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基于网络解算的通风系统优化改造.pdf
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1、总第2 15 期2023年第10 期工程技术摘要:大型矿井通风网络系统较为复杂,对其进行通风阻力测定及分析较为困难,网络解算能够使得模拟矿井通风系统接近于实际,便于测算和分析。以实际矿井为例,通过通风阻力测定获得其回风段阻力占比超过用风段和进风段,制定扩修巷道断面、巷道串联变并联,风量分流等措施实现通风减阻,并对制定的措施进行网络解算和模拟,实现最佳通风优化方案。关键词:网络解算;通风阻力;通风系统;线路优化中图分类号:TD7240引言矿井通风系统比较复杂,其由许多纵横交错的井巷构成,并且随着矿井开采时间的延长,会不断出现新的掘进工作面和采煤工作面,也会出现许多采空区,通风系统也愈加复杂,矿井
2、通风阻力也会越来越大。矿井通风阻力的增大,会导致矿井主通风机需要提供更大的风速和风量才能够满足井下工人和工作面的基本需求,如果仅仅通过调节主通风机的性能来实现矿井通风系统的优化,不符合矿井绿色节能高效的要求。需要对矿井通风系统进行系统性的测定和分析,分析整个通风系统当中存在的问题,有针对性地采取巷道改造和降阻优化措施,最终实现矿井通风系统的优化。然而仅仅通过人工进行分析和测算,得出的数据存在很大的误差,也无法对拟采取的措施所能够达到的效果进行提前预判,不利于得到最优化的通风系统改造方案。而网络解算则是通过对实际矿井所有参数的有效仿真和模拟,让模拟的通风系统无限接近于现实,将拟定的通风减阻方案通
3、过网络解算进行分析,模拟其所能够达到的通风减阻效果,通过方案对比获取最优化的通风系统优化改造措施 。1通风系统的测定与分析本文以某煤矿作为研究对象进行分析,该煤矿采用两翼对角式通风,主、副井用于进风,南、北风井用于回风。主通风机均安装在回风井的地面通风机房当中。主要参数设置如表1所示。表1回风井主通风机参数表风机位置风机型号南风井G4-73-11No25D北风井G4-73-11No22D1.1通风阻力测定首先确定该煤矿32 3采煤工作面的通风阻力测定路线,然后确定本次通风阻力的测定方法采用气压收稿日期:2 0 2 2-11-18作者简介:陈永军,男,19 8 1年出生,毕业于东北大学,本科,工
4、程师,主要从事煤矿安全管理工作。山西化工Shanxi Chemical Industry基于网络解算的通风系统优化改造陈永军(山西高平科兴龙马煤业有限公司,山西高平0 48 40 7)文献标识码:A计法,需要用到的设备主要包括两台精密数字气压计,通风干湿表、风表等2 。通过通风阻力测定发现,进风段总长度2 135 m,通风阻力实测值为39 0 Pa,占矿井通风阻力的2 4%;用风段总长度12 9 9 m,通风阻力实测值为19 7.6 Pa,占矿井通风阻力的12.2%;回风段总长度316 1m,通风阻力实测值为10 35.6 Pa,占矿井通风阻力的6 3.8%。通过分析可以发现,回风段通风阻力过
5、大,超过了进风段和用风段的通风阻力之和。在实际测算过程中发现,在南翼进风和北翼进风的公共叠合区域个别区段存在通风断面小、风量、风速以及风阻过大的问题,如果采煤工作面风量增加,该区段的风速、风量以及风阻将进一步增大;回风段中一采区的回风巷道有长达10 0 0 m 的区域存在巷道顶部冒落、两帮及底部上鼓,导致该区域的回风巷道实际有效通风断面不超过5 m,通风阻力过大。1.2主通风机性能评价图1为南风井风机的实际特性曲线,该风机当前的实际工况处于特性曲线的右下侧,即单独下降的区段,该通风机当前的风量在46 0 0 m/min左右,其最高风量可达5 2 0 0 m/min左右,因此该风机当前处于安全平
6、稳的运行状态。图2 为北风井风机的实际特性曲线,该风机当前的实际工况处于特性曲线的右下侧,即单独下降的区段,该通风机当前的风量在3500m/min左右,其最高风量可达430 0 m/min左右,虽然北风井主通风机当前供风量距离最大供风量还存在一定的富余,但是随着北翼采取工作面供风量主要参数需求的进一步增加,所能够提供的风量有效。两台离心式通风机(一台工作一台备2基于网络解算的矿井通风系统模拟用),配备YBP450-10型电机矿井通风系统模拟实际上就是通过对实际的矿两台离心式通风机(一台工作一台备用),配备JS138-10型电机Total 215No.10,2023D0I:10.16525/14
7、-1109/tq.2023.10.065文章编号:10 0 4-7 0 5 0(2 0 2 3)10-0 15 6-0 2井通风系统进行数字化,将矿井通风巷道作为通风网络当中的线,巷道与巷道的连接处设置节点,为了能够简化通风网络系统,可以对一些巷道进行合并,将矿井通风系统的实际长度、断面大小及形式、通风阻2023年第10 期陈永军:基于网络解算的通风系统优化改造 157.于南回风井,后期北回风井更容易饱和,因此提前将通风断面小、风量、风速以及风阻过大的现状,同时解2.520F1612.31015821000FP-418901680P.-q41.47012601050840n.-q6304202
8、10F3.0002.7002.4002.1001800115001200900600300OL24力、风量、风速、风压等参数赋予相应的线条,通过多次网络解算以及不断调整,使得模拟的通风网络系统当中的风量、风阻与矿井实际的参数相符3。然后对矿井通风系统进行分析和模拟,结合矿井实际状况,对矿井当前的通风系统性能进行研究和分析,发现其中存在的问题,最终制定优化方案,通过有效模拟,实现优化方案效果的可视化,对通风系统复杂的大型矿井降阻优化辅助作用更大。本文首先绘制研究对象煤矿的通风网络图,在绘制过程中对井底车场、采区的车场以及其他一些无关紧要的短巷道进行简化,简化成为一个节点或者一小段巷道,通过计算一
9、个等效风阻值来取代实际区域的风阻值。将实际测算到的矿井通风系统的参数纳人到模拟的通风网络系统当中,通过不断地对主要通风机工况、风量以及分支风阻等进行校验调整,实现模拟值与实测值相一致,为实现正确模拟和预测提供基础和依据5 。3矿井通风系统优化通过对32 3采煤工作面的通风阻力等参数进行实际测定,分析其存在的问题,特提出相应的降阻优化措施。措施一:对南翼进风和北翼进风的公共叠合区域通风断面小、风量、风速以及风阻过大的区域进行扩修,将其巷道断面由原来的10 m扩大到2 0 m,解决决后期工作面风量增加带来的该区域风速超限等155152MY/1491431468065%l5560图1南风井风机实际特
10、性曲线PL24:1496Pa7u:56.5m/s3036图2 北风井风机实际特性曲线问题。措施二:对回风段中一采区长达10 0 0 m有效通风断面不超过5 m的回风巷道进行扩修,对巷道周边进行扩修,确保其有效通风断面不得小于10 m。以此来有效降低回风巷的通风阻力。措施三:施工一条联络巷道,并在必要的位置设置永久正反风门,实现一采区的轨道上山、运输上山65709./m/s)424854q.m/%)75808560与三采区的轨道上山、运输上山之间并联回风,缩短总回风巷道的长度降低回风段的通风阻力。195措施四:由于北回风井主通风机的最大供风量小一1751551351159575-553566北回
11、风井的部分回风风量引至南回风井系统线路,由南回风井主通风机分担部分北回风井的回风风量。针对以上四种措施,特提出四种降阻优化方案:方案一是仅采取措施一来实现通风降阻;方案二是在采取措施一的基础上,再采取措施二措施三进行进一步的降阻优化;方案三是在采取了措施一、措施二和措施三的基础上,将南回风井的5 0 0 m/min回风量引至北回风井;方案四是在采取了措施一、措施二和措施三的基础上,将南回风井的10 0 0 m/min回风量引至北回风井。将采取方案一、方案二、方案三、方案四所带来的有效通风面积、通风阻力、巷道长度等变化计算出来,然后分别代人矿井模拟通风系统当中,求解出采取相应方案后各分支的风阻、
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