小康矿通风系统优化研究.pdf

第 1 期2022 年 8 月铁法科技小康矿通风系统优化研究小康矿吕 巍黄晓辉徐锰林摘要通过研究小康矿矿井通风系统优化调整，更换主要通风机，根据矿井生产实际，施工多条回风巷道，解决了限制矿井安全生产的实际问题，提升了矿井通风管理水平。关键词通风系统优化仿真模拟1概 述矿井通风系统由矿井通风方式、通风方法、通风网络构成，是矿井生产系统的重要组成部分。建立合理、完整的矿井通风系统是矿井安全生产的基本保证。随着矿井采深的增加，生产能力的增大，开采技术条件越来越复杂，相应的矿井瓦斯涌出量也越来越大，煤层温度也越来越高，矿井自然发火也越来越严重，这就导致矿井通风系统的差异也越来越大，通风系统管理的难度也越来越大。为了使矿井通风系统与矿井生产条件相适应，满足矿井安全生产的要求，必须对矿井通风系统进行优化调整。2主要通风机优化小康矿为缓解南二采区生产压力，根据矿井生产接续安排，于 2016 年开拓西三采区，采区投产后将与南二采区交替生产。W3101 工作面作为西三采区首采工作面，工作面设计面长 260m，有效推进长度1957m。参考相邻的大平矿 S2S9工作面风量，综合考虑本工作面的瓦斯涌出量及煤层温度等因素，W3101工作面计划风量为 1811m3/min。小康矿主扇型号为MAF2100/1200-1，叶片角度调节范围在 055，风机额定风量 9000m3/min，额定压力 3150Pa。实际使用期间最大叶片角度运行过 42.5，风量最大达到7950 m3/min。回采 S2S8工作面时，由于工作面通风距离长、通风阻力大，风量增加不上去，主扇通风能力接近极限，并且主扇出现过多次轻微喘振现象，当时主扇叶片运行角度为 41.5，负压 2610Pa，矿井风量 7196m3min。W3101 工作面比 S2S8工作面的通风距离更长，需要风量更大，因此分析判 W3101 工作面投产后，主扇通风能力可能会不足。为掌握主扇的实际通风能力，对矿井两台主扇进行了性能测定。在现场测试过程中，主扇叶片运行角度最大增加到 45，当增加到 47.5时主扇运行不起来；负压达到 29503100Pa 时风机即出现喘振现象。根据目前矿井通风系统情况，主扇叶片运行角度为 42.5，如果叶片运行角度调整到 45，根据测试结果计算得到负压将增加 190Pa，风量增加270m3/min，主扇达到满负荷运转，此时如果通风系统阻力发生变化，则风机有喘振的可能，因此不建议叶片角度运行 45。根据实际测试，主扇 45运行时，负压 2992Pa，风量 7246 m3/min，不能满足 W3101工作面投产后矿井通风要求。根据测试绘制的主扇风机性能特性曲线如图 1。问题探讨通风与安全窑窑113第 1 期2022 年 8 月铁法科技图 1 风机性能特性曲线为了验证测试结论，利用矿井通风仿真系统进行了模拟计算，主扇 45角运行，矿井总风量达到 8215m3/min，负压 2507Pa，W3101 工作面风量 1263m3/min，仍不能满足设计配风量1811m3/min。仿真模拟数据见附表。附表无配巷仿真系统模拟计算表基于以上分析，矿井现有主要通风机进行技术改造或者更换，以满足西三采区投产后矿井通风要求。经过集团公司批准，小康矿对矿井主要通风机进行了优化改造，更换为两台 GAF23.7-12.5-1 型轴流式通风机，于 2017 年 10 月安装投入使用。3通风网络优化3.1施工辅助回风巷西三采区形成后，西三采区回风与南二采区回风在-530 交叉点汇入南翼架空人车道，经南翼架空人车道进入南翼总回风巷后进入风井。西三采区与南二采区回风流汇合后共用一段回风道，由于风量大、巷道底臌变形，造成南翼架空人车道、南翼回风巷局部巷道风速超限，矿井通风阻力增大。为优化矿井通风系统，降低矿井通风阻力并解决南翼架空人车道、南翼回风巷局部巷道风速超限问题，矿研究决定由风井下向西三采区回风巷施工一条辅助回风巷（图 2），辅助回风巷设计长度660m。经矿井通风仿真系统模拟计算，预计辅助回风巷施工完成后可降低矿井通风阻力 300Pa。图 2辅助回风巷示意图3.2施工南翼回风下山小康矿南翼架空人车安装在南翼回风下山内（图 3），在回风巷道内运行，为便于安全管理需将架空人车调整到入风巷道中。根据小康矿南二采区现生产布局，为使南二采区通风系统更为合理，满足最大阻力路线巷道列表 节点压能MaxH=2507.1841Pa序号巷道名称始节点末节点风量风门压差 风机负压 总阻力1NULLNULLNULL18.99无无28.43192NULLNULLNULL17.41无无8.21253NULLNULLNULL25.64无无41.84724W3101 运顺NULLNULL21.04无无192.44825W3101工作面NULLNULL21.04无无45.52726W3101 回顺NULLNULL21.04无无218.74367NULLNULLNULL21.04无无14.30768NULLNULLNULL24.12无无6.42939NULLNULLNULL27.22无无59.136810NULLNULLNULL30.64无无22.000611NULLNULLNULL38.83无无47.12612NULLNULLNULL47.2无无51.456313NULLNULLNULL50.13无无13.182614NULLNULLNULL50.13无无55.5354窑窑114安全生产需要，经矿反复研究，计划对南二采区进行通风系统优化调整，新掘进一条南翼回风下山，巷道坡度 09，全长 456m。新掘进南翼回风下山后，原南翼回风下山改为入风巷道，南二采区轨道中巷与新掘进的南二采区皮带中巷为采区入风巷，南二采区回风中巷、南翼回风下山为采区专用回风巷，通风系统仍为“两入一回”，-530 回风巷及辅助回风巷为总回风巷。图 3南翼回风下山示意图3.3施工南翼-530回风巷小康矿南翼总回风巷，是为矿井南二采区、西三采区服务的主要回风巷。现有部分巷道严重失修（-530m 段），约 220m 左右，影响到矿井通风系统稳定及能力。为减小通风阻力、完善通风系统，经矿研究决定，计划施工一条南翼-530 回风巷（图 4），与南翼总回风巷严重失修段并联布置，解决通风断面不足、风速超限的问题，以满足矿井通风系统能力要求。南翼-530 回风巷设计由-530 联络巷 WZ101点前 41m，以方位角 231拉门施工，与南翼回风下山 SS101 点前 32m 贯通。设计巷道坡度 0，全长265m。经仿真系统模拟计算，预计南翼-530 回风巷施工完成后降低矿井通风阻力 207Pa。图 4 南翼-530 回风巷示意图3.4施工南翼回风配巷南翼-530 回风巷施工完成后，仅解决了南翼总回风巷严重失修段（-530m 段）通风断面不足、风速超限的问题，南翼总回风巷仍是为南二采区、西三采区服务的主要回风巷，两个采区总回风量超过6000m3/min，仍旧存在风速超限问题，矿已列入计划施工南翼回风配巷（图 5），将西三采区和南二采区回风独立，彻底解决风速超限问题，使矿井通风系统更合理。南翼回风配巷设计巷道坡度 014，全长460m。经仿真系统模拟计算，预计南翼回风配巷施工完成后降低矿井通风阻力 496Pa。第 1 期2022 年 8 月铁法科技图 5南翼回风配巷示意图窑窑115（上接第 79 页）作者简介：吴琼(1970-)，男，2015 年毕业于辽宁科技学院煤矿开采技术专业，现任大隆矿抽采队副队长。联系电话：[phone]。图 4运顺 8 号孔浓度变化曲线图以上为大隆矿东二 1509 运顺 1 号至 20 号预抽钻孔，截至到 11 月 25 日每班抽采浓度变化情况。各孔总平均抽采浓度 18.99%，钻孔距工作面 10m 范围内平均抽采浓度 36.4%，只有 10 号孔在距工作面10m 范围内抽采浓度下降，其它均为上升趋势，各钻孔距工作面 10m范围内抽采浓度平均增长 17.42%。从以上钻孔抽采观测数据变化上可以看出，预抽钻孔进入工作面 10m 范围内，平均抽采浓度由10.67%上升至 36.4%，说明受工作面回采超前动压影响，预抽钻孔透气性增加，增加了抽采浓度，提高了抽采效果，是本层钻孔预抽的最佳时期。如果采用原有扇形布置钻孔，受钻孔布置方式影响，本层预抽钻孔在最佳预抽时期抽采时间大大缩短，起不到应有的抽采效果。另外通过增加封孔长度至 20m，有效的增加了钻孔封孔严密性，使本层预抽钻孔平均浓度达到10.67%，提高了抽采浓度。同时每单元设置两排管路，采用抽采和放水分流方式，有效的控制了钻孔涌水、管路积水影响瓦斯抽采问题，保证了抽采连续、稳定。5结语大隆矿东二 1509 工作面运、回顺本层预抽钻孔，通过在设计、封孔工艺、连孔抽采等方面采取的一些改进，取得了较好的抽采效果，为本煤层瓦斯预抽积累了宝贵的经验。第一作者简介：吕巍（1984-），男，高级工程师。2007 年毕业于辽宁工程技术大学安全工程专业，现任小康矿保安区主任工程师。联系电话：[phone]。第 1 期2022 年 8 月铁法科技4结 语“一通三防”管理，通风是基础，小康矿近些年来一直在矿井通风系统优化上努力。从更换主要通风机，到根据矿井生产实际，施工多条回风巷道，解决了限制矿井安全生产的实际问题，提升了矿井通风管理水平。另外，需要强调：（1）通风系统优化是随着矿井生产变化随时进行的，没有终点，不能停滞不前。（2）小康矿为极软岩矿井，巷道压力大、变形快，需要合理组织队伍进行巷道维修，保证巷道通风断面满足通风要求。（3）矿井通风仿真系统在矿井通风系统优化调整中可起到很好的辅助、参考作用，应充分利用仿真系统进行系统优化调整方案模拟，从而选择最优的通风系统优化调整方案。窑窑116