 3 6 巷道风阻值计算巷道风阻值计算 巷道风阻值由下式计算 2 AB AB AB Q h R 2 16 式中 RAB 巷道实测风阻值 N S2 m8 hAB 实测巷道 AB 段的通风阻力 Pa QAB 通过巷道的平均风量 m3 s 2 3 7 巷道摩擦阻力系数计算巷道摩擦阻力系数计算 对于实测巷道的摩擦阻力系数由下式计算 LU RS 3 2 17 式中 实测巷道的摩擦阻力系数 N S2 m4 S 实测巷道的断面积 m2 L 实测巷道的长度 m U 实测巷道断面的周长 m 同时为便于与同类巷道相互比较 以及为计算或设计后期通风系统 需要将 实测的 换算为标准状态下的值 其换算公式如下所示 2 1 标 2 18 式中 标 标准状态下 1 2kg m3 巷道的摩擦阻力系数 N S2 m4 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 9 实测巷道的摩擦阻力系数 N S2 m4 实测巷道的空气密度 kg m3 h阻AB 主测路线上各段间的通风阻力 Pa 2 3 8 测定结果整理计算表测定结果整理计算表 矿井通风阻力测定结果详见附件 中各表 附表 1精密气压计测压数据表 附表 2空气密度测算表 附表 3测点断面尺寸与风速风量测算表 附表 4矿井各段位压与速压测算表 附表 5矿井通风阻力测定汇总表 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 10 3 通风阻力测定结果分析通风阻力测定结果分析 3 1 阻力测定精度的评价阻力测定精度的评价 主测路线实测矿井通风总阻力 h阻测 h阻AB 3 1 式中 h阻测 实测矿井的通风阻力 Pa h阻AB 实测巷道 AB 段的通风阻力 Pa 主测路线实测阻力的相对误差 3 2 100 j 测 测 测 j 测 I h hh h 本矿为抽出式通风 根据矿井通风阻力与风机装置压力关系 由风机房水柱 计读数推算的矿井通风阻力 h阻j为 h阻j HS HN hS2 hV2 HN 3 3 式中 HS 风机装置静压 Pa HN 矿井自然风压 Pa hS2 风机房静压仪 U 型水柱计 读数 Pa hV2 风峒中传压管处断面上的速压 Pa 河南平禹煤电有限公司二矿煤矿风机房 U 型水柱计读数为 2600Pa 因此 由矿井通风阻力测定汇总表可得主测线路线的精度为 Pahh2612 3534 4321 PahV33 31 7 2 2252 1 2 2 PahhN51 3534 4321 PaHhhh NVSj 251651 332600 22 8 3 2516 26122516 j h 从上述测定结果可以看出 主测路线上阻力测定相对误差小于 5 故本次 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 11 测定结果满足矿井通风阻力测定和通风系统分析的精度要求 可以作为矿井通风 系统改造 优化和管理的依据 3 2 矿井通风阻力分布状况矿井通风阻力分布状况 矿井通风阻力沿程分布状况如图 3 1 所示 矿井三段 进风段 用风段 回 风段 通风阻力的百分比情况见表 3 1 矿井通风三段阻力分布情况 表 3 1 区段 点号 划分 长度 m 阻力 Pa 占总阻力 百分比 百米阻力 值 Pa 进风段1 82072 54 633 45 24 25 30 56 用风段8 221702 34 1171 09 44 82 68 79 回风段22 343802 24 808 05 30 93 21 25 合 计7577 12 2612 59 100 00 34 48 从阻力分布图 3 1 和表 3 1 可以看出 河南平禹煤电有限公司二矿煤矿回风 段阻力占总阻力的 30 93 未超过 50 进风段的阻力所占的百分比为 24 25 用风段的阻力占总阻力的 44 82 从这些数值上来看 矿井阻力分布 基本合理 但总的说来 矿井通风系统主测路线的三段阻力偏高 根据实际情况 和采掘布置形式 河南平禹煤电有限公司二矿的矿井三段阻力分布状况基本合理 3 3 矿井等积孔与风阻矿井等积孔与风阻 矿井等积孔计算公式 h Q A19 1 3 4 2 Q h R 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 12 3 5 式中 A 矿井等积孔 m2 Q 矿井总回风量 m3 s h 矿井通风阻力 Pa 风井总回风量为 Q 70 22m3 s 其通风阻力 h 2612Pa 则矿井等积孔与风 阻值分别为 2 635 1 2612 22 70 19 1 mA A BL m h Pa 0 00 0Lh h100 1 2 641 2182 2641 2182 21 82072 54633 4524 2530 56 2 3 208 965 3850 1247 58 221702 341171 0944 8268 79 3 4 101 778 4951 8325 922 353802 24808 0530 9321 25 4 3119 269 11070 9395 17577 122612 59100 0034 48 3 4183 368 11254 2463 2 4 598 032 51352 2495 7 5 6650 099 42002 2595 1 6 735 023 02037 3618 1 7 835 315 32072 5633 4 8 9120 6118 32193 2751 8 9 10203 189 12396 3840 9 10 1155 932 42452 2873 3 11 12204 665 02656 8938 4 12 13194 374 92851 11013 3 13 14200 0112 33051 11125 6 14 15560 0128 93611 11254 5 15 16163 7108 63774 91363 1 16 17790 0109 44564 91472 5 17 18100 045 94664 91518 3 18 1945 057 54709 91575 9 19 11 210 969 44920 81645 2 11 2074 729 04995 51674 3 20 21188 382 95183 81757 2 21 22175 947 45359 61804 5 22 2327 760 55387 41865 1 23 2425 139 15412 51904 2 24 25510 198 35922 62002 5 25 2630 020 75952 62023 2 26 2775 030 86027 62054 0 27 2830 041 76057 62095 7 28 29101 856 86159 42152 6 29 30619 469 76778 82222 3 30 31200 283 06979 02305 3 31 3242 451 17021 52356 4 32 33420 888 37442 32444 7 33 3470 071 47512 32516 1 34 3564 896 47577 12612 6 35 1 21 02 612 6 0 0 5 50 00 0 1 10 00 00 0 1 15 50 00 0 2 20 00 00 0 2 25 50 00 0 3 30 00 00 0 0 08 85 50 01 10 07 71 11 13 35 52 22 20 03 37 72 21 19 93 32 24 45 52 22 28 85 51 13 36 61 11 14 45 56 65 54 47 71 10 04 49 99 95 55 53 36 60 05 54 41 13 35 59 95 53 36 60 05 58 86 67 77 79 97 70 02 21 17 75 51 12 2 通风路线长度L m 通风系统阻力 Pa 2 3 4 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 21 22 23 11 20 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 1 进风段用风段回风段 图 3 1 矿井通风阻力沿程分布状况图 82 2 52972 0 22 70 2612 mnsR 由表 3 2 可知 从矿井等积孔 矿井风阻值来看 河南平禹煤电有限公司 二矿的矿井通风难易程度属中等 表 3 2 矿井通风难易程度分级表 矿井通风难易程度 矿井总风阻 Rm Ns2 m 8 等积孔 A m2 容 易2 中 等0 355 1 4201 2 困 难 1 420 1 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 13 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 14 3 4 矿井风量分配矿井风量分配 矿井风量分配参见表 3 2 矿井实测风量统计表 表 3 2 项项 目目风量风量 Q m3 s 备备 注注 Q m3 s 副 皮带井总进 66 79 总进 66 79 工作面风量17 50 33090 采面 掘进面总风量13 52 个局部通风地点 硐室及其他地点风量39 风井总回风量70 22 风井风机排风 72 从表 3 2 可以看出 矿井总进风量为 66 79m3 s 矿井总有效风量为 59m3 s 矿井内部有效风量率为 88 35 根据主井的总回风量与风井风机排风量 计算出河南平禹煤电有限公司二矿风 井外部漏风率为 2 4 煤矿安全规程 规定 装有通风机的井口必须封闭严密 外部漏风率在无提升设备时不得超过 5 有提升设备时不得超过 15 总的来说 该矿的矿井外部漏风率符合要求 3 5 通风阻力测定结论通风阻力测定结论 1 矿井阻力测定相对误差为 3 8 测定结果满足矿井通风阻力测定和通风系 统分析的精度要求 可以作为矿井通风系统改造 优化和管理的依据 2 河南平禹煤电有限公司二矿煤矿的矿井总阻力为 2612Pa 三段 进风段 用风段 回风段 通风阻力的占总阻力的百分比分别为 24 25 44 82 30 93 三段阻力分布基本合理 3 从矿井等积孔和风阻值来看 河南平禹煤电有限公司二矿煤矿的风井等积孔 为 1 635m2 总风阻为 0 52972N S2 m8 矿井通风难易程度为中等 4 矿井总进风量为 66 79m3 s 矿井总有效风量为 59m3 s 矿井内部有效风量 率为 88 35 5 河南平禹煤电有限公司二矿煤矿的外部漏风率为 2 4 符合 煤矿安全规 程 规定 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 15 3 6 存在问题及建议存在问题及建议 1 矿井井下一部分巷道断面较大 规整 直畅 利于通风 应继续保持 2 由于矿山压力的作用 33090 工作面上下巷道要及时整修 利于通风 3 在主测线路上 整体巷道较规整 巷道维护较好 但是整个矿井的通风线路 较长 矿井的负压较高 因此 建议继续对 33090 上下巷道 33 轨道下山 33 总回 风 回风绕道等负压较高的部分巷道进行扩修和清理 维护巷道整体面貌 降低矿 井负压到一定合理的水平 合理安排开拓与掘进工作 保证巷道通风的畅通 4 建议强化工人安全意识 个别地方堆积有杂物 影响了通风断面 增 大了通风阻力 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 16 4 通风系统优化分析通风系统优化分析 4 1 矿井通风系统分析概述矿井通风系统分析概述 矿井通风系统分析是在充分掌握现场实际情况的基础上进行的 分析的对象是实测 计算的数据 通过对数据的统计找出通风系统存在的问题 为通风系统的改造提供依据 在矿井通风系统设计时 因所有的用风地点要供应大小不同的风量 而各分支的风 阻又大小各异 这就必然导致通风系统中各条通路上的通风阻力不等 但其中必有一条 通路的通风总阻力最大 此条路线即是通风系统分析中的最大总阻力路线 其总阻力是 通风设计时选择主要通风机的一个重要技术参数 满足通风设计要求的风量的必要条件 是 所选用的主要通风机的风压必需保证克服矿井通风系统的最大总阻力 并供应矿井 所需的总风量 对于生产矿井的通风网络 每个主要通风机服务的系统中都有一条关键路线 原通 风设计中的最大阻力路线 其阻力分布即反映了通风系统阻力的分布 了解矿井通风 系统关键路线的位置及其阻力分布 不仅对合理使用主要通风机 而且对优化风量调节 指导合理安排采掘工作面及其配风 降低矿井通风系统阻力以及改善通风状况都具有重 要意义 通风网络的阻力分析 是通过统计各风路的风阻 阻力 功耗分布状况 找出高风 阻 高阻力 高功耗的区域和井巷 关键路线在矿井中的位置并不是一成不变的 它随着生产布局变化 需风量的变化 和网络结构及其某些分支的通风参数变化而变动 井巷通风总阻力是选择矿井主要通风机的参数之一 为了经济合理 不致因主要通 风机的风压过大造成瓦斯和自然发火难以管理 以及避免主要通风机选型太大使购置 运输 安装 维修等费用加大 须控制总阻力不能太大 一般不超过 3000 Pa 特大井 型例外 必要时应采取降阻措施 本次优化主要是对平禹二矿的通风系统最大阻力路线上巷道的阻力 风量 风阻分 布情况进行分析 为整个通风系统的分析与优化改造提供依据 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 17 4 2 矿井通风系统优化设计的原则和指导思想矿井通风系统优化设计的原则和指导思想 通风系统方案设计总的原则是要保证所提方案安全可靠 技术可行 同时兼顾经济 合理 设计时主要影响的因素较多 但要抓住主要作用的因素来进行综合分析 这样才 有可能拟定出比较合理的若干方案 从而运用有关理论 方法进行优化选择 根据平禹 二矿的实际情况 本次优化主要是更换的主要通风机满足矿井生产的需风要求 即最终 验证矿井更换 FBCDZ 8 30 2 500 风机后 是否具有较高的通风能力 有足够的风量 满足用风需求 在通风系统方案设计时主要遵循的原则有以下几个方面 1 提高通风系统的稳定性 使得用风地点风量满足要求和风流方向保持不变 2 充分利用现有的井巷和通风设备 极大地发挥其潜力并进行调整 3 尽量减少开拓工程和基本建设项目 4 根据生产实际 合理安排采掘部署 均衡生产 充分发挥各个系统的通风能力 5 尽量减少外部漏风和内部漏风 以提高有效风量率 6 改善矿井通风状况 创造良好的劳动卫生条件 为安全生产 不断改善和创造 安全舒适的劳动环境 保护劳动者的身体健康提供保障 7 在改善矿井通风效果的基础上 尽可能节约能耗 以提高本矿经济效益并为支 援国家建设做出贡献 8 在阻力较大地点 应设法采区降阻措施 以减少通风阻力 使通风系统合理化 矿井通风系统优化改造和设计室一项复杂的技术工作 他不仅要考虑当前矿井的生 产情况 通风网络情况 通风设施情况 还要考虑到规划期间 甚至是更长远时期矿井 的各种情况及其变化 因此 通风系统优化方案拟定的指导思想是 针对现实 着眼长 远 以增强矿井的抗灾能力 确保安全生产 并能收到长远的经济效益 4 3 平禹二矿通风系统优化技术路线平禹二矿通风系统优化技术路线 矿井通风系统的优化是通风方式 通风方法 通风网络和调节方法所涉及的各种参 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 18 数的合理的组合 结合平禹二矿的实际生产部署情况 确定本次通风系统优化设计的技术路线为 测 定矿井通风系统阻力 确定矿井通风网络分支风阻 编制矿井通风网络图 结合矿井主 通风机的运行性能曲线 利用通风网络解算软件对通风网路进行模拟解算 分析更换 FBCDZ 8 30 2 500 轴流式风机后矿井的通风状态 验证矿井更换风机后 是否具有 较高的通风能力 有足够的风量满足用风需求 矿井通风系统优化方案设计优化技术 路线如图 4 1 所示 根据矿井的开拓 开采方式及矿井通风方式 确定通风系统改造目标 现有通风系统调查 风量分配状况 漏风状况 阻力测定 风机鉴定 资料整理与分析 查明通风系统存在的问题 拟定矿井通风系统优化设计方案 模拟和优化通风网络 预测更换风机后井下通风网 络的风量 图 4 1 矿井通风系统优化方案设计优化技术路线 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 19 4 4 平禹二矿通风系统优化平禹二矿通风系统优化 4 4 1 通风系统改造的必要性通风系统改造的必要性 目前平禹二矿矿井通风方式为中央并列式 通风方法为抽出式 主井 皮带井进风 副井回风 两进一回 通风系统 风井主扇为两台同样型号 同等能力的轴流式通风机 担负着整个矿井的供风任务 一台运行 一台备用 主要通风机为 BDK 24 型对旋轴 流式通风机 风叶角度可调范围 60到 00 工作风量范围 47 100 米 秒 配套电动机为 2 185 千瓦 额定电流 362 3 208 6A 额定电压 380 660v 于 2006 年 2 月挂网运行 主 要通风机叶片现运行角度 3 实际电流 500A 实际电压 420V 主要通风机采用双回 路供电 供电系统可靠 目前主要通风机在安全区域内运行 稳定可靠 工作效率 80 以上 2012 年 11 月实测矿井总进风量 4050 m3 min 总回风量 4210 m3 min 有效风量 3719 m3 min 有效风量率 89 矿井等积孔 1 65m2 矿井负压 2550Pa 目前矿井开采的 52煤储量已经所剩无几 目前三2和三3采区的接替非常紧张 已经不能满足矿井的正常生产需要 矿井迫切需要向下延伸对下一个煤层二1煤层进行 开拓准备 随着矿井开采范围扩大 开采深度增加 开采强度增大 通风线路越来越长 瓦斯涌出量越来越大 需风量亦随之增大 而且用风地点越来越多 矿井的负压也随之 增大 现有的风机不能满足矿井正常通风的需风量 矿井的通风系统也不能满足通风技 术条件 为了确保矿井正常的安全生产 应立即对通风系统进行改造 通风系统改造的 方案是 在矿井井田的中部以南位置新建南山风井断面 19 6m3 min 井筒深度 699 7m 更换新的大功率的风机 初步定为 FBCDZ 8 30 2 500 轴流式风机 新风井 建成安装后 现有的回风立井进行封闭 矿井的副井 副提升井 皮带井三个斜井进风 南山风井回风 三进一回 通风系统 新风机更换后无论是风量还是矿井的负压应该完 全能够满足矿井的生产需要 但更换风机后风机角度如何确定 需要进一步网络解算来 确定 为此 课题组于 2013 年 1 月份对矿井进行了全面的阻力测定 并以测定数据为基 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 20 础对后期通风系统进行了通风网络预测 针对系统预计存在的问题进行了分析并提出了 调整优化方案 4 4 2 对通风现状及分支风量和风阻值测算结果的评价对通风现状及分支风量和风阻值测算结果的评价 为了解矿井通风系统的现状 全面掌握矿井通风阻力分布情况 以便进行通风系统 调整 改善矿井通风条件 提高通风质量 保证矿井安全生产 根据矿井通风阻力测定 的基本参数 对通风系统现状进行计算机模拟 检验通风阻力测定结果的可靠性 现状模拟的误差控制主要通过以下方法进行控制 1 以最大阻力路线上的工作面风量为约束条件 其相对误差控制在 5 以下 2 主要通风机的工况点的相对误差控制在 5 以下 3 主要井巷的风量误差一般控制在 5 以下 根据平禹二矿当前通风网络 见附图 2 和通风阻力测定风阻值 目前运行风机的特 性曲线 对当前通风系统的现状进行网络解算 详细结果见附表解网数据文件 py2k001 平禹二矿主要通风机工况对照表见表 4 1 平禹二矿主要巷道风量对照表见 表 4 2 表 4 1 平禹二矿主要通风机工况对照表 风机地点工况参数实测值网络解算结果备注 风压 Pa 26002630 59 风井 风量 m3 min 72 072 86 表 4 2 平禹二矿主要地点通过风量对照表 主要地点实测风量 m3 s 解算风量 m3 s 备注 副提升井39 0642 78 皮带斜井29 7328 34 大倾角皮带下山62 6264 12 三2运输大巷7 338 0 三3运输大巷42 2642 62 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 21 三 3 皮带下山39 7436 62 33092 采煤工作面17 5019 62 由表 4 1 和表 4 2 及附表解网数据文件附件 py2k001 可以看出 主要通风 机工况和各分支实测风量值 实测阻力值与网络解算数据结果基本一致 满足误差控制 范围 这说明通风阻力测定结果可靠 满足网络分析的要求 可以作为矿井通风系统优 化 改造和管理的依据 4 5 南山风井风机挂网角度的确定南山风井风机挂网角度的确定 目前 平禹二矿共有三个采区 当前情况矿井风量比较紧张的情况下在三3采区布 置了一个采煤工作面 两个掘进工作面 共有三个独立的机电硐室需要配风 三2采区 目前没有生产仅提供少量风量确保正常通风需要 在二1采区布置了一个掘进工作面 共有三个独立的机电硐室需要配风 系统改造后在三3采区布置一个采煤工作面 三个 掘进工作面 共有 6 个独立的机电硐室需要配风 三2采区布置一个采煤工作面 一个 掘进工作面 共有 3 个独立的机电硐室需要配风 在二1采区布置了四个掘进工作面 共有三个独立的机电硐室需要配风 需要增开六个掘进工作面和 6 个独立的通风硐室 结合更换新风机性能测试 参数 数据 更换风机后 新的南山风机应该能满足系统改 造后矿井的需要风量 4 5 1 矿井通风网络解算矿井通风网络解算 4 5 1 1 该时期采掘部署 矿井系统改造后该时期在三3采区布置一个采煤工作面 三个掘进工作面 共有 6 个独立的机电硐室需要配风 三2采区布置一个采煤工作面 一个掘进工作面 共有 3 个独立的机电硐室需要配风 在二1采区布置了四个掘进工作面 共有三个独立的机电 硐室需要配风 各用风地点需风量见表 4 3 所示 4 5 1 2 确定该时期需风量及通风阻力 首先将各用风地点按需风量固定风量 解算出在满足该时期用风地点要求时所需总 风量及通风阻力 进而确定通风机满足需风要求时的所需风压 见表 4 4 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 22 表 4 4 满足用风要求时各风井需排风量及通风阻力 风机名称 需排 风量 m3 s 通风阻力 Pa 自然风 压 Pa 所需 风压 Pa 更换后南山风井风机 FBCDZ 8 30 2 500 139 34 2830 2251 02881 22 由表 4 4 可以看出 满足该时期用风要求时 新更换南山风井风机需排风量比目前 风机排风量增加 4040 4 m3 min 但需提供风压增加为 2881 22Pa 比现在风机负压增加 251Pa 主要因为三3采区的风量增加了 550 m3 min 新增一个掘进头都位于 33090 采面 相对方向 为通风路线比较远的地方 结合主要通风机性能测定数据可知 要使南山风 井风机满足此时用风需要 需将新南山风机角度调为 25 表 4 3 该时期主要用风地点需风量 区域区域主要用风地点主要用风地点需风量 需风量 m3 min 备注备注 3309033090 采煤工作面采煤工作面 12001200 3308033080 风巷掘进面风巷掘进面 450450 3303033030 风巷掘进面风巷掘进面 450450 3303033030 机巷掘进面机巷掘进面 450450 三三3 3采区机电硐室采区机电硐室 300300 三三3 3采区采区 三三3 3采区其他用风采区其他用风 300300 3203032030 采煤工作面采煤工作面 12001200 三三2 2掘进工作面掘进工作面 450450 三三2 2采区机电硐室采区机电硐室 300300 三三2 2采区采区 三三2 2采区其他用风采区其他用风 300300 二二1 1采区四个掘进工作面采区四个掘进工作面 18001800 二二1 1采区机电硐室采区机电硐室 300300 二二1 1采区采区 二二1 1采区其他用风采区其他用风 300300 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 23 其他其他 450450 合计合计 82508250 4 5 1 3 将南山风井的新风机角度调为 25 通风网络解算 1 解算条件 解算条件 根据 2013 年元月矿井阻力测定的各项实测数据及主要通风机性能测试数据 根据 此时期部署进行解网分析 风井风机状况为 南山风井新风机为 FBCDZ 8 30 2 500 型轴流式风机 外部漏风率 3 3 叶片安装角 25 掘进工作面 硐室按需固定风量 回采工作面根据风阻值自然分风 进行挂网解算 2 解算结果 解算结果 在满足硐室 掘进面用风的条件下 风机工况 矿井主要地点的风量见表4 5 二矿风井主要通风机运行工况表和表4 6 二矿风井主要通风机运行工况表主要 地点通过风量表 解算结果见附件 py2k003 表 4 5 二矿主要通风机运行工况表 解算数据解算数据 风机名称风机名称叶片安装角叶片安装角风量风量 m3 s 风压风压 Pa 备备 注注 新南山风井风机25 140 312688 96 表 4 6 二矿主要地点通过风量表 主要地点所需风量 m3 s 解算风量 m3 s 备注 副提升井50 75 皮带斜井35 67 大倾角皮带下山59 15 三2运输大巷32 035 07 32030 采煤工作面20 023 07 三3运输大巷55 054 61 33090 采煤工作面20 018 11 三3皮带下山49 550 61 二1反斜皮带下山24 06 二1反斜轨道下山15 94 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 24 3 结果分析及结论 结果分析及结论 可以看出 此时期南山风井的新风机角度调为 25 各用风地点风量满足 但是矿井 的负压还是有些偏高 矿井阻力较大的巷道有三3运输大巷 三3皮带下山 三3轨道下 山 33090 采煤工作面机巷 33090 采煤工作面风巷 33090 采煤工作面 建议挂网前应 对这些巷道进行整修 清理巷道中的堆积物 对巷道变形地方进行扩修 确保矿井的通 风顺畅 减少巷道的局部阻力损失 4 6 二矿通风系统优化结论二矿通风系统优化结论 根据 2013 年元月矿井实测阻力数据 结合后期生产规划部署 进行通风系统优化 分析 得出如下结论 1 根据实际测定巷道风阻值和主要通风机的特性曲线 对当前通风网路进行 了解算 解算 的主要巷道 的风量与 实际风量比较 吻合 通风网路中各分支的 风阻值的测算结果是可靠的 可以作为矿井通风系统改造 优化和管理的依据 2 针对南山风井挂网时期采掘部署进行了网络解算 得到了矿井主要通风机满足 井下供风需要时的需风量及负压 即风机负压为 2881 22Pa 需排风 139 34m3 s 根据 主要通风机性能测定数据可知 要使南山 风井 新运行 FBCDZ 8 30 2 500 型轴 流式风机满足此时用风需要 需将新更换的南山风井新 风机 角度调为 25 3 将南山风井新 风机 角度调为 25 进行了通风网络解算 此时风机负压为 2688 96Pa 需排风 140 31m3 s 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 25 5 主要结论主要结论 通过对矿井的全面的通风技术测定 通风系统分析和网络解算 得出了矿井通 风系统优化方案 其主要结论如下 1 矿井阻力测定相对误差为 3 8 测定结果满足矿井通风阻力测定和通风系 统分析的精度要求 可以作为矿井通风系统改造 优化和管理的依据 2 河南平禹煤电有限公司二矿煤矿的矿井总阻力为 2612Pa 三段 进风段 用风段 回风段 通风阻力的占总阻力的百分比分别为 24 25 44 82 30 93 三段阻力分布基本合理 3 从矿井等积孔和风阻值来看 河南平禹煤电有限公司二矿煤矿的风井等积孔 为 1 635m2 总风阻为 0 52972N S2 m8 矿井通风难易程度为中等 4 矿井总进风量为 66 79m3 s 矿井总有效风量为 59m3 s 矿井内部有效风量率为 88 35 5 河南平禹煤电有限公司二矿煤矿的外部漏风率为2 4 符合 煤矿安全规程 规定 6 针对南山风井挂网时期采掘部署进行了网络解算 得到了矿井主要通风机满 足井下供风需要时的需风量及负压 即风机负压为 2881 22Pa 需排风 139 34m3 s 根据主要通风机性能测定数据可知 要使南山风井 新运行 FBCDZ 8 30 2 500 型轴流式风机满足此时用风需要 需将新更换的南山风井新风机 角度调为 25 7 将南山风井新 风机 角度调为 25 进行了通风网络解算 此时风机负压为 2688 96Pa 需排风 140 31m3 s 7 南山风井新 新风机 的挂网 会对 几个 采区风量造成一定的影响 由于井下巷道风阻的变化可能会造成部分巷道的风量分配不均衡 为了确保 矿井的安全生产 建议矿方在挂网时及时测量三 2采区 三3采区 二1采 区各 主要用风地点风量 以便风量不足时及时调风 8 南山 新风机 的挂网后 风机负压偏高 建议对通风阻力损失较大的 三 3运输大巷 三2运输大巷 三3采区皮带下山 三3采区轨道下山输 大巷 三 3轨道大巷 33090 机巷 33090 风巷等巷道进行仔细检查对于部 分巷道变形的地方及时进行刷巷降阻 以降低南山风井新 风机负压 7 该风机叶片安装角度共有 20 25 30 35 40 45 五组可调角度 在 矿井不同通风时期 可根据矿井需风要求 调整叶片安装角度 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 26 附件附件 矿井通风阻力测算表矿井通风阻力测算表 表表 1 精密气压计测压数据表精密气压计测压数据表 表 1 精密气压计测压数据表 A 仪器 基准 18 B 仪器 10 时间 测点读数备注测点读数备注 备注 2013 01 14 15 15 0 档 0 标高 18 P绝 0 3mbar 15 2512皮带井口12 15 351 4副井口1 4 16 152 8180 档 30001 33 16 203 1071 4 16 354 289123 16 453780122 16 404113612 16 35511171 6 17 056745标高 0 0 51165 17 1076741112 17 1586601168 17 20911421165 17 251014701141 17 301117521151 17 4012 528负 3000 档 01186 17 4513 210 档 30001170 18 0014 1821170 18 2515 3231183 18 4516 9661168 19 2517 9971186 19 3518 10801149 19 4519 11221163 20 1011 1000负 3000 档 01157 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 27 表 1 精密气压计测压数据表 A 仪器 基准 18 B 仪器 10 时间 测点读数备注测点读数备注 备注 2013 01 14 15 15 0 档 0 标高 18 P绝 0 3mbar 20 2020 642 1138 20 4521166 1 163 21 1022 391 1186 21 2523 603 1170 21 3524 725 1175 22 1525 729 1183 22 2526 762 1168 22 3527 771 1163 22 4528 815 1174 0 3529 621 标高 0 5 0 1167 0 4030 546 0 档 3000 1171 0 4531 167 标高 0 0 5 1171 0 5032 365 1177 0 5533 1958 1 176 1 0034 940 负 3000 档 0 1166 1 053570 接前 0 档 0 标高 1156 1980 接后 0 5 标 高 U 形管读数 2600 传感 2 55 22 5542982 1135 23 0043985 1141 23 1544420 0 档 3000 1146 23 2045390 1163 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 28 表 1 精密气压计测压数据表 A 仪器 基准 18 B 仪器 10 时间 测点读数备注测点读数备注 备注 2013 01 14 15 15 0 档 0 标高 18 P绝 0 3mbar 23 2546142 1157 23 304743 1138 23 3548190 1163 23 4549165 1186 23 5027 875 负 3000 档 0 1167 0 00351130 1174 0 05361165 1167 0 10391120 1171 0 20401125 1171 0 2541750 1177 29 520 1176 平煤集团平禹煤电公司二矿矿井通风系统优化分析报告 29 表表 2 空气密度测算表空气密度测算表 表 2 空气密度测算表 原始记录 测点 td tw P Pa t Psat Pa kg m3 备 注 1 9 0 8 4 99970 0 6 92 6