摘? 要：利用通風技術(shù)現(xiàn)場測定、理論分析和通風網(wǎng)絡解算相結(jié)合的方法對車集煤礦通風系統(tǒng)優(yōu)化方案進行了研究。借助VNT通風網(wǎng)絡解算軟件對通風系統(tǒng)現(xiàn)狀進行網(wǎng)絡解算，結(jié)合車集礦采掘部署，通過系統(tǒng)分析，提出并確定了礦井的通風系統(tǒng)優(yōu)化方案，研究成果對指導車集煤礦通風系統(tǒng)調(diào)整，保障通風系統(tǒng)穩(wěn)定及礦井安全快速的發(fā)展有著重要的實際指導意義。

關(guān)鍵詞：通風系統(tǒng);技術(shù)測定;網(wǎng)絡解算;系統(tǒng)優(yōu)化

通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性包含網(wǎng)路的穩(wěn)定性、風機的穩(wěn)定性、風路的穩(wěn)定性和通風構(gòu)筑物的穩(wěn)定性^[1]。前蘇聯(lián)學者首先明確定義了礦井通風系統(tǒng)的可靠性，并以重要性為標準將通風系統(tǒng)的失效分為整個礦井區(qū)域失效、礦井的很大區(qū)域失效、礦井的個別采區(qū)區(qū)域失效三級失效，其主要采用了結(jié)構(gòu)法、統(tǒng)計評價法、模擬模型法等評定方法^[2-5]。吳超提出了分支變化靈敏度的概念，并提出了一條分支風流或整個礦井通風網(wǎng)絡保持穩(wěn)定的判別式^[6]。魏建平利用壓縮映射原理研究了礦井通風網(wǎng)絡不穩(wěn)定流動數(shù)學模型，提出了數(shù)學模型數(shù)值解收斂的條件和一種利用慣性系數(shù)排序選取最小生成樹的回路選擇方案^[7]。

對于車集礦北風井來說，由于該風井擔任區(qū)域目前僅有 26 采區(qū) 1 個生產(chǎn)工作面，需 風量較小，總通風路線相對較短（最長 7689m），所以在滿足當前需風量時，通風阻力 2583Pa。但隨著 28 采區(qū)延伸和 34 采區(qū)的開拓，北翼需風量也會隨之越來越大，因此對礦井北翼通風 系統(tǒng)進行優(yōu)化，降低北翼風阻很有必要。對于南風井來說，由于該風井擔任區(qū)域目前有 23 采區(qū)，25 采區(qū)，27 采區(qū) 3 個工作面，即 2508 工作面，2509 工作面，2703 工作面，另有 10 個掘進頭，通風線路長（最長 11834m），需風量大，通風阻力較大，達到了 3622Pa，風機 排風量為 109.56m3/s。隨著礦井開采深度加大，通風路線會越來越長，阻力會越來越大，而 且隨著開采深度加大，瓦斯涌出量也會越來越大，需風量也隨之越來越大，南風井擔負的南 翼通風任務會越來越困難，因此，對車集礦進行通風系統(tǒng)優(yōu)化，降低通風阻力，對保障礦井 安全生產(chǎn)有著重要意義。

1 礦井概況

車集煤礦是永城煤電（集團）龍宇公司第二對投產(chǎn)的生產(chǎn)礦井，于1992年10月開工建設，礦井主要可采煤層有四層，分別是二₂、三₂²、三₃和三₄煤，現(xiàn)在正回采的是二₂煤層。二₂煤層平均厚2.80m，三₂²煤厚平均1.60m，三₃平均1.60m;三₄煤層厚度平均0.94m，僅局部可采。煤質(zhì)特征：屬低中灰、特低硫、特低磷、高發(fā)熱量無煙煤。

2 礦井通風阻力測定及通風網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫建立

2.1測量線路選擇

根據(jù)通風阻力路線選擇原則，結(jié)合礦井通風系統(tǒng)實際情況，選擇了兩條主測路線，具體測定路線為：

主測路線Ⅰ：主井→淸散煤斜巷一南大巷→25軌道上山→2503下巷→2503綜采工作面→2503上巷→25皮帶 上山→南大巷副巷→21皮帶上山→南翼總回風上山→南翼回風井。

主測路線Ⅱ：副井→26采區(qū)皮帶下山→26采區(qū)軌道下山→26采區(qū)軌道上車場→北大巷→24石門→猴車道→24軌道下山→2412軌道集中巷→2412工作面→2412下巷→24回風下山→北翼回風上山→北翼回風井。

阻力測定路線還包括其他一些測試路線，涵蓋了礦井的所有進風井、回風井及各主要分支巷道，以保證測試數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)礦井通風網(wǎng)絡解算。

礦井通風阻力沿程分布狀況分別如圖1所示。礦井三段（進風段、用風段、回風段）通風阻力的百分比情況見表1。

從阻力分布圖1和表1看出，車集礦南翼回風段阻力占總阻力的29.31%，未超過50%，進風段的阻力所占的百分比為24.82%，用風段的阻力占總阻力的45.87%，車集礦北翼回風段阻力占總阻力的26.62%，未超過50%，進風段的阻力所占的百分比為24.06%，用風段的阻力占總阻力的52.31%，礦井阻力分布基本合理。從巷道百米阻力數(shù)值來看，回風段的值遠大于進風段和用風段，這主要是風流集中造成的。

從結(jié)果可以看出，礦井總進風量為170.86m³/s，礦井總有效風量為148.8m³/s，礦井內(nèi)部有效風量率僅為87.11%。

根據(jù)風井的總回風量與風井風機排風量，計算出車集礦南翼風井外部漏風率為2.78%，北翼風井外部漏風率為4.65%。

2.2 VNT網(wǎng)路解算

通過網(wǎng)絡解算獲得的通風機運行工況和各主要通風巷道的風量與實際測定數(shù)據(jù)對比見表2、3。

由上表可以看出，解算的主要巷道的風量與實際風量比較吻合，解算結(jié)果的相對誤差均小于10%，從而說明通風網(wǎng)路中各分支的風阻值的測算結(jié)果是可靠的，滿足網(wǎng)路分析的要求，可以作為礦井通風系統(tǒng)改造、優(yōu)化和管理的數(shù)據(jù)參數(shù)。

3車集煤礦通風系統(tǒng)優(yōu)化

方案一：南二風井回風、南風井進風

南二風井擔負南翼采區(qū)用風，南風井改為進風井，北風井擔負北翼28采區(qū)、34采區(qū)用風。南二風井安裝主要通風型號為FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）軸流對旋式風機，轉(zhuǎn)速為740r/min，葉片安裝角度為35度，外部漏風率取4.65%。

方案二：南風井、南二風井都回風

繼續(xù)保留南風井，與南二風井共同擔負礦井南翼采區(qū)通風，現(xiàn)在南風井擔負33采區(qū)通風，其余采區(qū)通風均由南二風井通風。南二風井安裝FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）軸流對旋式風機，轉(zhuǎn)速為740r/min，葉片安裝角度為25度，解算出南二風井主要通風機的工況：Hf=2847Pa、Qf=74.46m³/s。

方案三：僅南風井回風、不建南二風井

南風井擔負南翼采區(qū)回風，南風井安裝主要通風型號為FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）軸流對旋式風機，轉(zhuǎn)速為740r/min，葉片安裝角度為45度，外部漏風率5%。北風井也更換主要通風機型號為FBCDZ（B）-8-№28/2×450kW（n=740r/min，Z=20片）軸流對旋式風機，轉(zhuǎn)速為740r/min，葉片安裝角度為40度，外部漏風率取5%。

針對礦井生產(chǎn)部署，進行了解算分析，主要解算結(jié)果見表4。

通過方案對比，從中可以看出：新建南二風井，由南二風井擔負礦井南翼采區(qū)回風、南風井改為進風井為最優(yōu)，減少了礦井南翼采區(qū)進風段的阻力，使得礦井負壓降低，節(jié)約電耗，減少電費，且新建南二風井是保證南翼采區(qū)通風的必然要求。

4結(jié)語

根據(jù)針對車集煤礦通風系統(tǒng)存在問題及礦井后期風井部署，經(jīng)過三個通風系統(tǒng)優(yōu)化方案對比分析，需新建南二風井，南翼采區(qū)由南二風井回風，為減少進風段阻力，并將南風井改為進風井，南二風井主要通風投入工作，為煤礦生產(chǎn)安排提供可靠的數(shù)據(jù)，對礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定有著重要的現(xiàn)實指導意義。

參考文獻

[1]? 陳長華. 風網(wǎng)穩(wěn)定性的定量分析[J]. 遼寧工程技術(shù)大學學報，1992，22（1）：292-294.

[2]? Ueng T H，Wang Y J. Analysis of mine ventilation networks using nonlinear programming techniques[J]. International Journal of Mining Engineering，1984，2（3）：245-252.

[3]? Hu Y，Koroleva O I，Krsti? M. Control Design for Mine Ventilation Network Systems[J]. 2002，1：543-548 vol.1.

作者簡介：翟亞鋒，碩士生，高級工程師，研究方向：礦井通風理論及技術(shù)。