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简析复杂条件下优化矿井通风系统的重要意义

2020-06-10 280 上传者：管理员

摘要：随着煤开采规模、开采深度的增加，遇到的地质条件越来越复杂，不但给开采带来难度，而且一些矿井面临许多通风问题。随着矿区面积的增加一些矿井的通风线路变长，矿井所需的通风阻力和风量明显增大。这些条件的变化导致矿井通风系统的复杂性增加，导致原有的通风系统已不能满足安全生产的需要，因此对通风系统进行优化升级显得尤为重要。本文针对某一煤矿复杂的矿井条件，针对矿井通风系统存在的问题，提出了两种通风系统优化方案，并从风量需求、通风难易程度等级、经济成本三个方面进行分析比较。

关键词：
复杂地质条件
煤矿开采
矿业工程
矿井通风系统
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1、矿井概况

某矿井设计生产量为160 mt/a，包括5至11号煤层，埋藏深度在800～1 150 m。目前矿井首采煤层即5号煤层基本完成工作面开采，将回采剩余工作面。为了稳定矿井生产能力，延续矿井寿命，先将东部区域规划为后续开采区域，首先进行单独开采，煤层标高+860～+970 m，面积4.56 km2。矿井设计初期，通过设计方案的优选、经济性、安全性的综合分析比较，确定了斜、立井联合开采的方案。截止目前，东部区域掘进巷道及回风井已基本完成。由于扩大了矿井的施工范围，使得原有的通风系统无法满足实际需要，如何改造原有的通风系统，实现安全顺利生产，保障产能，是目前亟待解决的课题。

2、通风系统方案

依据该矿井藏深、产能、瓦斯含量、原通风系统的特点，易采用机械抽出的设计方案。目前该矿井通风系统主要由主斜井、进风斜井及副斜井组成。经过测算改造后整个矿井所需风量为10 050～11 400 m3/min，需要负压在1 414～3 231 Pa之间。依据总风量，设计两个方案如下。

方案一：采用三个进风口进风，一个出风口出风的方式，即关闭原有一个回风井，只保留一个回风井独立回风。原回风井采用普通轴流风机，风量为3 900～8 400 m3/min，该风机为八九十年代的老式风机，占地面积较大。新建东部的风井风机风量达6 000～12 500 m3/min，完全满足需要。

方案二：对矿井的整个施工进行规划、划分成东、西两个生产区域，依据供风能力，利用原有回风井与新建风井分别对各个区域进行回风，即西区由原有回风井回风，东区由新建风井回风。

3、通风系统方案的确定

针对上述两个方案下面从风量需求、通风难易程度等级、经济性、安全性四个方面进行比较，最终确定合理的通风系统方案。

3.1 风量需求比较

在矿井施工过程中，通风系统不但要满足前期生产、薄层开采阻力的需求，而且也要满足后期生产、多煤层通风阻力的要求。经分析、计算，方案一的通风需求量为11 400 m3/min，方案二的通风需求量为10 050 m3/min。

3.2 通风难易程度等级比较

通风阻力、等积孔是衡量不同通风系统通风难易程度的重要指标。通过计算对比这两个重要指标，确定通风难易程度等级，可以很好的衡量上述两个方案的优劣。

(1）通风阻力计算

通风阻力计算公式为：h=h1+h2(1)；摩擦阻力计算公式为：h1=α×L×P×Q2/S3(2)；公式（1)(2）中，h为通风系统阻力，h1为井巷摩擦阻力，h2为局部阻力，位Pa；α为摩擦阻力系数；L为巷道的长度，单位m;P为巷道断面周长，单位m;Q为巷道风量，单位m3;S为巷道的断面面积，单位m2。

无论是巷道内的通风阻力还是风量分配，均可通过计算三维仿真软件进行计算。依据各个用风地点的固定风量、固定风压、网络风流进行按需分配的模拟仿真。系统会自动计算出风阻平衡后的摩擦阻力。一般情况下局部阻力为摩擦阻力的百分之十五，从而得出总的通风阻力。方案一与方案二通风系统的区别在于：方案一中的风自进风井入，由东部排风井排出，中间经过井底车场及巷道。方案二中的风自进风井入，由原回风井和新建回风井排出，中间经过东、西两个生产区域。由计算结果得出：方案一的通风阻力为2 640 Pa，方案二的通风阻力为1 642 Pa和1 190 Pa。

(2）等积孔计算

等积孔计算公式为：A=1.19×Q/h(3)，公式（3）中，A为等积孔，单位m2;Q为矿井通风系风量，单位m3/min;h为通风阻力，单位Pa。

带入数值进行计算，求得方案一和方案二的等积孔分别是2.95 m2和5.63 m2。从数值可以得出，方案二等积孔几乎是方案一的两倍，方案一通风系统难易程度接近中等，方案二的通风系统难易程度为容易，说明方案二矿井通风更加的容易。

3.3 经济成本比较

比较费用主要包括前期施工成本、生产维护、消耗电力、人力投入等方面。依据总体运营的安排，该矿生产年限为5年，所以方案一与方案二的经济成本对比以5年为期限。

(1）施工成本比较

方案一的通风系统较为独立，以FZD027/2型通风机为主，功率480 kW。依据上述方案一通风系统风量的计算结果来看，若用该型风机独立通风，巷道内风速应≤7.2m/s，但现场发现某些位置存在风速过高现象，最大风速可达8.6 m/s。所以应适当增大回风巷，对其进行扩刷施工。风巷长度为2 400 m，每米费用为4 500元，一次施工费用为1 080万元。与方案一的独立通风系统不同，方案二采用分区通风系统。新旧两个回风井能够更大的风量，两台风机功率总和可达1 000 kW。经过详细计算没有风速过高现象，满足相关要求，不必扩刷，也没有施工成本。

(2）消耗电力比较

主要依据风机功率来计算耗电量。原有FZD027/2型风机功率480 kW，工业用电目前按平均0.8元/kw·h计算，5年合计费用为289万元。新建回风井风机型号FBDZN0345/2，功率590 kW，合计5年费用为750万元。所以方案一5年耗电费为289万元，方案二5年耗电费为1 039万元。

(3）生产维护比较

生产维护的支出主要体现在设备维修费用。新建回风井风机维护费用为每年6.8万元，5年共计34万元。原井风机维护费用为3.8万元，5年共计19万元。方案二比方案一多支出15万元。

(4）人力投入比较

人力投入主要取决于风机设备的多少。通常情况单台风机至少配备2名工人和1名组长，还需维修人员3人。测算后，电台风机每年人工成本为200 000元，5年合计为100万元。方案一人工总成本为100万元。方案二人工总成本为200万元。

表1 两方案经济成本对比表（万元）

经过对各项支出的统计，方案一与方案二总支出进行比较，详见表1。方案一的支出费用合计为1 439.8万元，方案二的支出费用合计为1 354万元，相差85.8万元。方案一的支出费用主要为前期一次性施工投入，在耗电支出费用、生产维护支出费用、人力支出费用方面均优于方案二，5年为期限应采用方案二，随着年限的延长方案一更具有优势。

4、结语

随着矿区面积的增加一些矿井的通风线路变长，矿井所需的通风阻力和风量明显增大。这些条件的变化导致矿井通风系统的复杂性增加，导致原有的通风系统已不能满足安全生产的需要，因此对通风系统进行优化升级显得尤为重要，本文以某一煤矿的改造为案例，针对复杂条件下矿井的通风系统问题，设计了两种通风方案，并从风量需求、通风难易程度等级、施工成本、电力成本、生产维护成本、人力投入等方面进行了对比。结果表明，方案二的通风系统更加安全、成本也相对较低。

周东.复杂条件下矿井通风系统优化研究[J].矿业装备,2020(03):36-37.