鹤煤十矿通风系统与许沟煤矿风井合并优化研究

皮大峰张 攀

(1.鹤壁煤电股份有限公司第十煤矿,河南省鹤壁市,458030; 2.河南理工大学安全学院,河南省焦作市,454000)

鹤煤十矿通风系统与许沟煤矿风井合并优化研究

皮大峰1张 攀2

(1.鹤壁煤电股份有限公司第十煤矿,河南省鹤壁市,458030; 2.河南理工大学安全学院,河南省焦作市,454000)

针对鹤煤十矿13采区南翼远期需风量增大,当前南翼风井通风能力不足的问题,结合原已停用的许沟煤矿风井邻近十矿南翼的实际情况,研究启用该风井优化十矿的通风系统。对矿井通风系统进行了针对性的技术测定后,提出了矿井通风系统合并优化方案。利用计算机对各个方案进行解网分析,并对许沟风井通风机进行选型。该方案被采用后可较好地解决鹤煤十矿远期的通风问题,有效保障矿井的安全生产。

通风系统 需风量 通风能力 解网分析 合并优化方案

1 矿井概况

鹤壁煤电股份有限公司第十煤矿(简称鹤煤十矿)位于鹤壁矿区南部,井田南北走向长5.5 km,东西倾斜长0.8～1.9 km,面积6.54 km2。设计生产能力60万t/a。可采煤层为二叠系山西组二1煤层,平均厚度7.09 m。矿井开拓方式为立井单水平上、下山开拓。矿井通风采用混合抽出方式,矿井目前有主井、副井、西井区立井3个进风井,西风井、南风井2个回风井。西风井安装两台BDK－6－№.20对旋式主通风机,配套电机功率为2×315 k W;南风井安装两台AGF－2.2－1.3－2对旋式主通风机,配套电机功率为710 k W,均为一备一用。目前矿井有11采区、12采区、13采区3个采区。西风井主要服务于11采区和12采区,南风井主要服务于13采区。

鹤壁市许沟煤矿与鹤煤十矿相邻,位于鹤煤十矿浅部,设计生产能力30万t/a。井田范围有两个立井,矿井已没有煤炭储量,准备进行矿井关闭。

2 矿井通风系统合并改造的紧迫性

鹤煤十矿矿井南风井系统回风段阻力消耗较大,目前仅能为13采区南翼提供约730 m3/min的风量。目前该区域没有煤巷作业,故短期内基本满足需要,但下一步要进行煤层内的采掘作业,需风量将大增,该区域风量将会严重不足。当前矿井南风井的通风机不能满足未来安全生产需要,而许沟煤矿的回风井(原许沟副井)邻近十矿南翼采区,故考虑启用该风井。如果启用该风井,许沟风井初期通风机能力能否满足需要、新风井服务后期选取多大能力的通风机才能保证各条巷道和用风地点达到风量要求、对矿井影响如何、现有通风系统如何进行调整和调控等问题需要解决,针对矿井的这些实际情况需要开展新风井通风机挂网解算的研究工作。为此,由鹤煤十矿和河南理工大学有关人员组成联合测定小组于2014年7月对矿井通风阻力分布状况进行了技术测定工作,并在此基础上提出了通风系统的合并优化方案。

3 通风技术测定与分析

3.1 通风现状的技术测定

为了进行通风系统合并和优化研究的需要,首先必须掌握当前通风网络各分支巷道的风阻参数以及矿井通风阻力分布状况,尤其是进风和回风井筒、大巷等长期使用的井巷,采区区段巷道、上下山等有代表性巷道的风阻参数及摩擦阻力系数。通风技术测定采用气压计法中的两点同时测定法,即在一条分支巷道的两端用两台气压计同时读数,从而减少了气压波动、风门开启、矿车运行等各种因素的影响,提高了测定数据的可靠性和准确性。

依据下列原则确定了阻力测定的主测路线:

(1)在所有并联风路中选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路作为主测定路线;

(2)选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主测定路线;

(3)选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为主测定路线。

3.2 测定结果分析

由于西风井系统和南风井系统属于分区通风,南风井系统的调整对西风井系统影响有限,故主要分析南风井系统的测定结果。

(1)矿井南风井系统总回风量为3180 m3/ min,其通风阻力1812.7 Pa,矿井南风井系统的等积孔为1.48 m2,通风难易程度为中等。

(2)矿井南风井系统进风段、用风段、回风段3段通风阻力分布情况见表1。矿井通风阻力沿程分布状况如图1所示。

图1 矿井通风阻力沿程分布

表1 南风井系统三段阻力分布情况

从图1和表1可以看出:南风井系统主测线路3段阻力的百分比约为18%∶12%∶70%,主测路线回风段阻力超过了70%,3段阻力分布不甚合理,回风段阻力占总阻力的百分比明显偏大,而且其百米阻力值也明显偏大。矿井南风井系统进风段主要由－575 m主巷和－575 m副巷并联进风,而用风段主要由13采区和13采区南翼两部分组成,故进风段和用风段风流分散,阻力消耗较少,而回风段区域回风巷道内风量比较集中,再加上回风段风流路线较长导致回风段阻力消耗较多,所占百分比偏大。

(3)井下部分巷道变形严重,如13采区南翼中间回风巷局部地点冒顶及底鼓现象严重,且巷道内积水严重,对南风井通风系统产生一定的影响。

4 矿井通风系统合并优化方案

4.1 矿井通风系统合并优化方案的提出

矿井通风系统的优化改造既要满足现有通风系统需风要求,又要兼顾矿井今后一段时期的生产部署及供风要求。因此,根据鹤煤十矿的具体情况,把13采区南翼采掘期间及13采区回采与15采区(15采区是后期计划开拓采区)开拓同时进行的通风情况分为两个阶段:

(1)13采区南翼进行煤层采掘作业时期。为保证下一步煤层内采掘作业的安全,该区域需风量将从730 m3/min增大至约2300 m3/min,该区域风量将会严重不足,矿井南风井当前的通风机不能满足安全生产需要,故需要启用许沟风井,担负13采区南翼的通风任务。

通风系统优化改造方案:13采区南翼中间回风巷属于网络结构角联分支,为了减少后期许沟风井和南风井通风机之间的相互影响,密闭13采区南翼中间回风巷;为减少13采区南翼回风路线上的阻力,利用原许沟矿的11采区运输下山和轨道下山并联回风,达到原许沟矿井下巷道均并联回风的目的。

该方案可考虑使用许沟风井的原有BDK54－6－No.16A通风机。原许沟矿11采区轨道下山和运输下山均采用U钢棚支护,保证其净断面均不低于8 m2。

(2)根据后期生产部署,随着13采区南翼许沟回风井启用,其远期可能存在要同时服务两个采区的情况,原许沟矿风井通风机能力是否达到要求需要进一步进行研究。此处以同时服务13采区南翼和15采区进行解网分析。

方案Ⅰ:13采区南翼和15采区仅各配备一个回采工作面的解网,此时13采区南翼总需风量约1265 m3/min,15采区总需风量约1265 m3/min。通风机需提供总风量2530 m3/min。

方案Ⅱ:在上一方案的情况下,在15采区新增2个掘进工作面,13采区南翼总需风量约1265 m3/min,15采区总需风量约2300 m3/min。许沟风井通风机需提供总风量3565 m3/min,考虑增大通风机能力,以南阳防爆风机厂中低压系列的FBCDZNo.22通风机(n＝740 r/min,＋3°)为例进行解网。

4.2 矿井通风系统合并优化方案的解网分析

矿井通风系统合并优化方案确定后,对各方案进行网络解算和优化分析,以确定最优方案。

4.2.1 13采区南翼进行煤层采掘作业时期

在保证硐室、掘进工作面用风的条件下,采煤工作面自然分风、挂网解算。合并初期矿井通风机变化情况见表2,由表2可知,在新风井(许沟风井)通风机投运初期,南风井通风机风量约减少240 m3/min,负压增高约240 Pa。

此时13采区1311采面(计划要回采的工作面)的风量将近1000 m3/min,能够满足安全生产要求。13采区南翼总供风量约2300 m3/min,基本能够满足安全生产要求。此时许沟风井通风机初始运行风量约为2310 m3/min、负压1465 Pa。

表2 矿井通风机工况变化表(合并初期)

4.2.2 根据后期生产部署的解网情况

(1)方案Ⅰ的解算结果。由于此时许沟风井系统总风量变化不大,故该方案可考虑仍然使用许沟风井的原有BDK54－6－No.16A通风机。此时矿井通风机工况变化情况见表3。根据表3的解网结果可知,当矿井通风系统联合运行后,由于南风井系统和许沟风井系统基本可以认为是完全分区通风,仅共用进风路线,故许沟风井系统的改变对南风井系统影响较小,南风井通风机的风压和风量均仅发生微小变化。

此时13采区南翼1310北采面(13采区的1310采面与15采区的1501采面是同时作业期间的工作面,是根据前面叙述的方案Ⅰ:13采区南翼和15采区仅各配备一个回采工作面的解网中的接替工作面)的风量将近900 m3/min,基本能够满足安全生产要求。15采区的1501采面风量约720 m3/min(实际需风量为850 m3/min),风量略有不足,即许沟风井原有通风机能力略显不足。

表3 矿井通风机工况变化表(不更换许沟风井原通风机)

(2)方案Ⅱ的解算结果。通过上方案Ⅰ的解网结果可知许沟风井原通风机能力可能不足,可考虑增大通风机能力,以南阳防爆风机厂中低压系列的FBCDZNo.22通风机为例进行解网。

更换许沟风井原通风机后工况变化情况见表4。根据表4的解网结果可知,当新风井(许沟风井)通风机更换较大能力通风机后,南风井通风机风压略有上升,但由于2个区域属于分区通风,故南风井系统变化幅度不大。在满足掘进和硐室用风的条件下,许沟风井系统各区的采面风量均能够达到风量为850 m3/min的要求。此时新风井通风机风量约为3900 m3/min,负压2371 Pa。

表4 矿井通风机工况变化表(更换许沟风井原风机)

5 结论

(1)鹤壁煤电公司十矿矿井南风井系统回风段阻力消耗较大,当前该区域没有煤巷作业,故短期内通风能够基本满足需要,但下一步要进行煤层内的采掘作业时,该区域风量将会严重不足,需启用许沟煤矿的回风井(原许沟副井)进行联合运转保障今后的安全生产。

(2)当鹤煤十矿和许沟矿风井合并运转时,需将网络角联分支13采区南翼中间回风巷密闭;另外为了减少13采区南翼回风路线上的阻力,应利用原许沟矿的11采区运输下山和轨道下山并联回风,即达到原许沟矿井下巷道均并联回风的目的。

(3)当许沟风井通风机投运初期,主要负担13采区南翼的通风任务。此时许沟风井通风机初始运行风量2300 m3/min,负压1465 Pa。

(4)随着矿井13采区南翼的许沟回风井的启用,其远期可能存在要同时服务两个采区的情况,需风量增大,而其原风机能力可能不足。需要更换通风机,新通风机的选型以投运初期的工况为容易时期,困难时期通风机风量约为3900 m3/min,负压2371 Pa。根据这两个时期的通风机工况情况可考虑选择FBCDZNo.22型通风机(n＝740 r/min,＋3°)。

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(责任编辑 张艳华)

Research on combination and optimization of ventilation system of No.10 Coal Mine of Hebi Coal and Power Co.,Ltd.and the air shaft of Xugou Coal Mine

Pi Dafeng1,Zhang Pan2
(1.No.10 Coal Mine of Hebi Coal and Power Co.,Ltd.,Hebi,Henan 458030,China; 2.School of Safety Engineering of Henan Polytechnic University,Jiaozuo,Henan 454000,China)

Aiming at the matters that the ventilation capacity of air shaft is not enough at present and the required airflow will increase in the future in the south wing of No.13 mining area in No.10 Coal Mine of Hebi coal and power Co.,Ltd.,combined with the actual situation that the deactived air shaft of Xugou Coal Mine is near the south wing of No.10 Coal Mine,this paper studied the restarting of the air shaft of Xugou Coal Mine to optimize the ventilation system of No.10 Coal Mine.Firstly,the ventilation systems were measured,and then,the combination and optimization schemes of the ventilation systems were put forward,and the ventilation network of each scheme was solved and analyzed by computer and the ventilation capacity of the fanner in Xugou mine was analyzed and the type of the fanner was selected.Adopted the optimal scheme,the future ventilation problem of No.10 Coal Mine will be well solved,furthermore,the safety production will be improved effectively.

ventilation system,required airflow,ventilation capacity,ventilation network solution and analysis,combination and optimization scheme

TD722

A

皮大峰(1972－),男,河南商城人,高级工程师,1995年毕业于河南理工大学,现任鹤煤十矿总工程师。