摘 要：白莊煤礦經(jīng)歷了由一個水平到兩個水平再到三個水平的不同生產(chǎn)時期，針對不同時期用風需求，研究制定不同的通風系統(tǒng)調(diào)整方案，合理利用現(xiàn)有資源，保證礦井安全生產(chǎn)，實現(xiàn)了通風系統(tǒng)運行經(jīng)濟，合理提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

關鍵詞：多水平;通風系統(tǒng);方法研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.071

礦井通風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，通風系統(tǒng)合理與否與礦井安全生產(chǎn)、防災抗災能力、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)有密切關系。生產(chǎn)礦井在開采過程中，因生產(chǎn)布局、生產(chǎn)水平和生產(chǎn)能力發(fā)生變化，礦井通風網(wǎng)絡、局部通風系統(tǒng)也應隨之進行調(diào)整和變化。因此，適時進行礦井通風系統(tǒng)方案調(diào)整和模擬優(yōu)化，進行礦井通風系統(tǒng)改造，確保礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定，礦井通風系統(tǒng)安全，實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)的安全、技術、經(jīng)濟運行，防止一通三防重特大事故發(fā)生顯得尤為重要.

1 基本情況

白莊煤礦位于肥城煤田中西部，生產(chǎn)水平為-150和-250水平，延伸水平為-430水平，-150和-250兩個水平通風系統(tǒng)相對獨立，礦井通風系統(tǒng)為中央分列抽出式。-150水平南風井設兩臺4-72-11№20B型離心式通風機，運行電機功率為95KW，排風量2180m3/min，負壓1250Pa，備用電機功率為110KW，主要擔負-150水平一個采煤面和三個掘進頭的供風任務。-250水平北風井設兩臺G4-73-12№25D型離心式通風機，配備用電機功率為280KW，排風量為3980m3/min，負壓1300Pa。礦井生產(chǎn)主要集中于-250水平（3個采煤面12個掘進頭），-430水平于2001年進行延伸，-430水平2005年投產(chǎn)形成生產(chǎn)能力后，礦井將形成3個生產(chǎn)水平同時生產(chǎn)的局面。

2 礦井不同時期通風系統(tǒng)改造方法分析、確定

2.1 問題提出

白莊煤礦礦井通風系統(tǒng)變化歷經(jīng)三個不同時期：

（1）-250水平投產(chǎn)前;

（2）礦井-250水平投產(chǎn)后;

（3）礦井-430水平投產(chǎn)后。

三個不同時期礦井生產(chǎn)布局和礦井通風系統(tǒng)狀況，均不同程度存在著礦井通風系統(tǒng)不能滿足礦井安全生產(chǎn)需要的問題。

2.1.1 -250水平投產(chǎn)前

-250水平投產(chǎn)前，礦井生產(chǎn)主要集中在-150水平，-150水平通風系統(tǒng)存在的主要問題是：

（1）-150水平主通風機滿負荷運轉(zhuǎn)情況下，-150水平深部7400采區(qū)供風量無法滿足生產(chǎn)用風要求;

（2）-250水平在北風井與北大巷貫通后，-250水平主通風機安裝前，-150通風系統(tǒng)無法滿足7400采區(qū)生產(chǎn)用風和-250增加掘進頭數(shù)的用風需要，-150水平通風系統(tǒng)急待進行調(diào)整改造。

2.1.2 -250水平投產(chǎn)后

-250水平主通風機安裝運行后，礦井生產(chǎn)由-150水平逐漸向-250水平過渡，兩個水平用風量逐漸發(fā)生變化，-150水平風量由不足到富裕，-150水平通風系統(tǒng)也需要調(diào)整優(yōu)化和改造。

2.1.3 -430水平通風投產(chǎn)后

礦井生產(chǎn)由-250水平逐漸向-430水平過渡，-150水平采掘作業(yè)地點減少，礦井通風系統(tǒng)主要問題是：

（1）-430水平通風方案如何確定。

（2）-150水平后期通風系統(tǒng)問題如何解決。

2.2 通風系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整方法的分析確定

2.2.1 -250水平投產(chǎn)前

（1）-150水平7400采區(qū)通風系統(tǒng)解決方案。7400采區(qū)為-150水平深部采區(qū)，將安排一頭一面生產(chǎn)，屆時通風流程達8200米，-150水平主通風機基本滿負荷運轉(zhuǎn)，依靠原有通風系統(tǒng)無法解決7400采區(qū)通風問題。提出四個解決方案。1）更換主要通風機。2）進行網(wǎng)絡改造。3）在主進風巷安裝輔扇。4）利用礦井可控循環(huán)風技術，解決7400采區(qū)通風問題。1991年經(jīng)中煤總公司和中國煤炭學會組織專家論證，選擇方案4采用可控循環(huán)風技術解決短期內(nèi)7400通風問題。

計算機分析模擬結(jié)果表明，-150水平利用可控循環(huán)風后能解決7400采區(qū)通風問題，同時能滿足-250水平3個掘進工作面的用風需要，因現(xiàn)有通風能力限制，-250水平無法再增加掘進工作面?zhèn)€數(shù)。

（2）-250水平增加掘進工作面通風系統(tǒng)解決方案。針對白莊礦的實際，在-250水平主要通風機未安裝投運前，制定了三個方案。

方案1：利用7400可控循環(huán)風系統(tǒng)增加風量。

方案2：改造-150水平主要通風機，加大礦井總排風量。

方案3：利用局扇群通風，建立-250水平臨時通風系統(tǒng)，解決-250改擴建的通風問題。

通過方案比較，-250水平通風系統(tǒng)阻力為119Pa，需風量750m3/min，JBT-62型28KW局扇二臺運轉(zhuǎn)，一臺備用，可產(chǎn)生負壓700-3000Pa，風量500-780m3/min，能滿足-250水平的用風要求。-250水平均為巖巷掘進，瓦斯涌出量較小，系統(tǒng)服務時間短，通風安全系數(shù)較大，通風、瓦斯管理難度不大。經(jīng)報請山東省省煤管局批準采用局扇群解決-250水平通風問題。

2.2.2 -250水平投產(chǎn)后

-250水平投產(chǎn)后，-150水平3400采區(qū)、3700采區(qū)收縮，通風流程大大縮短，-150水平用風量逐漸減少，-250水平北風井主通風機并網(wǎng)運行，礦井兩通風系統(tǒng)改造分兩步進行。

（1）7400采區(qū)可控循環(huán)風。-150水平3400采區(qū)收縮結(jié)束后，-150水平供風距離縮短，南風井風機能力過剩，能夠滿足-150生產(chǎn)用風需要，拆除7400采區(qū)可控循環(huán)風系統(tǒng)。

（2）-150水平翻煤籠漏風。-150水平翻罐籠漏風造成-250皮帶巷煤塵飛揚，風流局部短路，風量浪費問題日益顯現(xiàn)出來。

2.2.3 -430水平投產(chǎn)后

-430水平投產(chǎn)后，-150、-250、-430水平同時生產(chǎn)，礦井生產(chǎn)向-430水平過渡，提出不同時期的礦井通風系統(tǒng)解決方案。

（1）-430水平投產(chǎn)初期通風系統(tǒng)改造方案。-150水平南主通風機擔負-150水平和-430水平通風任務，-250水平北風井擔負-250水平通風任務。

（2）-430水平投產(chǎn)中期通風系統(tǒng)改造方案。-150水平南主通風機擔負-150水平和-430水平部分通風任務，-250水平北風井擔負-250水平和-430水平部分通風任務。

（3）-430水平投產(chǎn)后期通風系統(tǒng)改造方案。-150水平南主通風機擔負-150水平和-250水平部分通風任務，-250水平北風井擔負-430水平通風任務。

（4）-430水平生產(chǎn)中期和末期電機功率選型。

1）-430水平生產(chǎn)中期功率選型。

主扇軸功率：

W1=hm1*Q排/1000=1513.8*（6300/60）/1000=158.9kw

配備電機功率：

W電1=W1*K/（n1*n2）=158.9*1.15/0.7/0.9=290kw

2）-430水平生產(chǎn)末期功率選型。

主扇軸功率：

W2=hm2*Q排/1000=2537.6*（7219.8/60）/1000=305.3kw

配備電機功率：

W電2=W2*K/（n1*n2）=305.3/0.85=400kw

-250m水平北風井主通風機電機功率為280kw，轉(zhuǎn)數(shù)為480r/min。-430m水平初期所需電機功率為290kw，-430m水平末期所需電機功率為400kw。

（5）-150水平通風系統(tǒng)改造方案。-430生產(chǎn)中期，-250水平逐漸向-430水平過渡，如對-150水平西翼封閉，勢必造成-150水平以下大量積水，因-150水平和-250水平相臨，大量積水會對-250水平安全生產(chǎn)造成嚴重威脅，因此-150水平停產(chǎn)后，需保留-150水平主要泵房、必要變電所和絞車房及運輸行人軌道。制定了三個方案：

通過方案分析比較，待-150水平停產(chǎn)后，如-250和-430水平通風能力充足，選用方案一，否則，選用方案三。

3 通風系統(tǒng)優(yōu)化改造的經(jīng)濟和社會效益

3.1 -250水平投產(chǎn)前

（1）可控循環(huán)風系統(tǒng)，解決了白莊礦深部7400采區(qū)、3400采區(qū)通風問題，為國內(nèi)解決同類通風問題積累了經(jīng)驗，新增產(chǎn)值17000萬元，直接經(jīng)濟效益3350.5萬元。

（2）-250水平臨時通風系統(tǒng)。1）增大了-250水平的風量698m3/min，使-250水平掘進工作面由3個增至6個。2）-250水平利用臨時通風系統(tǒng)通風比利用主要通風機通風節(jié)電。

利用北風井臨時通風系統(tǒng)比利用南風井主通風機主扇擔負-250水平通風問題累計節(jié)電90.8萬kW.h，節(jié)約電費27.24萬，新增產(chǎn)值3350.5萬元。

3.2 -250水平投產(chǎn)后

（1）優(yōu)化簡化系統(tǒng)減少風量，調(diào)節(jié)風機工況（下落風峒立閘門）。每年節(jié)約電費6.55萬元。

（2）改造風阻大的總回風巷，更換主通風機電機。每年節(jié)約電費21.8萬元。

（3）-250水平效益分析（-150翻煤籠漏風治理）。累計節(jié)約電費46.4萬元。

3.3 -430水平通風效益分析預測

-430水平投產(chǎn)后，礦井生產(chǎn)主要集中于-430和-250水平，-150水平生產(chǎn)結(jié)束后，停止-150水平主通風機運行。

（1）采用-250水平北風井主通風機擔負-150水平通風，每年節(jié)電年70萬度，節(jié)約電費28萬元。

（2）若-150水平獨立通風，每年節(jié)約電費14.45萬元。

（3）利用-150水平主通風機擔負-430水平部分采區(qū)供風任務，每年可節(jié)約電費20萬元。

4 幾點體會

（1）多水平生產(chǎn)礦井，自然條件、生產(chǎn)布局變化（如水平延伸、生產(chǎn)地點邊遠、礦井不同水平的不同生產(chǎn)時期），易造成礦井邊遠地區(qū)風量不足，改擴建過渡時期風量不能滿足生產(chǎn)要求，與之適應的通風系統(tǒng)勢必發(fā)生變化，可控循環(huán)風系統(tǒng)、臨時用風系統(tǒng)是較為有效的解決辦法，但要應用條件嚴格。水平生產(chǎn)后期，用風量減少，采用下落風峒立閘門和更換電機的辦法，同類礦井可借鑒應用。

（2）礦井風量過剩時，在更換小功率電機前，采用下落風峒立閘門的方法可降阻、節(jié)電，效果較好。

（3）礦井多水平通風系統(tǒng)要結(jié)合各自實際制定相應的改造方案，對方案的計算機模擬優(yōu)化是實現(xiàn)通風方案由定性到定量分析的必要前提條件，對改造方案的成功與否起決定性作用。

（4）如何確定礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化改造的評判指標，即礦井通風系統(tǒng)發(fā)生變化時確定哪些參數(shù)或這些參數(shù)指標具體數(shù)值為多少時方需優(yōu)化改造。

（5）優(yōu)化改造效果的評判，優(yōu)化改造的結(jié)果是否最優(yōu)，指標如何確定等還需進一步探討。

作者簡介：劉尊杰（1964-），男，山東菏澤人，研究生，站長，研究方向：煤礦安全管理和礦建技術。