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基于通风阻力测量的通风系统分析

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2010年第5期 能源技术与管理 37 doi:10.3969~.issn.1672—9943 2010.05 015 基于通风阻力测量的通风系统分析 黄瑞玲l, ,杨胜强l, ,田艳秋1, ,李d~3i,1,2 (1.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221008;2.中国矿业大学安全工程学院, 江苏徐州221008) [摘要] 通风阻力测量是矿井通风技术管理中的重要工作,结合山西某矿井的阻力测量,从 矿井阻力分布、风量和风阻几个方面简要分析了矿井通风系统的主要问题。由于矿 井开采的推进,矿井开采重心的转移,采用风网软件模拟预测了矿井通风系统的风 量变化,为了进一步的通风系统优化,提出了相应的改进措施。 [关键词] 阻力测量:风量;风阻:优化 [中图分类号]TD722[文献标识码]B [文章编号]1672_9943(2010)05_O037 3 O 引 言 随着矿井开采不断向深部发展,机械化采掘 强度不断增加,对于一些老矿井的通风系统发生 改变,在进一步优化之前给矿井通风造成一定的 负担,其通风系统的研究具有一定的代表性。 根据山西某矿井通风阻力测量数据的处理结 果,矿井总风阻0.091 N·sVm。,等积孔为3.94 m , 属于通风容易矿井,目前矿井有2个回采工作面, 4个掘进面,矿井整个通风系统比较简单,根据矿 井测量报告误差分析,误差3.76%,小于5%,其结 果是可用于现场实际,能够反映矿井阻力情况,为 矿井通风系统研究提供了一定依据。 1 阻力分布特点分析 根据该矿井通风阻力的测量报告,矿井通风 系统的总阻力2 453.9 Pa,矿井系统的阻力测算值 为2 549.7 Pa,风机房水柱计的读数为2 600 Pa, 自然风压和动压分别为13.21 Pa和63.55 Pa,矿 井通风阻力在进风段、用风段、回风段的阻力分配 比为30.4:31-3:38.3,是属于比较年轻的矿井。 目前,研究矿井的通风系统主要从安全可靠 性、经济合理性和技术可行性三个方面选取矿井 的负压等各个指标分析评价矿井通风系统。根据 该矿井通风阻力测算结果,矿井的自然风压h 为 13.21 Pa,通风管理中矿井负压一般有其理想的取 值范围,对于所有的矿井,矿井负压H不能太大, H大时会增加矿井通风的电耗,不经济。对于有自 然发火倾向性的矿井,日大时会增加矿井内部的 漏风,日大已成为公认的可引起煤层自然发火的 重要因素之一⋯。 该矿井通风系统的阻力分布特点如下:①通 风路线较长,矿井通风系统的总阻力较高。该矿井 通风系统比较简单,矿井有2个回采工作面,4个 掘进工作面,其中有2个掘进工作面的回风是 9—4辅助回风暗斜2井回风,但实测的主干通风 阻力较高,可以根据矿井巷道的实际情况,改善巷 道的支护形式、控制风流的主干风流,降低巷道的 通风阻力。②矿井在进风段的通风阻力所占比例 相对于用风段通风阻力所占比例较高,阻力分布 失衡。主要是由于进风段路线过长,并且经主斜井 和副斜井的进风在到达主要用风地点906和907 工作面之前,在中央辅运巷和补辅运大巷及中央 主运巷之问经联络巷风流流动控制不力,进风段 的联络巷要根据矿井的风压进行调节,合理的安 排巷道使风流流动合理,满足进风段各材料库需 要的同时,降低进风段的阻力消耗。③ 目前矿井主 要工作面的通风阻力占矿井主干系统阻力的 31.3%,掘进巷道的局部通风系统的回风主要经 9—4辅助回风暗斜2井回风,根据测算数据选择 经掘进巷道的通风路线进行阻力分析时,掘进巷 道的阻力占总阻力的5.55%,同时,结合通风旬报 其掘进巷道的风量也能满足要求。④矿井通风系 统日趋复杂,阻力增加。目前矿井有2个掘进工作 面回风,经9—4辅助回风暗斜2井回风。随着矿井 开采的推进,4号煤层是将来的主采煤层,因此,4 号煤层一旦开采,形成通风系统,将是整个通风系 统的距离最远,阻力最大的用风环节,考虑4号煤 层开采过程中的通风系统阻力和风量分布是目前 和未来几年要考虑的主要问题。 38 黄瑞玲,等基于通风阻力测量的通风系统分析 2010年第5期 2 风量及风速分析 对于矿井风量,在任何时候,矿井实际风量p 都必须满足大于矿井需风量 的要求。同样在通 风管理中,矿井风量0与矿井负压日一样,也不 是越大越好。一般风量p≤(1.2~1.3) m3/min。 对于风速,《煤矿安全规程》中有井巷风速的具体 规定l 2l: 设有梯子问的井筒或修理中的井筒,风速不 得超过8 m/s;梯子间四周经封闭后,井筒中的最 高允许风速可按表1规定执行。 表1 井巷中的允许风流速度 井巷名称 无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风速 可低于表1规定值,但不得低于0.5 m/s。 综合机械化采煤工作面,在采取煤层注水和 采煤机喷雾降尘等措施后,其最大风速可高于表 1的规定值,但不得超过5 ntis。 根据表2所示数据,回风斜井的风速达到 9.9 m/s,已经高于规程中在主要进、回风巷的速度 规定值8 m/s,矿井的进风副斜井和主斜井的风速有 5.97 m/s和3.68 m/s,矿井总进风量为9 804 m3/min, 回风总量为9 852 m3/min,同时矿井有2个掘进工 作面回风经9—4辅助回风暗斜2井回风。 根据阻力测算数据和矿井的通风旬报,系统 实际风量大于需风量,所以在回风时风速存在局 部超限,主要用风工作面和掘进工作面风速在规 定范围内。因此需要在局部地点设置风量调节 装置或改变巷道的断面以控制风流,提高通风效 率,降低风量,节约通风成本。 目前,增加了9—4辅助进风暗斜井和9—4辅 助回风暗斜井主要满足908、909掘进巷道的风量 要求,根据矿井的旬报,9—4辅助进风暗斜井的进 风为1 232 m3/min,掘进巷道的风速只有0.34 m/s, 目前基本上能满足掘进要求,但随着掘进工作面 的推进,以906、907的工作面进行比较分析,工作 表2 部分巷道阻力及风速整理 面长度较长,908、909掘进巷道断面为17.5 m ,需 要风量基本上在1 600 m3/min左右,但依据目前 的掘进进度,风量基本要求350 m3/min左右,相差 较大。 如果仅靠目前的9—4辅助进风暗斜井供风显 然风量很难达到要求;如果从主运巷道上调节风 2010年第5期 能源技术与管理 39 量向908、909面提供风量,同时,通风机需要负载 3个或4个工作面的风量,风量同样很难达到要 求,需要提高9—4辅助进风暗斜井通风机的风量。 对于主运巷的通风风量,由于进风的路线很长,通 风阻力较高,若通过增加主通风机的风量向新推 进巷道供风,整个矿井系统的阻力将会增加,需要 对主通风机进行风量调节,根据分析,存在局部风 速超限的问题,可以向新推进巷道进行风量调节, 这样整个通风系统的阻力也不致过高,风机的负 载也不致过大。 以906 T作面作为参考,巷道的风阻为 1.321 1 N·s2/m ,新掘进巷道的风量以1 600 m3/min 计算,当开采4号煤层时,两个工作面的阻力为 2 X 939.4 Pa,可见这部分阻力消耗要通过增加主 通风机风量提供,同时在主运巷上根据巷道的测 算风阻值,主运巷上的阻力最大将增加近1 0633 Pa, 可见这部分阻力应主要通过9—4辅助进风暗斜井 供风提供;同时,4号煤层开采后工作重心也将转 移到后面的工作面。通过表2可见,拓展后根据风 网软件模拟结果,经水仓巷道和联络巷出现反风 现象,并且局部地点如上绕汇风巷道的风速不能 达到要求等。 3 风阻分析 矿井风阻R=H/Q ,R的大小表明了矿井通风 难易程度,类似于矿井等积孔。同时 的大小在 风机个体特性曲线上决定了风机运行工况点 位置的高低;生产矿井通风机工况点 的位置过 高或过低都会导致通风机效率?7降低。例如高阻 力 、小风量9的中小型矿井和低阻力 、大风量 p的特大型矿井的通风机效率往往都比较小。对 于此次通风阻力测量的结果,矿井总风阻为 0.091 N·s2/m ,等积孔为3.94 m ,属于通风容易的 矿井,但根据分析,随着矿井开采的推进,需要结 合矿井主风机的实际性能进一步调节矿井用风, 以满足新开采煤层工作面等的用风。 4 建议技术措施 改善矿井巷道的支护形式合理地安排通风巷 道,整体上降低主干路线上的通风阻力;改善局部 阻力和风阻较大的地点的支护形式和巷道形式, 降低局部地点的通风阻力;进风路线上增加一些 控风通道控制风流流向,使在满足前面工作用风 的同时尽量通向主要用风地点,避免风量的浪费, 同时降低巷道的通风阻力;特别是流经各封闭工 作面的风流,通过改善巷道支护形式或改变巷道 的断面形式,降低通风阻力,同时也能降低漏风; 在通风路线联络巷上增加风门或调节风窗等,根 据风流能量和需风量控制风流,提高通风效率,降 低风量,避免局部风速超限,同时节约通风成本; 随着掘进巷道的推进, 目前的9—4辅助进风暗斜 井和9—4辅助回风暗斜井的风量不能满足推进后 新开采工作面的风量要求,根据分析可知,若同时 满足3个工作面的风量至少需要增加风量 3 200 rn3/min,由于矿井的主进风路线比较长,通 风阻力较高,为了很好的控制和降低通风阻力,只 能调节和控制主通风机的风流,满足前面工作面 等用风,对于新开采煤层用风主要要通过提高 9—4辅助进风暗斜井的进风量,这样整个矿井的 通风系统才能平衡和很好的控制矿井系统的通风 阻力;加强采空区的管理,减少漏风,尽量扩大封 闭采空范围,缩短不必要巷道,便于进一步的通风 系统优化。 5 结语 随着矿井开采的推进,新的煤层开采后,通风 系统存在的问题将会暴露,通风路线较长,矿井负 压增加,风阻较大,同时风量在局部用风存在短缺 达不到要求等,从风压、风量等几个方面分析了通 风系统存在的问题,同时提出了相应的改进措施; 另一方面,仅仅依靠目前通风阻力测量的数据分 析其风压风阻等也存在一定的缺陷,因此需要进 一一步掌握矿井通风系统的资料,进一步优化矿井 的通风系统,以满足新煤层开采后工作面巷道等 的用风。 [参考文献] [1]杨胜强,刘殿武.通风与安全[M].徐州.『f]国矿业大学 出版社.2009 [2]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S],北京:煤炭工 业出版社 2005 [作者简介] 黄瑞玲(1985一),女,河南商丘人,硕士研究生,从事矿 井通风安全与防灭火方面的研究。 [收稿日期:2010—05—06]
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