矿井通风系统改造（精选十篇）
矿井通风系统改造 篇1
关键词：复杂通风网络,通风系统,通风机选型,降阻巷
平煤股份八矿是我国自行设计和施工的第1座特大型矿井, 设计生产能力300万t/a。矿井开拓方式为立井多水平开发全井田, 采用走向长壁后退式、顶板全部垮落采煤法。矿井可采煤层共有3组4层, 即:丁5, 6煤层、戊9, 10煤层、己15煤层和己16, 17煤层。
2009年, 矿井绝对瓦斯涌出量89.17 m3/min, 相对瓦斯涌出量为17.18 m3/t。矿井瓦斯含量18～24 m3/t, 瓦斯压力1.5～2.6 MPa, 属严重煤与瓦斯突出矿井。3组煤层均具有煤尘爆炸危险性与自燃倾向性, 煤尘爆炸指数在25.28%～36.19%, 最短自然发火期58 d。矿井为二级热害矿井, 地温梯度3.5～4.9 ℃/hm, 局部有高温热水活动, 水温32～55 ℃。
1 矿井通风系统概况
矿井为中央并列与对角分区混合式通风系统, 主要通风机工作方式为抽出式, 共布置3个进风井筒 (副井、新副井, 主井辅助进风) ;4个回风井筒 (东风井、西一风井、西二风井、丁一风井) , 在册通风巷道15.6万m, 矿井总进风量22 213 m3/min。其中东风井服务于己一、己三及己三扩大3个采区, 安装1对k4-73-11No.32F离心式主要通风机, 实际工作风量5 358 m3/min, 工作负压3 350 Pa;西一风井服务戊二、己二2个采区, 安装1对k4-73-01No.32F离心式主要通风机, 实际工作风量5 512 m3/min, 工作负压3 230 Pa。西二风井服务戊四、己四2个采区, 安装1对GAF-26.6-15.8-1型轴流式主要通风机, 实际工作风量7 090 m3/min, 工作负压3 210 Pa。丁一风井服务丁一采区、戊一准备采区, 安装1对2k58-No.24型轴流式主要通风机, 主要通风机实际工作风量5 394 m3/min, 工作负压2 700 Pa。
2 通风系统存在问题
(1) 矿井为严重煤与瓦斯突出矿井, 但西二风井作为回风井兼行人、提升之用, 井筒敷设有入井高压电缆及提升动力和信号电缆, 属于重大隐患。
(2) 丁一采区按照低瓦斯采区设计, 轨道斜巷兼做回风巷, 均无专用回风系统, 不符合要求, 同时丁一风井要兼顾二水平戊一、己一2个开发采区用风, 风量紧张。
(3) 西二风井负责一水平己四、戊四采区和二水平戊二、己二采区的通风任务, 二水平开发急需提高风量, 但西二风井主要通风机能力经一次改造增容和多次角度调整后, 仍然不能满足风量要求。
(4) 由于风量紧张, 采掘面不能实现大风量配风, 瓦斯超限事故频繁, 造成矿井水平接替脱节。
(5) 矿井设计通风断面小, 巷道失修严重, 通风阻力大。
3 总体技术改造方案
由于矿井通风网络复杂, 又存在诸多重大隐患, 矿井供风量无法满足安全生产需要, 需要立即对矿井通风系统进行优化和技术改造, 以适应八矿长久发展和安全需求。设计总体技术改造方案如下:
(1) 对丁一采区主要通风机进行改造, 更换为能满足3个采区生产的主要通风机。
(2) 丁一采区实现回风专用。
(3) 新建北风井并安装满足安全生产需求的主要通风机, 服务己四、戊四生产采区和二水平己二、戊二开拓采区。
(4) 西二回风风井改造为进风井。
(5) 己三扩大采区由“二进一回”改为“三进一回”通风系统。
4 方案实施
4.1 丁一风井主要通风机选型
根据矿井的采掘接替情况, 丁一风井主要通风机担负的通风任务分3个时期:①2006—2007年, 需提供风量为5 500 m3/min;②2008—2012年, 需提供风量为9 000 m3/min;③2012—2015年, 需提供风量为11 000 m3/min。
因此, 丁一风井主要通风机工作风量应在5 500～11 000 m3/min。根据八矿一水平丁一采区的生产部署及二水平戊一采区、己一采区开发及生产工程安排, 通过对全矿井一、二水平通风网络解算和论证, 确定丁一风井主要通风机分2个阶段供风:第1个阶段 (2006—2009年) , 通风容易时期使用2×400 kW主要通风机;第2个阶段 (2009—2015年) , 通风困难时期使用2×710 kW主要通风机。
丁一风井各阶段风量和风压相差较大, 为了适应变化, 所选风机和电机均必须有较好的调节性能, 即除选用具有叶片可调的轴流风机外, 还必须改变风机的转速进行调节。否则, 风机投产运行后, 不仅经济效益不好, 而且可能出现不稳定运行。经过对通风系统现状及二水平预计通风状况进行多方案研究, 确定丁一风井主要通风机选用BDK-12-No36对旋式风机, 初期选用2×400 kW电机, 后期选用2×710 kW电机。该通风机直径大 (是国内同类产品中直径最大的) , 增风性能好, 能够满足后期风量增加的要求;风量可调性好, 便于调节;结构紧凑, 容易安装和维护。该通风机最大优点是效率高, 电机功率小。
4.2 北风井主要通风机选型
北风井主要通风机服务于一水平己戊四采区和二水平己戊二采区, 初期服务于一水平己戊四采区和二水平己戊二采区, 初期总计需风量为10 500 m3/min。后期服务于二水平丁戊己二采区总计需风量22 500 m3/min。根据需风量计算, 对矿井西翼进行了通风网络解算, 运用计算机模拟解算技术确定出北风井通风容易时期和通风困难时期的相关参数:通风容易时期风量164 m3/s, 风压2 800 Pa;通风困难时期风量310 m3/s, 风压3 650 Pa。
北风井主要通风机通风困难时期需风量大, 最大18 600 m3/min, 通风容易时期和困难时期需风量相差大, 但风压相差不大。要求通风机大风量, 高风压, 性能高。根据要求选用ANN3120-1600N型轴流式主要通风机, 配用2 240 kW的大功率电机。该通风机体积小, 性能高, 结构紧凑, 技术先进。直径只有3.12 m, 单排扇叶。该通风机最大的特点就是全部实现自动控制和自动保护、启动角度自动调整, 启动时角度为零度, 启动后逐步调整到规定角度, 克服了大功率电机启动电流大、启动困难的难题, 对电网影响小。正常运行时能够自动调整运行角度、闸板门、工况点。
4.3 采区通风系统改造
由于丁一采区没有专用回风巷, 设计从二水平戊一东大巷标高-693 m处开口, 施工1条丁一采区专用进风降阻巷, 设计巷道长度960 m, 通风断面15 m2, 主要为丁一采区的进风、运料和行人服务, 丁一轨道拆除所有电源和设备, 改造为专用回风巷, 采区形成“三进一回”的通风方式。
己三扩大采区通风路线长, 进风阻力大, 设计从己三轨道四片开口, 新施工1条己三扩大专用回风巷, 设计巷道长度1 150 m, 通风断面12 m2, 把原上部回风平巷改造为进风巷, 使采区形成“三进一回”的通风方式, 降低进风阻力。
北风井挂网运行后, 原来担负己四采区、戊四采区回风的西二风井停止主要通风机运转, 改造为进风井, 作为己四、戊四采区的主要进风通道。
5 通风系统改造效果
对采区多、战线长、通风系统复杂的矿井进行系统改造是一项艰巨工作, 技术方案必须考虑改造后的系统适用于矿井今后长远发展需求, 力争改造一次到位, 减少重复投入。平煤八矿通风系统改造后, 提高了矿井防灾、抗灾能力, 实现了安全生产。
讲稿矿井通风系统及通风设计 篇2
主要内容：
一、矿井通风系统——基本任务、类型及其适用条件、主要通风机的工作方式与安装地点、通风系统的选择；
二、采区通风——基本要求、采区进风上山与回风上山的选择、采煤工作面上行风与下行风、采煤工作面通风系统；
三、通风构筑物及漏风——通风构筑物、漏风及有效风量、减少漏风措施；
四、矿井通风设计——矿井通风设计的内容与要求、优选通风系统、矿井风量计算、阻力计算、通风设备选择
一、矿井通风系统
矿井通风系统是矿井通风方式、通风方法和通风网路的总称。
（一）矿井通风系统的基本任务
矿井通风系统的基本任务如下：
（1）供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要。
（2）冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产。
（3）调节井下气候，创造良好的工作环境。
（二）矿井通风系统的类型及其适用条件
按进、回风井在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。
1．中央式
进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式（中央分列式）（见图1）。
图1 2．对角式
（1）两翼对角式
进、回风分别位于井田的两翼。
进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式；如果只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。
（2）分区对角式
进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个不深的小回风井，无总回风巷。
两翼对角式与分区对角式通风系统如图2所示。
图2 3．区域式
在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风系统。
4．混合式
由上述诸种方式混合组成。例如，中央分列与两翼对角混合式，中央并列与两翼对角混合式等等。
（三）主要通风机的工作方式与安装地点
主要通风机的工作方式有三种，即抽出式、压入式和压抽混合式。1． 抽出式
如图3所示，主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。2．压入式
如图4所示，主要通风机安装在入风井口，在压入式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。
图3
图4
3．压抽混合式
如图5所示，在入风井口设一风机做压入式工作，回风井口设一风机做抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。
图5
（四）矿井通风系统的选择
根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全及兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。
中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点，因此矿井初期宜优先采用。
有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，应采用对角式通风或分区对角式通风。
当井田面积较大时，初期可采用中央式通风，逐步过渡为对角式或分区对角式。
矿井通风方法一般采用抽出式。当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。
二、采区通风系统
采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元, 包括采区进、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。
（一）采区通风系统的基本要求
（1）每一个采区都必须布置回风道，实行分区通风。
（2）采煤工作面和掘进工作面应采用独立的通风系统。有特殊困难必须串联通风时，应符合有关规定。（串联通风，必须在被串联工作面的风流中装设甲烷断电仪，且瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过0.5%,其他有害气体浓度都应符合《煤矿安全规程》的规定）
（3）煤层倾角大于12°的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准。（4）采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。
（二）采区进风上山与回风上山的选择
上（下）山至少要有两条；对生产能力大的采区可有三条或四条上山。1．轨道上山进风，运输机上山回风 2．运输机上山进风、轨道上山回风
比较：轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，输送机上山进风，运输过程中所释放的瓦斯可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件。
（三）采煤工作面上行风与下行风
上行风与下行风是相对于进风流方向与采煤工作面的关系而言的。如图6所示，当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称上行通风，否则称下行通风。
图6
优、缺点：
（1）下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。
（2）上行风比下行风工作面的气温要高。
（3）下行风比上行风所需要的机械风压要大。
（4）下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。
（四）采煤工作面通风系统
1．U形与Z形通风系统(见图7)
图7 2．Y形、W形及双Z形通风系统(见图8)
图8 3．H形通风系统(见图9)
图9
三、通风构筑物及漏风
矿井通风系统网路中适当位置安设的隔断、引导和控制风流的设施和装置，以保证风流按生产需要流动。这些设施和装置，统称为通风构筑物。
（一）通风构筑物
风构筑物分为两大类：一类是通过风流的通风构筑物，如主要通风机风硐、反风装置、风桥、导风板和调节风窗；另一类是隔断风流的通风构筑物，如井口密闭、挡风墙、风帘和风门等。
1． 风门
风门：在需要通过人员和车辆的巷道中设置的隔断风流的门
安设地点：在通风系统中既要断风流又要行人或通车的地方应设立风门。在行人 或通车不多的地方，可构筑普通风门；而在行人通车比较频繁的主要运输道上，则应构筑自动风门。风门表示方式、调节风门表示方法如图10所示。
图10
设置风门的要求：
（1）每组风门不少于两道，通车风门间距不小于一列车长度，行人风门间距不小于5 m。入排风巷道之间要需设风门处同时设反向风门，其数量不少于两道。
（2）风门能自动关闭，通车风门实现自动化，矿井总回风和采区回风系统的风门要装有闭锁装置，风门不能同时敞开（包括反风门）。
（3）门框要包边沿口，有垫衬，四周接触严密，门扇平整不漏风，门扇与门框不歪扭。门轴与门框要向关门方向倾斜80°至85°。
（4）风门墙垛要用不燃材料建筑，厚度不小于0.5 m，严密不漏风。墙垛周边要掏槽，见硬顶、硬帮与煤岩接实，墙垛平整，无裂缝、重缝和空缝。
（5）风门水沟要设反水池或挡风帘，通车风门要设底坎，电管路孔要堵严。风门前后各5 m内巷道支护良好，无杂物、积水和淤泥。2．风桥
设在进、回风交叉处而又使进、回风互不混合的设施称为风桥。
当通风系统中进风巷道与回风巷道需水平交叉时，为使进风与回风互相隔开，需要构筑风桥。风桥按其结构不同可分为以下三种：
（1）绕道式风桥：开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风少。（见图11）（2）混凝土风桥：结构紧凑，比较坚固。（见图12）
图11
图12
（3）铁筒风桥：可在次要风路中使用。3．密闭
密闭是隔断风流的构筑物，设置在需隔断风流、不需要通车行人的巷道中（见图13）。密闭的结构随服务年限的不同而分为两类：
（1）临时密闭，常用木板、木段等修筑，并用黄泥、石灰抹面。
（2）永久密闭，常用料石、砖、水泥等不燃性材料修筑。
图13 4．导风板
在矿井中应用以下几种导风板：
（1）引风导风板。（2）降阻导风板。（3）汇流导风板。
（二）漏风及有效风量 1．漏风及其危害
矿井有效风量：矿井中流至各用风地点，起到通风作用的风量总和。
漏风：未经用风地点而经过采空区、地表塌陷区、通风构筑物和煤柱裂隙等通道直接流（渗）入回风道或排出地表的风量。
漏风的危害：使工作面和用风地点的有效风量减少，气候和卫生条件恶化，增加无益的电能消耗，并可导致煤炭自燃等事故。减少漏风、提高有效风量是通风管理部门的基本任务。
2．漏风的分类及原因
（1）漏风的分类
矿井漏风按其地点可分为：
矿井外部漏风（或称井口漏风）：泛指地表附近如箕斗井井口、地面主通风机附近的井口、防爆盖、反风门、调节闸门等处的漏风。
矿井内部漏风（或称井下漏风）：指井下各种通风构筑物的漏风、采空区以及碎裂的煤柱的漏风。
（2）漏风的原因
当有漏风通路存在，并在其两端有压差时，就可产生漏风。漏风风流通过孔隙的流态，视孔隙情况和漏风大小而异。3．矿井漏风率及有效风量率
矿井有效风量：风流通过井下各工作地点实际风量总和。
矿井有效风量率：矿井有效风量与各台主要通风机风量总和之比。矿井有效风量率应不低于85%。
矿井外部漏风量：直接由主要通风机装置及其风井附近地表漏失的风量总和。（可用各台主要通风机风量的总和减去矿井总回或进风量）
矿井外部漏风率：矿井外部漏风量与各台主要通风机风量总和之比。矿井主要通风机装置外部漏风率无提升设备时不得超过5％，有提升设备时不得超过15％。
（三）减少漏风，提高有效风量
1．外部漏风
漏风风量与漏风通道两端的压差成正比，和漏风风阻的大小成反比。应增加地面主要通风机的风硐、反风道及附近的风门的气密性，以减少漏风。
2．内部漏风
（1）采用中央并列式通风系统时，进、回风井保持一定的距离，防止井筒漏风。（2）进、回风巷间的岩柱和煤柱要保持足够的尺寸，防止被压裂而漏风，进、回风巷间应尽量减少联络巷，必须设置两道以上的高质量的风门及两道反向风门。
（3）提高构筑物的质量，防止漏风，加强通风构筑物的严密性是防止矿井漏风的基本措施。
（4）采空区要注浆、洒浆、洒水等，可提高压实程度，减少漏风。（5）利用箕斗回风时，井底煤仓要有一定的煤量，防止漏风。（6）采空区和不用的风眼及时关闭。
四、矿井通风设计
（一）矿井通风设计的内容与要求
矿井通风设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进和经济合理的矿井通风系 统。矿井通风设计一般分为两个时期，即基建时期与生产时期，分别进行设计。
1． 矿井通风设计的内容（1）确定矿井通风系统。
（2）矿井风量计算和风量分配。（3）矿井通风阻力计算。（4）选择通风设备。（5）概算矿井通风费用。2．矿井通风设计的要求
（1）将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和良好的劳动条件；（2）通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力；（3）发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；
（4）有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施；（5）通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。
（二）优选矿井通风系统
1．矿井通风系统的要求
（1）每一矿井必须有完整的独立通风系统。
（2）进风井口按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方。
（3）箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风井，如果兼作回风井使用，必须采取措施，满足安全的要求。
（4）多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近。
（5）每一个生产水平和每一采区，必须布置回风巷，实行分区通风。
（6）井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中。
（6）井下充电室必须采用单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。
2．确定矿井通风系统
根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行的方案，通过优化或技术经济比较后确定矿井通风系统。
（三）矿井风量计算
1．矿井风量计算原则
矿井需风量，按下列要求分别计算，并必须采取其中最大值。
（1）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4 m3。（2）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。
2．矿井需风量的计算
（1）采煤工作面需风量的计算
按瓦斯涌出量计算、按工作面进风流温度计算、按使用炸药量计算、按工作人员数量计算按工作人员数量计算、按风速进行验算。
（2）掘进工作面需风量的计算 按瓦斯涌出量计算、按炸药量计算、按局部通风机吸风量计算、按工作人员数量计算、按风速进行验算。
（3）硐室需风量计算
机电硐室、爆破材料库、充电硐室。3．矿井总风量计算
矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和进行计算。
（四）矿井通风总阻力计算
1．矿井通风总阻力计算原则
（1）矿井通风设的总阻力，不应超过3 000 Pa。
（2）矿井井巷的局部阻力，新建矿井按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15%计算。
2．矿井通风总阻力计算
矿井通风总阻力：风流由进风井口起，到回风井口止，沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用hm表示。
对于矿井有两台或多台风主要通风机工作，矿井通风阻力按每台主要通风机所服务的系统分别计算。
在主要通风机的服务年限内，随着采煤工作面及采区接替的变化，通风系统的总阻力也将因之变化。当根据风量和巷道参数直接判定最大总阻力路线时，可按该路线的阻力计算矿井总阻力；当不能直接判定时，应选几条可能是最大的路线进行计算比较，然后定出该时期的矿井总阻力。
矿井通风系统总阻力最小时称通风容易时期。通风系统总阻力最大时亦称为通风困难时期。
对于通风困难和容易时期，要分别画出通风系统图。按照采掘工作面及硐室的需要分配风量，再由各段风路的阻力计算矿井总阻力。
计算方法：沿着风流总阻力最大路线，依次计算各段摩擦阻力hf，然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力hf1 和 hf2。
（五）矿井通风设备的选择
矿井通风设备是指主要通风机和电动机。
1．矿井通风设备的要求
(1)矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套备用。
(2)选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并且使通风设备长期高效率 运行。
（3）风机能力应留有一定的余量。
（4）进、出风井井口的高差在150 m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深 400 m以上时，宜计算矿井的自然风压。
2．主要通风机的选择
（1）计算通风机风量Qf。
（2）计算通风机风压。
（3）初选通风机。
（4）求通风机的实际工况点。
（5）确定通风的型号和转速。
（6）电动机选择
（六）概算矿井通风费用
吨煤通风成本是通风设计和管理的重要经济指标。
吨煤通风成本主要包括下列费用：
(1)电费（W1）。
（2）设备折旧费。
（3）材料消耗费用。
（4）通风工作人员工资费用。
（5）专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费折算至吨煤的费用。
矿井通风系统改造的四大问题及对策 篇3
福建省天湖山能源公司的前身是天湖山矿务局，地处闽南三角州，公司共辖四对生产矿井，最早的建于1956年，最迟的建于1995年。煤层赋存条件复杂，煤层产状极为不稳定，地质构造十分复杂。公司建矿四十多年来，最早的矿井进行了4次通风系统改造，最迟的矿井也进行了1次改造。改造的实践告诉人们，在煤矿生产建设中，虽然在矿井设计时已考虑了生产后期(即通风困难时期)的通风问题，但往往因设计时依据的地质资料与现场实际的出入、生产计划的变更，特别是周边小煤井的无序开采等诸多因素的干扰，使得预定的后期通风计划难以实施，于是许多矿井在生产后期便采取实施通风系统改造来解决。本文以天湖岩矿的通风系统改造为例，对其通风系统改造过程中的新思路，新做法以及出现的一些失误加以总结、分析，希望能为同行们提供一点参考。
2 问题与对策
2.1 问题之一：通风系统是否要进行改造，如何改造才能使有限资源达到优化配置。
2.1.1 天湖岩矿的生产状况
根据天湖岩矿最新的地质储量年报，目前尚有可采储量50万吨，矿井设计年生产能力为4万吨，因煤层较薄，原煤回采率为50%左右，矿井的服务年限还有6年。因该煤矿原煤回采难度大，成本一直居高不下，造成赢利困难。
显然，对这样的矿井，再花巨资进行通风系统改造从经济上和企业效益上是不合算的。但职工的再就业压力使决策层进退两难。
2.1.2 天湖岩矿的通风现状
(1) 通风系统方面：平洞上山转下山开采后，通风系统的回风道过长过多过杂，风门漏风量剧增(无效风量约占总进风量35%)。上部周边小煤的无序开采，使矿井总长约2km的回风巷遭受严重破坏，使得回风巷外部漏风率高达60%以上，且破坏仍在继续，维护相当困难，通风系统已基本处于瘫痪状态；
(2) 局部通风方面：由于地质构造复杂，煤层赋存极不稳定，长期以来基本上是属于边探、边掘、边采的情况，难以形成较为周全的通风布局，大多是利用现成的一些废巷与上下水平的采煤贯通点加以改造之后进行通风，造成进风、回风较为紊乱，下山水平进、回风压差不明显，风量少且不稳定，局部串联通风严重。
根据国家2001年煤矿安全生产专项整顿工作和福建省实施方案，特别是2001版《煤矿安全规程》明确规定，生产矿井必须具有较为完善的通风系统，否则必须关停整顿。不立即进行通风系统改造，这显然是属于关井对象。
2.1.3 解决办法
天湖山能源实业有限公司目前有矿井四对，高山地形。天湖岩矿处于最上部，主平峒标高+805水平，准备水平为+775水平，主平洞+825及以上水平仅剩几个回收煤柱的零星作业点。经过几十年的开采，公司其它矿井也都在往深部移，出现了各矿井在原划定的井田边界上的一些未采部分。公司领导十分重视，在煤炭资源逐渐枯竭的今天，加大了对该区段的探矿力度，随着地质资料的进一步明确，认定该区域有较高的开采价值，并从大局出发，打破原井田边界的块段划分法，并提出新建两个采区“新村一采区和含春二采区”由天湖岩矿与含春矿就近联合开采的构想，预计四年后可完成采区基建并投产，上部由天湖岩矿就近先下山开采，下部由含春矿以后就近上山开采，预计生产能力为6万吨，服务年限30年。由含春矿+565主平峒和+710辅助平峒进风，回风系统由上部天湖岩矿目前的下山通风系统+含春矿二采和新一采区回风平巷+825总回风平巷、+825～+875总回风上山、+875总回风巷+风硐、抽风机构成完善的通风系统的战略部署。
经全面的分析论证，一致认为这个方案可行，并于2001年决定立即进行通风系统改造，是时要求新系统既要考虑目前天湖岩矿的安全生产需要，也必须能满足下部两下新采区联合开采的需要。
2.1.4 分析
采取新建采区而不是新建矿井，并采取分水平由现成的矿井进行联合开采的办法，这是个创新性较强的思路，其优点有：
(1) 采取联合开采的形式，只是在已有的矿井内就近新建了两个采区而已，其规模比新建矿井要节省投资近三分之二。
(2) 扩大了天湖岩矿的生产能力、延长了矿井服务年限。
(3) 一并解决了天湖岩矿、含二、新一采区的通风安全难题，通风系统改造投资更趋于合理与优化。
2.2 问题之二：如何制定出所有可能的改造方案，并通过技术、安全、经济等方面的比较、筛选出最优方案。对于通风系统改造这是个理论与实践交替进行，反复验证的过程。
2.2.1 天湖岩矿通风系统改造扔复杂性
一是七十年代采用的是边建矿边采煤的模式，加上+825以上水平本矿的采空区，特别是小煤井的破坏十分严重，很难找到一条较为理想的总回风巷和地面回风井。
二是需风情况较为复杂，初期是天湖岩矿独立用风，需要的风量较小，中期是天湖岩矿与下部联合开采共同用风，需要的风量较大，后期是天湖岩矿停产，只有下部联合开采用风，其间风量差别较大。
2.2.2 对策
2.2.2.1收集尽可能多的与矿井通风安全相关的技术、管理(特别是“一通三防”)方面的资料。
2.2.2.2 收集矿井的各种自然条件资料作为参考(包括交通位置、地形地貌、地质构造、煤层赋存、井下温度、水文地质情况、气象等)。如天湖岩矿井田属地温正常区，从本矿历年开采情况表明，采掘工作面和机电洞室温度均低于规程规定，无热害危险；矿区内无大的地表水体，由于相对高差大，地表水、地下水排泄条件良好，因此本区无洪水危害。
2.2.2.3 详细了解矿井瓦斯、煤尘及煤的自燃情况：根据本矿进仍至本矿区三十多年的开采资料，没有发生过瓦斯突出、瓦斯爆炸事故及其它通风事故。煤尘亦无自燃发火和爆炸倾向，本矿历年来的井下气体检测数据表明，在矿井的各个用风点从未发生瓦斯浓度超限的现象。因此只要通风良好，瓦斯危害就不大。
2.2.2.4 搜集所有已掘巷道的开拓开采平图。因矿井开采时间较长，一些矿井往往为简化图纸，把一些已打上密闭或栅栏的旧巷从图纸上省去。因此，在制订方案时一定要在包括所有已开拓开采巷道的平面图上进行，本着经济合理地充分利用已有的井巷及设备，设计出安全可靠、先进合理、施工期短的最佳方案。
2.2.2.5 各矿井对周边小煤井均进行过普查，采用最新最全面的普查图纸作为制订方案的参考依据。原则是远离小煤作业区，回风系统尽量往深部移。
2.2.2.6 风井位置的交通情况，水文地质情况也不能忽视，这关系到几吨重风机的运输与安装问题和日后风机及装备的安全管理问题。
2.2.2.7 综合考虑上述因素，天湖岩矿初选改造方案五个，经实地考察之后，精选2个方案再加以全面比较。方案一：利用+834小煤废井筒作回风井；方案二：在+975标高处有一个原本矿临时出风井峒，利用其作为回风井。经过反复对两个方案的技术性、安全性、经济性和可行性进行比较，最后选定方案二，投资量预计为60万元左右。
2.2.2.8 方案最终的选定原则：一是必须对初步选定的方案进行实地勘察，确立可行性，并核定工程量；二是主导思想应把回风系统往矿井的深部移，往矿井的中央移，以确保回风巷尽可能少受小煤井的再次破坏。
2.3 问题之三：改造中一项较大的投资就是风机及其装置的选取与安装，是继续使用原有的旧风机还是另行购置先进的新风机，值得全面考虑。
2.3.1 风量需求。天湖岩矿最大用风量为8.15m3/s，新村一采区与含春二采区在通风容易时期实际需风量之和为25m3/s，在通风困难时期的实际需风量之和为28.75m3/s，因联合开采进行到困难时期时，天湖岩矿已结束生产即不再用风，所以总设计用风量应为33.15m3/s。
2.3.1.2 矿井负压计算。因天湖岩矿的总回风道计划与新设计的“含春二采区和新村一采区”联合开采时共用，本矿井的服务年限仅有8年，矿井通风处在与下部联合开采时的容易期内，采用增阴调节法对各用风点的回风道处对各用风点加以调节，使风量分配达理想的效果。根据下部联合开采的测算数据：矿井通风容易时期要求负压达627.30Pa，困难时期的负压880.15Pa，(此数据由福建煤炭设计院在《天湖山矿区新村与含春井田联合开采设计说明书》中提供，困难时期同)。
2.3.1.3 通风设备选型。根据上述计算的风量值和负压值，原风机4-72-11№16B虽仍能适用，但机械老化，耗电多，安全性差，搬迁等辅助费用高，所以考虑新置风机。通过对市场的了解、充分结合风机技术的进步，选用改进型BD-11型弯掠组合正交型隔爆对旋轴流式通风机，可较好地担负起该矿井下各个时期的安全通风。此风机一个最大的特点是采用两台相互独立，叶片角度相反，旋转方向相反的风扇对轴串接而成，高能高效。实践表明，在天湖岩矿开采期间，下部联合开采未与上部总回风贯通之前，通过对风机实际工况点的分析情况来看，采取只开其中独立的一节来通风应该是合理而可行的。
2.3.2 对策
天湖岩矿通风系统改造对风量、负压在前后期的需求情况：
2.3.2.1 依据《煤矿安全规程》要求进行矿井的需风量计算：天湖岩矿保持目前的生产规模，最大需风量为8.15m3/s。新村一采区与含春二采区的基建任务由下部水平的另一矿井含春矿实施。5年后的投产初期，新村一采区与含春二采区实际需风量之和为25m3/s，投产后期的实际需风量之和为28.75m3/s，因联合开采进行到投产后期时，原天湖岩矿将不再生产用风，所以总设计用风量最大为33.15m3/s。
2.3.2.2 矿井通风负压计算：原天湖岩矿满足通风的矿井负压为256.7Pa，其服务年限还有8年，通风处在与下部联合开采的容易期内。根据新村一采区与含春二采区的联合设计负压测算数据：矿井通风容易时期要求负压达627.30Pa，困难时期的负压为880.15Pa。由于天湖岩矿最长通风线路明显较下部两个采区要短的多，可采用增阻调节法，使风量分配达理想的效果。
2.3.2.3 主通风机的选用、试运转和评价情况
(1) 综上所述，天湖岩矿选用BD-Ⅱ-6-№13轴流式抽风机。该抽风机电机功率2×30kW，出厂性能特性为静压71Pa至880Pa，风量(28.75～36.75)m3/s，叶片安装角度可根据需要进行调节，选择最佳工况点，以最大限度地提高风机效益。
(2) 天湖岩矿主通风机在安装调试完毕后，在厂家的协同下共同对风机进行了试运转操作，第一次启动便成功，电流、电压、功率均正常，风量稳定。
(3) BD-Ⅱ-6-№13型风机在天湖岩矿运行半年时间的安全性评价
a.该风机运行半年时间未出现任何故障。
b.该风机采用电机与叶轮直联的形式，把电机裹在叶轮的芯部，结构紧凑，运转平稳，摒弃了一般轴流主通风机的长轴转动，可消除传动装置易于损坏变形的现象，使维护更方便。
c.选用隔爆型电动机，电机安装在风机风筒中的隔流腔仙，隔流腔具有一定的密封性能，保证电机与风机流道中含有瓦斯的气体相互隔绝，隔流腔中有偏管与大气相通，使新鲜空气不断进入，流过电机使电机散热后流出，并使腔内空气在风机运行时保持正压状态。
d.该机可以直接通过风机反转来实现反风，并且能满足反风要，不必另设反风道，可以减少外部漏风，有反风速度快的优点。
e.当空气流入第一级叶轮获得能量后并经第二级叶轮排出，第二级叶轮兼备着普通轴流风机中静叶的功能，在获得整直圆周方向速度分量的同进，增加气流的能量，从而达一到普通轴流式风机不能达到的高效率、高风压。
f.该风机的叶片采用的是弯掠组合正交在维扭曲技术，改善了风机风叶与气流的接触面，从而提高了性能参数(与其它类型风机比效率提高6%，噪音降低了11dB)。
g.两级风机既可联合也可独立运行，有较大的灵活性，从特性曲线上看与两台性能相同的鼓风机串联使用有点类似，但较好地提高了性能。
(4)BD-Ⅱ-6-№13型风在天湖岩矿运行半年来的经济性评价
a.主通风机的三分之二安装在风峒内，只有扩散塔在外面，通过电览，由两个轻巧的控制柜控制其运行，不需要专人值班。具体做法是通过电缆把控制柜移到150m外的压风机房。由压风机司机兼任抽风机司机，可省安期投资6万元和两个工人工资2.5万元/年。
b.两级风机分开独立运行，在通风初期，只要满足天湖岩矿的生产用风需要就可以，因此实际只要开启一级风机就够用了，一年可省电费：15.767万元。
c.风机可直接反风，不需要外设反风道，前期投资可节约3万元。
d.该风机一个最大的缺点是一旦电机烧坏，难以在短时间内换好，因此一定要做好备用的准备。
浅议矿井通风系统改造 篇4
矿井通风系统是矿井安全生产的重要保障, 井下工作人员需要源源不断的新鲜空气供应, 井下有毒气体也需通过通风系统流出。由于井下生产的工作面处在不断变化中, 整个通风系统都在随着工作面的移动而变更。采矿活动会对通风系统各个组成部分产生影响, 进而影响通风效率。为保证通风系统高效可靠, 对矿井通风系统予以全面优化就显得非常重要[1]。
1中国煤炭生产现状
中国2003年—2013年煤矿事故死亡人数及百万吨死亡率如图1所示。虽然从图1中不难看出中国煤矿死亡人数及百万吨死亡率在逐年递减, 但在中国每百万吨煤的人员死亡率仍是美国等发达国家的10倍以上。 而煤矿事故的发生不仅意味着重大经济损失, 还意味着家庭的支离破碎。矿井通风系统的作用是维持井下工作环境, 其通风效率受多种因素影响, 一旦通风不及时不仅可能造成井下有毒气体堆积, 增加瓦斯爆炸隐患, 还危害到了井下工作人员的身体健康, 因此有必要在井下工作面发生变动时对矿井通风系统进行及时优化, 确保井下通风系统高效可靠运行, 由此为井下工作人员提供良好工作环境, 也可将各种生产事故发生率降到最低。
2合理的矿井通风动力
通风系统的作用主要是向井下输送新鲜空气, 在为井下员工提供足够空气的同时降低井下毒气浓度, 从而保证安全生产。井下通风系统的动力是矿井通风机, 通风机工作情况将直接决定着井下安全生产, 因此必须通过各种措施来保证通风机械始终安全可靠运行, 从而为井下提供源源不断的新鲜空气。为确保通风机始终可靠运行, 首先应加强对于通风机的维护工作, 定期、频繁对通风机械进行维护, 巡查通风机的附属设施及其配套的“一通三防”设施, 并做好记录工作。一旦发现通风机械异常, 绝不带病工作, 立即停止通风机械, 将井下人员召回, 待通风机械运转正常后再重新开始生产, 宁可降低生产效率也不能拿井下工作人员的生命安全冒险[2]。
由于矿井工作面处在实时变动中, 因此有必要在工作面变动时对通风机风压和风量进行调整, 确保井下用风及生产安全, 只有这样才能保证系统稳定。调整时, 对轴流式通风机可通过调节主要通风机叶片安装角、风机转速来提高主要通风机风压。而离心式通风机可通过调节通风机转速、前导器角度或更换大功率电机来达到目的。
开采矿井时, 井下有毒气体溢出量是不一样的, 随着开采深度增加, 瓦斯涌出量也会逐渐变大, 矿井漏风量也会增加, 井下就需要更多的新鲜空气, 因此企业还需定期检查井下瓦斯溢出情况, 根据有毒气体溢出情况来调整矿井风机的风压和风量。对于多风机一定要均衡好每个风机所承担的风压, 不能出现几个风机抢风现象, 以免出现风机喘振, 损坏风机, 影响矿井通风。一般来说, 每个矿井都应有2台风机, 一台使用一台备用, 在检修或紧急情况下使用备用风机或2台风机一起使用, 以满足井下通风需求。
因为不同矿井的通风设计存在显著差异, 通风机及配套电机也就不尽相同, 需根据不同的通风设计来选择通风机及配套电机, 这样才不会增加额外电能消耗, 也不会出现电气线路超过负载的情况, 以便最大程度确保安全生产[3]。
3通风网络的优化及控制
矿井通风系统处在变化之中, 这是由井下开采深度及工作面的变化而决定的, 如何保证井下通风系统满足工作面变动的需要是当前应着重关注的问题。
3.1合理供风
通风系统是井下安全生产的重要保证, 因此整个通风系统在建设之初及后期变动中都应注意合理供风。相关工作人员应对通风系统有足够的了解, 对通风系统出现的各种状况都能及时作出反应, 迅速找到原因以消除异常状况, 这样才能始终保证矿井通风系统正常运转。
合理供风需相关工作人员的技术支持, 只有过硬的技术水平才能保证整个通风系统优化的合理性, 做到温度不超过、风速不超限, 从而最大程度保证井下正常生产。这就对相关工作人员的要求较高, 除了要有过硬的技术水平, 还需经常下到井下观察矿井通风系统实际运行情况, 保证矿井通风系统改造的科学性和有效性。
3.2精确设施位置 掌控设施质量
矿井通风系统处在变动之中, 因此才有优化的必要。而在优化过程中不可避免地会建立许多通风设施, 如风墙、调节风门、永久风门、风窗等。这些设施位置的确定对于整个矿井通风系统的稳定运行具有重要作用, 因此必须予以重视。例如:考虑到设施的建立对通风系统的影响, 如果一个车场的车皮通过频率较高, 在此建风门就不太合适, 否则车皮通过不仅影响通风同时也对通风设施造成破坏, 相对稳定性较差。
对于矿井通风系统而言, 各种设施的质量是重中之重。矿井通风系统中各种设施能否有效运行不仅事关煤矿企业的正常生产, 更关乎着井下工作人员的生命财产安全, 因此必须对设施质量进行严格掌控。所有井下使用的设施都应由相关厂家出具的出厂合格证明, 而生产厂家必须具有较好的资质, 在使用这些设施前事先检验其性能是否满足要求[4]。
3.3通风网络的优化
a) 对通风网络结构进行合理调整。井下工作面的变动会对通风网络结构造成一定影响, 为保证通风网络结构的合理性, 需科学调控阻力分配的风量与人为调节风量的比例;b) 井下巷道需封闭或贯通时, 提前对整个通风系统网络结构进行分析, 确认巷道的封闭或贯通是否对通风系统网络结构有所影响, 以便对可能发生的情况进行预先判别;c) 优化通风网络还应优化通风设计, 在设计巷道时应尽量采取安全、经济、合理的巷道断面, 这样可减少矿井通风阻力, 提高对井下风量的利用率, 让通风机充分发挥其作用。针对不同的井下开采情况还应对优化设计进行细微调整, 如对于长距离掘进的高瓦斯巷道, 应尽量采用每隔一段打一个联巷的方法, 由此使掘进巷道供风量增加, 同时后面的巷道还可进行全风压通风, 联巷对行人运料也很方便, 因此在井下现场施工中, 优化系统可为矿井通风安全提供便利。
4结语
中国经济的快速发展与源源不断的煤炭资源供应是分不开的, 虽然煤炭开采技术已达到了世界先进水平, 但每开采百万吨煤炭的死亡率却是欧美等发达国家的十余倍, 每次事故的发生都意味着重大的经济损失和人员伤亡, 因此, 要通过一切措施来降低安全事故发生的几率。矿井通风系统作为井下工作的生命线, 保障其正常运行事关重大, 这就要求在井下工作面发生变动时, 尽快对矿井通风系统进行改造, 实时保证通风量满足井下需求, 为煤矿企业的安全生产提供助力。
参考文献
[1]赵波, 杨胜强, 杜振宇, 等.基于均衡通风原理的矿井通风系统优化[J].煤炭科学技术, 2012 (10) :61-64.
[2]王海宁, 彭斌, 彭家兰, 等.基于三维仿真的矿井通风系统及其优化研究[J].中国安全科学学报, 2013 (9) :123-128.
[3]王海宁, 彭斌, 彭家兰, 等.大型复杂矿井通风系统的共性问题分析与优化实践[J].安全与环境学报, 2014 (3) :24-27.
矿井通风系统安全管理制度 篇5
1、矿井必须有完整的通风系统，改变全矿井、一翼或一个水平的通风系统时，通防部必须制定相应的通风安全技术措施，在矿总工程师审查批准，同时备案。否则，罚通防副总工程师、通防部长、通风队长各100元。
2、改变一个采区、工作面的通风系统时，通风队制定相应的通风安全技术措施，报矿总工程师批准。否则罚通风副总工程师、通防部长、通风队长各100元。
3、矿井通风系统必须安全、稳定、可靠；主要进回风巷之间的联络巷必须砌筑永久挡风墙,确需行人、通车的联络巷应设置永久风门。
4、在准备采区时必须在采区内构成通风系统后才能投入生产；采区的进回风巷必须贯穿整个采区，严禁将一条上（下）山风巷分为两段，一段为进风巷，一段为回风巷。否则，罚责任单位负责人1000元。并责令改正。
5、矿井必须实行分区通风，通风系统中不得有不符合《煤矿安全规程》规定的串联通风、扩散通风、采空区通风。否则，罚直接责任人200元。
6、井下机电硐室、水仓等必须采用独立通风。
7、严格按“以风定产”的原则组织生产。采掘工作面和硐室的供风量应符合作业规程的规定，改变采掘工作面的风量必须经过矿总工程师批准。否则，罚直接责任人500元。严禁无风作业或微风作业。否则，罚直接责任人1000元，按严重“三违”处理。
8、新采区、新采面的设计，必须设计通风设施位置、规格、并保证该位置处巷道条件满足通风设施构筑的规定及使用要求。设计巷道的净断面，必须按支护最大允许变形后的断面计算。否则，罚直接责任人200元。
9、矿井各类巷道的风速必须符合《煤矿安全规程》的规定，且其有效通风断面要保持满足通风需要。否则应制定计划采取调整风量或改变巷道断面等措施。否则，每发现1处不符合，罚通风队队长和技术员各200元。
10、加强通风设施管理和主要通风机装置管理，减少矿井漏风，保证矿井的有效风量率不低于85%。否则，罚通风队长和技术员各200元。
11、矿井必须装备两套同等能力的主要通风机，一台工作，一台备用，备用风机必须能在10min内开动。否则，罚责任人500元。
12、装有主要通风机的出风井口应安设防爆门，防爆门每6个月检查维修一次，并有记录可查。否则，对机电部长、机电队长分别罚款500元。新安装的主要通风机投入使用前，必须进行一次通风机性能测定和试运转工作，以后每5年至少进行一次性能测定。否则，罚通风副总和通防部长各500元。
13、加强主要通风机装置及反风设施的管理。主要通风机装置及反风设施的日常管理和月度、季度检查由机电部门负责，机电队每月至少检查一次主要通风机装置，发现问题向机电部长、机电副矿长和矿总工程师汇报并立即处理；机电部和机电队每季度应至少检查一次反风设施。每次检查都要有详细记录，包括各种设备设施的状态、检查人员、隐患问题处理情况等，并存档备查。每少检查检修一次或缺少检查记录，对机电部分管部长、机电队分管队长各罚款500元。主要通风机每月倒台不少于1次，否则对机电部长、机电队分管队长各罚款500元。
14、矿井主要通风机每个班次必须至少安排两名专职司机同时值班。值班司机必须经过岗位培训并考试合格，持证上岗；值班司机必须熟悉主要通风机的性能、控制系统和反风系统，并能熟练操作。
15、回风井的主备风机改变工况或者调换主要通风机时，必须报请机电矿长和总工程师批准。否则，对责任人罚款500元。特殊情况下需要立即改变的，必须在改变后及时向机电矿长和总工程师汇报。否则，对责任人罚款500元。
16、矿井主要通风机房内指示主要通风工作性能参数的各种仪器仪表、水柱计、电流表、电压表等必须齐全完好。主要通风机司机要经常检查风机的运行情况，每小时记录一次运行参数，发现异常，必须立即向矿调度室汇报。
17、矿井主要通风机装置外部漏风率每年至少要测定一次，否则对测风员罚款100元。外部漏风率不得超过5%。
18、矿井必须建立测风制度，至少10天进行一次全面测风。采掘工作面根据实际需要随时进行测风，每次测风结果都必须填写在测风地点的记录牌上，测风牌上应包括测风地点、测风时间、巷道断面、平均风速、风量、温度、瓦斯、二氧化碳及测风人等内容。
19、矿井主要进回风巷、采区进回风巷必须建立正规的测风站，采掘工作面及其它巷道的测风点建立临时的测风站，测风站必须挂测风牌。对正规测风站的断面每季度进行一次校正，对临时测风站的断面每月进行一次校正。测风时将巷道风量、风速、断面、温度、瓦斯和二氧化碳浓度、测定时间、测风工填写到测风牌和测风记录本上，数字齐全清楚。
20、加强回风巷道的维护，杜绝出现高阻力。回风巷道失修率不大于7%。严重失修率不大于３％，主要进回风巷的实际断面不得小于设计断面的2/3。生产技术部每月都要组织对全矿井通风巷道的失修情况进行调查。严重失修巷道及时安排整修，否则，罚生产技术部部长200元。
21、任何单位不得随意用物料堵塞通风巷道断面，对堵塞矿井主要通风巷道断面超过1/3者，按严重隐患考核。
矿井通风系统决策优化指标的选取 篇6
关键词：决策系统；优化指标；数学建模。
1 影响矿井通风系统优化决策的模式
而制约矿井通风系统优化决策的因素有很多，它涉及到自然、社会、经济、技术等多个复杂的相互联系但又彼此制约的因素或目标。它具有规模大、联合性和随机性的特点。因此，它是一个具有复杂性和不确定性的系统，属于多目标模糊优化决策问题。
1.1复杂性模式
复杂性模式主要指矿井通风中存在的优化问题的复杂性和在技术快速发展环境下模拟工具的复杂性。具体又可分为三个方面：问题复杂性、计算能力和优化技术。
1.2不确定性模式
不确定性模式是指与矿井通风系统优化相关的数据可利用性和变量随时间和空间的自然变化，具体有可分为三个方面不确定性、可利用数据和条件变化。
（1）不确定性。影响矿井通风系统的不确定性因素很多，且随着矿的不断开采，这些不确定性因素会越来越多。这些不确定因素可以划分为两类，由通风网络结构的变化引起的不确定性和由管理或社会环境引起的不确定性。而这两类不确定性都存在一定的模糊性。
（2）可利用数据。矿井通风系统是一个动态的生产系统，它随着时间和空间的变化，数据发生不断的变化，以前的一些数据的可利用性都会相应的下降。
（3）条件变化。随着气候条件的变化、人类的活动的影响及地质条件的变化，矿井通风系统也发生变化。
2 矿井通风系统决策优化指标的确定与分析
新矿井在通风系统设计或生产矿井在进行通风系统技术改造设计时，必须根据矿井的地质条件、矿井开拓和生产布局可拟定出很多可行的设计方案，并且各个方案各有优缺点。要从众多的方案中确定出最优的通风系统方案，必须首先确定矿井通风系统的评判指标。对于不同的矿井或通风系统，涉及因素又有不同，而要想将影响因素全部罗列出来，并确定出进行方案比较的评判指标是很困难的。因此，必须从解决矿井通风系统方案优选的观点出发，确定进行方案优选影响因素分析及建立评判指标体系，仅选择对方案选择影响较明显，或在不同方案之间进行比较中影响程度差别较大的因素。根据影响因素，建立指标体系，选择相同因子。
2.1 矿井通风系统评判因子的确定的原则
通过对影响矿井通风系统决策优化复杂性和不确定性模式的分析，由此归纳出矿井通风系统评判因子确定必须坚持的6项基本原则：
（1）评判因子的确定应该充分体现科学性、可比性、客观性、针对性、超前性和可操作性。
（2）评判因子的建立要坚持“系统性和完整性相结合”、“科学性与实用性相结合”、“特殊性与普遍相结合”、“定性与定量相结合”、“动静相结合”、“面面俱到”和“不可偏废”的原则。
（3）评判因子的建立要以“揭示问题、促进管理水平提高、促进科学技术进步、促进矿井安全程度提高”为目的。
（4）评判因子的建立要具有导向作用，即评判指标能指导今后工作和努力方向。
（5）评判因子的建立必须符合多数专家的意见，能够全面确切地反映出矿井通风系统的状况和技术质量特征，具有独立的物理意义。
2.2矿井通风系统决策优化评判因子的确定
安全性较好的矿井通风系统的标志是通风系统完整，主要通风机装置运行状况良好、与通风网络匹配，通风井巷联结形式合理，风质风量满足要求。通风系统的状况和质量是用一套定性和定量指标表示的。定性指标没有计量单位，离散性、确定性是矿井通风系统定性参数的特点，定量指标是从数量方面来说明矿井通风系统的，即它们的变化具有数量尺度。
根据评判指标确立的6项基本原则，并在大量调研、文献检索、统计、分析、经验总结和反复听取并征求各方面专家的意见的基础上，提出了影响矿井通风系统方案优选的主要因素指标集，共分3大类，11小项，其层次结构模型如图1所示。
图1 矿井通风系统优化的层次结构模型图
2.3矿井通风系统评判指标及其数学描述
矿井通风系统评判指标力求全面客观地评估矿井通风系统的可靠程度，其指标应能反映矿井通风系统的技术质量特征，从安全角度出发对矿井通风系统进行全面分析，并参考《生产矿井质量标准化标准》中有关规定和现场科技人员的经验，综合分析，按照主从相关、回归关系和方向性原则，确定的评价指标。
（1）表明技术先进的指标
①矿井风压。矿井风压是指1m/s的空气流过矿井通风网络时，所消耗的机械能量。矿井风压越高，通风管理难度就越大，一般认为矿井的风压不超过3000Pa，其计算公式为：
（1）
其中h为风压取整数，Pa，。多台主要通风机联合运转时，分别计算各台主要通风机所担负系统的风压，并取较小的值作f为的值。
②风量供需比。矿一井实际通过的风量Q与矿井所需风量Q0，的比值即是矿井风量供需比β。即β=Q/Q0。
一般认为矿井风量供需比值在[1, 1.2]之间较为合理，小于1时矿井风量不足，大于1.2时风量过剩，最大不超过1.5，由此得出该指标量化公式为：
（2）
③结构合理性。矿井或系统在自然分风时压力与按需分风时压力之比（合理性系数）K。一般认为值越大，说明调节量越小，网络结构较合理，反之亦然。单一风机工作的通风系统一般要求0.85 （3） 对于多风井系统，分别计算各系统的合理性系数值，并取最小的值作为f值。 （2）表明经济合理的指标 ①井巷工程费。主要是由井巷工程的直接定额费、辅助车间费及施工管理费组成。其计算公式为： ，元 （4） 式中: K j——掘进费用单价，元/m； L j——第j条井巷的长度，m； S j——第j条井巷的初选断面,m2。 ②设备购置费。主要是指购买主要通风机包括电机设备所消耗的费用。 ③巷道维护费。主要是指修复井巷所消耗的材料、工人工资以及其它费用的总费用，其计算公式为： ，元 （5） 式中W j——巷道的维护单价，元/m;； t j——第条井巷的维护年限，a 。 3 结论 本部分是通过对影响矿井通风系统优化决策的模式的研究分析，建立数学评判指标体系模型，并根据对方案优选影响因素的不同，从中选择对方案优选影响较明显，或在不同方案之间进行比较中影响程度差别较大的因素，作为最终的评判指标，然后根据确立的评判指标提出了基本单元系统因素权重的求解原理，并求解评判指标的权重。 参考文献: [1]刘剑，贾进章，于斌.通风网络含有单向回路时的通路算法. 辽宁工程技术大学学报,2003（6） [2]贾进章，刘剑，宋寿森. 通风系统稳定性数值分析. 矿业安全与环保, 2003（6） [3]刘新, 贾进章,刘剑. 广义角联结构研究. 辽宁工程技术大学学报, 2003(4) [4]戴国权.在复杂的矿井通风网络中确定角联分支中风流方向的方法.煤炭学报,1979(1) [5]赵以蕙等．复杂风网中不稳定风流的方向判别及其应用．煤炭学报,1984,(2) [6]N.SZLAZAK,LIU Jian. Numerical Determination of Diagonal Branches in Mining Ventilation Networks. Archives of Mining Sciences,1998(4) 第一作者简介：刘朋（1988.2~），男，中国地质大学（武汉）工程学院安全工程06级本科生 email:thankyou1988@hotmail.comTel:15972073191 随着矿井开拓延伸, 矿井通风系统会不断复杂化, 为保证安全生产和系统合理稳定, 优化和改造是必不可少的。 1 矿井概况 1.1 矿井简介 晓明矿为高瓦斯矿井, 为立井多水平阶段大巷 (石门) 开拓方式, 划分为两个开采水平, 现开采第一水平, 一水平标高-250m, 主采煤层4#、7#层煤;二水平标高-550m, 暂未进行下水平延伸。 煤层自然发火期3~6个月, 4-1煤层煤尘爆炸性指数为41.20%, 7煤层煤尘爆炸性指数为45.33%, 具爆炸危险性。 1.2 矿井通风系统 矿井通风方法为抽出式;通风方式为混合式通风, 一个入风井两个回风井。 矿井分为N2、N3、S3、N1、S4五个采区, 其中N1、S4采区由边界风井独立回风, N2、N3采区、S3采区为中央和边界两风井混合通风。 1.3 改造前N2、N3采区通风系统 N2采区、N3采区由N2轨道下山、N2皮带下山入风, N2乘人索道回风排放至中央风井、边界风井。 其中N2采区分为N2采区七层、四层通风系统, 由N2轨道下山、N2皮带下山入风, 风量流经至N2四层区域, N2七层区域, 最终通过N2乘人索道回风排放至中央风井、边界风井。 N2四层通风系统通过N2四层皮带中巷、N2四层专用回风道入风, N2四层轨道中巷回风, 通过N2四层轨道石门排入N2乘人索道, 形成两进一回式通风。 N2七层通风系统通过N2七层皮带中巷、N2七层轨道中巷入风, N2七层回风中巷回风, 通过N2四层轨道石门排入N2乘人索道, 形成两进一回式通风。见改造前的通风系统图以及简化的通风网络图。 (如图1、2) 2 通风系统存在的问题 2.1 矿井改造前, 通风方式为中央并列及中央边界混合式通风, 由于布局分布, 中央系统、边界系统未实现分区通风。 2.2 改造前, 矿井通风巷道较长, 通风阻力大, 最大通风流程达10527米, 边界负压为2499Pa, 中央负压2274Pa, 矿井总阻力2343Pa, 边界总排风量为2554m3/min, 中央总排风量为5822m3/min。通风系统复杂, 矿井通风阻力路线的用风段阻力所占百分比较大, 回风段的百米阻力值较大, 主要原因是用风段巷道线路较长, 回风段风量比较集中, 中央排、边界排巷道断面积均比较小, 存在多处局部通风阻力较大地点, 从而加大了两风井风机的负荷能力, 减弱了矿井的整体抗灾能力。 2.3 矿井通风网络复杂, 风量供需紧张, 通风系统不稳定, N2采区存在多处角联巷道、联络道。 首先, N2乘人索道与N2采区轨道下山、皮带下山, N2四层皮带道与N2四层轨道中巷和N2四层入风道之间, 沿途均设置多处联络道风门, 无效风量损失较多。 其次, 由于N2采区四层区域为两进一回, 专用回风道处于N2四层皮带道入风与N2四层入风道之间, 而N2四层区域绝大多数采空区密闭封闭处于N2四层皮带道和N2四层轨道中巷, 由于改造前N2410采空区入回风密闭、N2409入回风密闭处于正负压端, 时常会因气压和通风系统发生变化, 导致密闭正负压段压力随之变化, 给矿井的密闭管理带来了难度。 2.4 N2乘人索道兼做N2采区总回风, N2四层轨道中巷为回风巷兼做材料运输巷。 2.5 从职业健康的角度出发。 首先, 矿井未来主采区为N2、N3采区, N2乘人索道是井下作业人员主要升入井大巷。 其次, N2四层皮带道改造前为N2采区四层区域主要入风巷兼做皮带运输巷, 风量较大, 经常出现煤尘飞扬现象, 不利于井下作业人员的职业健康。 总之, 矿井随着开采水平延伸, 主采区也将以N2、N3采区为主, 通风网络逐渐增长, 即使不扩大生产规模, 通风系统也亟需改造, 延伸伴随的瓦斯涌出量增加和地温地热现象也将更加严重, 矿井现有的配风量将不能满足未来矿井安全生产的需要, 必须对其进行通风系统改造。 3 矿井通风系统实施方案 3.1 改造优化方案 鉴于上述晓明矿通风系统改造前存在的问题, 根据矿井的实际条件, 我们进行了详细的分析、论证, 采取了如下的解决方案进行矿井整体通风系统改造优化。 3.1.1 将N2专用回风道由原来的入风变回风。 3.1.2 N2四层轨道中巷、原N2四层回风石门、N2乘人索道由原来的回风巷变成入风道;N2七层回风中巷的风量通过N2七层改造回风以及N2四层专用回风道回风并联进入N2专用回风道, 所有N2采区的风量通过N2改道回风道进入中央风井排出。 3.1.3 S3采区通风系统的风量由S3排、S1排经N1调风道、N1排由边界风井排出, 最终形成中央通风系统、边界通风系统分区通风, N2、N3采区风量由中央系统回风, S3、S4、N1采区由边界系统回风 (如图3) 。 3.2 方案实施步骤 矿井通风系统调整是一个复杂、微观的调整过程, 与采空区瓦斯、自然发火、通风阻力、通风巷道等诸多因素息息相关, 必须采取谨慎、严密的实施方案和安全措施, 确保安全稳定的进行通风系统调整。 3.2.1 系统改造前设施的构筑 矿井在进行通风系统调整前做了大量的准备工作:分别施工了N2七层回风改造道、N2改造回风道、N2专用回风道 (如图所示位置) , 并对井下整个通风设施进行简化、维修以及喷浆处理, 新建风门18道, 挡风墙8道, 拆除风门26道, 拆除挡风墙1道, 并对N2四层皮带中巷、N2四层专用回风道巷道重新维修, 扩大巷道断面积, 降低通风阻力。 3.2.2 矿井通风系统调整过程 (1) 第一次矿井通风系统调整, 将N2专用回风道由原来的入风巷道调整为回风巷道。其中关闭风门2组4道 (N2708车场风门、N2403回风新建风门) ;敞开并拆除风门3组6道 (N2专用回风道上平盘处风门、N2708回联及N2四层专用回风道风门) 。 (2) 第二次矿井通风系统调整, 将N2四层轨道中巷、N2七层回风石门、N2乘人索道由原来的回风巷道调整为入风巷道;使N2采区、S3采区分别由中央风井和边界风井回风, 形成独立通风系统。其中关闭风门5组10道 (N2708回联风门、N2四层回联反向风门、N2418风机前、N2713回风上山上平、N2412回联) ;敞开并拆除风门10组20道 (N2七层专用回风道、N2候车上部、下部永久风门、N2四层轨道石门通皮带、N2四层轨道石门通轨道下山、N2四层轨道巷一小川、N2412运联、S1排、N2七层改造道、N2四层轨道与专用回风小川反向风门) 改造后的通风系统图以及简化的通风网络图 (如图3、图4) 。 4 效果检验 4.1 中央、边界系统形成独立通风系统, N2采区形成专用回风道, 矿井实现分区通风, 进一步保证了矿井通风系统合理、稳定, 提高了矿井整体抗灾能力。 4.2 N2采区风速超速地点相比通风系统调整前明显减少, 由原来的12处减少到现在的4处风速超限地点, 降低了矿井通风阻力。 4.3 此次调整, 新建风门18道, 挡风墙8道, 拆除风门26道, 拆除挡风墙1道, 风门漏风地点相对减少, 使N2采区风门漏风量相对减少399m3/min。 4.4 中央系统有效风量率相比提高5.49%, 从而有效解决了我矿N2采区风量不足问题, 优化了N2采区通风系统。 4.5 通风系统调整后, 原N2四层轨道由入风道调整为回风道, 促使N2410、N2409采空区入、回风密闭均处于入风侧, 有效的降低了矿井采空区密闭自然发火、瓦斯涌出的隐患, 提高了采空区密闭稳定性。 4.6 优化巷道布置, 将N2乘人索道由回风巷变为入风巷, 风量由3712m3/min降至1150m3/min, 风速由原来的6.31m/s降至1.95m/s;N2四层皮带道改造后风量由1599m3/min降至762m3/min, 断面积由原来的5.3m3扩大至9.5m3, 风速由原来的5.03m/s降至1.34m/s, 有效降低煤尘飞扬现象和通风阻力。 4.7 消除了N2四层轨道、N2乘人索道兼做回风道的通风机电运输隐患。 4.8 加大了通风设施的质量建设, 对新建设通风施均进行喷浆处理, 保证了通风设施的严密性, 从而也将对今后矿井的通风设施管理施工提供了可行有效的手段。 5 结束语 5.1 矿井通风系统优化改造, 是一个涉及井下各个系统的复杂的、微观的工程, 所以通风系统改造必须利用通风优化理论和科技对通风系统进行充分调查和分析, 提出可行方案进行论证, 从技术及管理、安全角度来选择最优方案。 5.2 矿井通风系统优化改造后, 确保了矿井通风系统稳定、安全可靠, 满足了矿井通风需求, 确保了采区接替, 取得了良好安全效果也可对其它类似矿井, 处理矿井采区多、老巷道多、通风系统复杂、通风设施多等问题, 提供了宝贵经验, 为矿井通风系统优化工作提供合理技术路线。 摘要：本文通过铁能公司晓明矿矿井通风系统优化改造的实例经验及不足进行浅析和总结, 以供参考和借鉴。 关键词：优化改造,浅析总结 参考文献 [1]陈开岩.矿井通风系统优化理论及应用, 中国矿业大学.2003. 矿井通风是煤矿安全生产的一个重要环节, 合理、稳定、可靠的矿井通风系统是保证矿井安全生产的基础, 随着矿井开采深度的增加、开采强度增大、综合机械化程度的提高, 瓦斯压力、瓦斯含量和瓦斯涌出量越来越大, 同时矿井通风线路长、通风阻力大、地温升高, 使得矿井需风量也大幅度增加, 为此要及时调整矿井通风系统, 对不能满足安全生产需要的矿井通风系统进行优化改造。 1 概况 跃进煤矿已有50 a的开采历史, 井田走向长3.8~6.8 km, 倾斜长2.0~3.9 km, 开采面积约22 km2, 开采深度达900余m。矿井开拓方式为斜井多水平分区式上下山开拓, 核定年生产能力为150万t, 截止2008年底, 全矿井可采储量为6 249万t, 矿井尚可服务40 a。 矿井通风方式为中央并列式, 通风方法为抽出式。进风井4个, 即主斜井、副斜井、立井及西风井, 其中立井及西风井为辅助进风井;回风井1个, 即东风井。东风井安装2台 (1台备用) BD-Ⅱ-8-№24轴流式通风机承担全矿井通风任务, 其电动机型号为YBF450M1-8, 转速742 r/min, 功率2×280 k W。运行工况为:排风量6 218 m3/min, 负压2 989 Pa, 风叶角度2.5°。矿井生产集中二水平23、25采区, 23采区采用上下山单翼开采, 25采区采用下山双翼开采。2个采区均布置三条下山 (两进一回) , 交替生产, 交替重叠生产时间三个月左右。其中23下山采区布置一个综放回采工作面, 25采区布置一个综采回采工作面;两个采区共布置4个开掘工作面。西翼22、24采区可采储量为2 504.2万t, 正在开拓准备。 矿井总进风量为5 899 m3/min, 总回风量为6 015 m3/min, 等积孔为2.18 m2, 最大通风流程11.8 km。经计算, 矿井西翼采区开采后, 需风量为328 m3/min。 2 通风系统改造的必要性 (1) 主通风机能力不足。随着矿井开采深度增加和-200 m水平西翼采区的准备, 地温有所升高, 通风线路增长, 通风阻力进一步加大, 西翼采区通风将更加困难。现有主要通风机BD-Ⅱ-8-№24不能满足矿井向深部延伸、西翼采区开拓供风的需要。 (2) 回风路线长。原回风巷道断面小, 扩修困难, 造成通风阻力大, 回风线路长达11 000 m, 增加风量, 通风阻力增加更大。目前, 主扇风叶角度已调至最大负荷值, 不能通过改变风叶角度增大供风量。 (3) 通风阻力大。矿井通风阻力达到2 989 Pa (大于规定要求) , 易造成自燃发火。 (4) 完善注浆系统需要。新回风立井附近有黄土资源, 可利用黄土注浆, 为注浆系统改造节省管路。 3 通风系统改造方案 3.1 设计方案及优缺点 根据井上下对照图及地面地形情况, 按照井筒设计尽量减少压煤、安全、经济的原则, 并考虑对现有生产接替的影响程度以及便于新采区开拓接替等因素, 本次对新风井设计提出2种改造方案。2种改造方案的对比如表1所示, 新风井改造方案示意图如图1所示。 3.2 新回风立井方案确定 通过上述方案比较, 为及早解决矿井风量不足、风阻大、东翼采区采掘工作面地温较高问题, 改善矿井工作环境, 确定方案Ⅱ为新风井施工方案。新回风立井位于井田深部中央, 2#暗副斜井井筒西侧, 距A钻孔约90 m, 落底于2-1煤顶板岩石中, 直接与二水平西翼总回风巷连通, 风井井筒净直径5 m, 净断面19.6 m2, 井深724.8 m。 3.3 主通风机设备选型 经计算矿井需风量为8 328 m3/min, 通风容易时期通风阻力为2 181.3 Pa, 等积孔3.54 m2;通风困难时期;通风阻力为2 450.3 Pa, 等积孔3.34 m2。 根据矿井通风容易、困难时期所需风量、总阻力、通风机附属装置的阻力、自然风压, 计算出矿井通风容易、困难时期所需风量、静压, 在通风机特性曲线上, 选择满足矿井通风需要的通风机, 从而确定通风机的工况点、型号、转速, 而后选择相配套的电动机。 确定选用FBDCZ (B) -10-№32、转速590 r/min型隔爆对旋轴流式主通风机2台, 1台工作, 1台备用。其工况点均处于高效区中, 风机效率达80%以上。每台风机选用高压防爆电机动机2台, 负荷系数为0.9。 4 效果分析 (1) 通风系统改造后, 矿井原回风井、总回风巷、回风井筒变为进风井巷, 在不增加原进风井风量的情况下, 由原回风井承担所增加风量, 解决了深井通风困难问题, 为矿井增加风量改变气候条件创造了条件。 (2) 新风井建成后, 担负全矿井生产通风任务, 主要通风机风量由目前的6 200 m3/min左右提高到9 600 m3/min左右, 矿井供风量增幅较大。 (3) 施工新风井后, 在不增加回风井的前提下, 实现了矿井通风系统改造, 便于管理。 (4) 矿井通风线路减少通风设施22组, 便于通风设施维修管理。 (5) 矿井进风量增加3 400 m3/min, 通风阻力减少800 Pa左右, 从而使通风网络中的通风阻力分配合理且与风量相匹配, 提高了矿井的抗灾、避灾能力。 1 工程概况 某煤矿井下有两个生产采区, 分别为一采区、二采区。共布置两个采煤工作面 (二采区5206综采工作面、一采区5103综采工作面) , 7个掘进工作面;独立通风的硐室有中央变电所、火药库、一采区变电所、二采变电所、消防库等。 2 通风系统改造前存在问题及优化设计 2.1 优化改造前矿井通风系统存在的问题 随着矿井产能提升, 矿井需要风量逐渐增加, 2010年前煤矿斜井使用的BDK (Ⅲ) -6-No18型主扇 (主扇额定风量1800~4080m3/min) 扇叶角度调节至最大 (风量3850m3/min) , 达到该风机的最大供风量, 矿井主扇已成为矿井生产力提升的瓶颈。通过通风阻力测定矿井存在以下问题: (1) 回风井筒局部通风阻力过大, 风量大而通风断面小 (断面6.8m2, 长度90m) 且有人车运行, 影响通风阻力; (2) 一、二采区回风巷断面过小, 矿井有效通风断面过小、风速过大、拐弯过急过多, 导致局部通风阻力非常大; (3) 外部漏风量大, 矿井的有效风量率低。 2.2 矿井通风系统优化设计改造方案 通过矿相关部门的多次讨论研究, 确定了煤矿的通风系统改造方案, 方案分为两个阶段: (1) 经过周密论证后, 更换矿井主要通风机; (2) 更换主扇后对风速超限巷道进行扩巷。 3 主扇选型改造及系统优化效果 3.1 主扇选型改造及通风困难时期验算 主扇选型改造:2011年计划原煤产量120万t, 根据生产接续安排和实际生产能力, 2011年在一、二采区布置2个综采工作面, 1个备用工作面, 5个综掘工作面和3个开拓工作面 (三、四采区) 即可满足产量和接续的要求, 届时所需风量经计算合计为6000m3/min。计算过程 (1) 采煤工作面。按瓦斯涌出量、工作面气候条件、工作面工作人数计算, 按风速进行验算, 综采工作面风量取480m3/min是合理的。所以, 2个综采工作面所需风量960m3/min。1个备用工作面240m3/min。采煤工作面所需总风量1200m3/min; (2) 掘进工作面。单个掘进工作面风量按瓦斯涌出量、局扇实际吸风量、工作面工作人数计算, 按风速进行验算, 单个掘进工作面风量取360m3/min在合理的范围内, 掘进工作面所需总风量2880m3/min; (3) 硐室。中央变电所120m3/min;二采区变电所90m3/min, 一采区变电所90m3/min, 火药库100m3/min;消防库60m3/min, 315移变60m3/min, 硐室合计需520m3/min; (4) 其它用风地点经计算需配风量400m3/min。以上用风地点合计需要风量为5000m3/min, 若配风比按1.2计算, 则矿井风量为6000m3/min。6000m3/min>3850m3/min。 从以上的计算可以看出, 矿井生产所需总风量为6000m3/min, 大于BDK (Ⅲ) -6-No18主扇的最大排风量3850m3/min, 原主扇已不能满足年120万t原煤产量的需要, 必须更换主扇;同时根据生产接续安排, 未来5~6年内, 采掘工作面主要集中在一、二采区。通风困难时期为:二采区布置一个综采工作面, 一个备用工作面, 一采区布置一个综采工作面, +403轨道巷掘至1600m处时, 二采区的5218工作面通风距离最长, 为通风阻力最大时, 因此矿井通风阻力以二采区5218工作面为通风最困难时期计算进行主扇选型 (按现井巷实际情况计算) , 阻力最大的风路为:副斜井→二采区轨道巷→5218进风巷→5218工作面→5218回风巷→二采区回风巷→辅助回风巷→回风斜井。应分别计算出各段井巷的通风阻力, 然后累加得出这个时期的井巷通风阻力, 经计算合计为2321Pa。 根据计算, 生产期间主扇工况点应按 (100、2600) 点选择, 主扇功率应>410k W。此时, 矿井等积孔2.33m2。按此参数, 考虑一定富余量, 选择FBCDZNo24/54型风机 (额定风量:4320~9600m3/min) 及YBFe450S-8配套电机 (2×250k W) 。 主扇选型后通风困难时期验算: (1) 开采三、四采区时采取两条大巷进风, 一条回风巷回风的通风方式 (不建回风立井) , 进风大巷净断面13.1m2, 回风巷净断面10.06m2, 回风斜井净断面扩至10.6m2。通风容易时期为两种情况:即三采区布置一个综采工作面, 一个备用工作面, 一采区布置一个综采工作面;三采区布置一个综采工作面, 一个备用工作面, 四采区布置一个综采工作面。以上两种布置方式, 通风距离相对较短, 为此时的通风容易时期; (2) 通风困难时期为, 三采区布置一个综采工作面, 一个备用工作面, 四采区布置一个综采工作面 (或一采区布置一个综采工作面) , 其中回采三采区最远的5318工作面 (暂定名) 时, 为通风阻力最大时, 因此矿井通风阻力以三采区5318工作面为此时的通风最困难时期;阻力最大的线路为副斜井→二采区轨道巷→+403大巷→三采区轨道巷→5318进风巷→5318工作面→5318回风巷→三采区回风巷→三、四采区回风巷→回风斜井。分别计算出各段井巷的通风阻力, 然后累加得出这个时期的井巷通风阻力为2319.08Pa, 小于2940Pa规定, 所以, 开采三、四采区时, 不建回风立井, 开采一、二采区时所选的主扇可以满足开采三、四采区的要求。 2010年风机更换完成后, 2010~2012年对主要回风巷道一采区回风巷 (250m) 、二采区回风巷 (150m) 回风井筒 (90m) 进行了扩巷。 3.2 系统优化改造后的通风效果 矿井更换主扇后扇叶角度:Ⅰ级49°Ⅱ级41°, 主扇排风量:4950m3/min (额定风量:4320~9600m3/min) , 电机运行频率:42Hz (额定频率50Hz) , 矿井负压:2.01k Pa, 可以满足年产120万t要求。主扇采用变频控制, 在使用中通过调节供电频率即可实现改变主扇风量的目的, 不再使用调节扇叶角度的方法, 节省了大量人力。主扇附带刹车功能, 在矿井需要反风时, 节约反风时间的同时保障了矿井安全。矿井一采区回风巷扩巷前断面7.4m2, 巷道风速5.2m/s, 扩巷后断面11.4m2, 风速3.3m/s, 在满足矿井需风量的基础上, 巷道风速下降1.7m/s;矿井二采区回风巷扩巷前断面6.4m2, 巷道风速5.7m/s, 扩巷后断面11.4m2, 风速3.2m/s, 在满足矿井需风量的基础上, 巷道风速下降1.4m/s;回风井筒扩巷前断面6.8m2, 巷道风速6.4m/s, 扩巷后断面11.4m2, 风速4.2m/s, 在满足矿井需风量的基础上, 巷道风速下降1.5m/s, 同时减小了矿井通风阻力, 提高了通风机工作效率。 4 结论 综上所述, 通风系统的运行质量对矿井的生产有着重要的影响。因此, 煤矿企业应重视通风系统的优化改造工作, 确保煤矿的生产效率。本工程通过矿井通风系统优化改造后, 减小了通风阻力, 提高了主扇的运行效率, 并且投运变频器后转速降低, 轴承的机械损耗少, 设备的维护工作量大大减少, 经济效益较为明显。 参考文献 [1]佘钰.矿井通风系统优化方案分析[J].科技与企业, 2012 (22) . 常村煤矿始建于1958年, 历经三次改、扩建, 矿井生产能力达到220万t/a。井田面积13.63 km2, 采用斜井多水平上下山盘区式开拓。现有+320 m和+110 m两个水平。+320 m水平已采毕, +110 m水平的21盘区及延深区现为矿井唯一的生产盘区, 剩余服务年限约8 a。-50 m水平的31区作为准备采区, 尚可服务30 a。 1 矿井通风系统概况 矿井通风方法为抽出式, 方式为两翼对角混合式。共有5个进风井, 分别为皮带主井、材料副井、罐车副井、排矸井和注浆井;2个回风井———后沟风井、东山风井。东山风井仅担负着一个机电硐室和一条独立通风巷道的通风任务。该风井共安装2台BDK40-6-NO15型对旋轴流式通风机, 电动机容量37×2 k W, 运行风量为616 m3/min, 运行负压294 Pa, 等积孔0.96 m2。后沟风井承担矿井生产采区的通风任务, 布置有2个综放工作面、4个掘进工作面、12个机电硐室和3条独立通风巷道。主、备通风机均为GAF系列轴流式通风机, 型号为GAF21.2-14-1, 额定压力3 430 Pa, 运行压力2 356 Pa, 额定风量6 000 m3/min, 运行风量5 456 m3/min;电机容量500 kW, 运行功率356.4 k W, 总进风量5 125 m3/min, 总回风量5 319 m3/min, 等积孔2.12 m2。 2 通风系统改造的必要性 2.1 东山风井改造原因 (1) 东山风机仅承担着一个机电硐室和一条独立通风巷道的通风任务, 它们均属于闲置状态, 每年所耗电费约12万元。 (2) 系统内无正规工作面可布置, 东320大巷及13轨道附近的地方小煤窑老空区较多, 其中的瓦斯、煤层自燃等灾害对该矿的安全生产构成较大的潜在威胁。 (3) 东320大巷东段巷道有3处失修严重, 通风断面不足1 m2, 修复困难, 严重影响着东山通风系统的安全稳定运行。并且, 每周必须安排专职人员对该系统的井下密闭、老巷进行安全巡查, 这对巡查人员的安全也构成一定的威胁。 2.2 后沟风井改造原因 (1) 作为承担矿井主要通风任务的后沟风井系统, 由于其位于井田边界, 进、回风线路并行长度超过7 800 m, 通风路线长、风阻大, 系统的抗灾能力较差, 随着矿井继续向21盘区的下部开采, 通风系统更趋复杂。 (2) 风量调节困难, 尤其是夏、秋季, 为降低井下作业场所环境温度, 需增大供风量, 但在用主通风机的供风能力已达到上限, 同时由于开采煤层自燃倾向性严重, 矿井通风压力不能超过2500Pa的限制, 造成矿井供风量难于调节, 对安全生产十分不利。 2.3 延深开拓的迫切性 (1) 21盘区及其延伸区作为矿井的主要生产盘区已开采10余年, 受断层的切割影响, 该区仅剩8个工作面, 按照矿井目前的生产能力, 可服务7.7～8.6 a, 开采布局出现困难。 (2) 矿井深部DF1断层以南区域即三水平, 新增储量约6 000万t。为保证矿井向深部延伸开采, 需对该区域进行开拓设计及通风系统优化。 3 通风系统改造方案优化分析 综合以上原因, 在充分考虑现生产盘区与接续盘区的关系及便于新采区开拓接替等因素, 提出3种矿井通风系统改造方案, 如表1所示。 4 矿井通风系统改造确定 通过方案技术经济比较:方案Ⅰ虽然井筒较浅, 初期投资少, 但压煤量较大, 对现有生产及接替影响较大;方案Ⅱ虽然井筒较深, 初期投资大, 但压煤量少, 总工程量少, 对现有生产接替影响小;方案Ⅲ虽可行, 但不能从根本上解决问题, 且扩修巷道对生产影响较大, 年维护费用高, 系统抗灾能力差。因此决定采用方案Ⅱ。 在井田深部边界处新建一座回风立井, 落底于2-3煤顶板岩石中, 直接与延伸区专用回风下山连通。此新风井一方面服务于21盘区及其延伸区后期生产回风之用, 另一方面服务三水平采区回风, 主要解决矿井深部开采通风困难问题。 封闭东山风井, 后沟风井作为矿井辅助通风系统, 仅承担+110 m水平以上各机电硐室及相关巷道的通风任务。 5 矿井需风量计算 按照《煤矿安全规程》规定, 矿井总需风量应按“同时工作最多人数和采掘工作面、机电硐室及其它独立供风巷道实际需风量”分别计算后, 选择其中的最大值。经计算, 确定矿井总风量为112m3/s。 南风井系统布置2个综放工作面———21102和21132, 4个掘进工作面——2303和2120上、下巷, 10个机电硐室和8条独立供风巷道。经计算, 新风井需风量为92 m3/s。 后沟风井系统布置有7个机电硐室和3条独立供风巷道。经计算, 后沟风井需风量为22 m3/s。 6 通风阻力计算 南风井系统:通风容易时期, 通风线路最短8 248 m, 阻力最小1 851 Pa, 等积孔2.64 m2;通风困难时期, 通风线路最长8839m, 阻力最大2101Pa, 等积孔2.16 m2。 后沟风井系统:通风容易时期, 通风线路最短2 514 m, 阻力最小865 Pa, 等积孔1.31 m2;通风困难时期, 通风线路最长2 683 m, 阻力最大1 140 Pa, 等积孔1.08 m2。 根据上述计算, 矿井通风系统改造后, 矿井通风系统通风难易程度为中等～容易。 7 通风设备选择 南风井负担风量92 m3/s, 通风容易时期负压1 851 Pa, 通风困难时期负压2 101 Pa; 后沟风井负担风量20 m3/s, 通风容易时期负压865 Pa, 通风困难时期负压1 140 Pa; 根据风机风量和静压, 南风井选择FBCDZ-8-NO.24型隔爆对旋轴流式主通风机2台, 1台工作, 1台备用。每台风机选用YB型低压防爆电机动机2台, 200 k W×2, 风量60～145 m3/s, 压力450～2 850 Pa。 后沟风井更换成型号为FBCDZ-6-NO.15隔爆对旋轴流式主通风机2台, 1台工作, 1台备用, 电动机容量为37×2 kW, 风量13～35 m3/s, 压力600～2 300 Pa。 8 改造后矿井通风效果 通风方式为混合式通风, 通风方法为抽出式。主要进风井有4条, 分别为主皮带斜井、罐车斜井、材料斜井、排矸斜井;主要回风井有2条, 分别为南风井和后沟风井。 南风井系统总回风量6 034 m3/min, 运行负压2 050 Pa;需风量4 772 m3/min, 进风6 172 m3/min, 供需比1.29∶1。 后沟风井系统总回风量1 307 m3/min, 运行负压970 Pa;需风量960 m3/min, 进风1 203 m3/min, 供需比1.25∶1。 改造前矿井总供风量为5 741 m3/min, 供需比仅为1.01∶1;改造后总进风量为7 375 m3/min, 供风量增加1 634 m3/min, 矿井供需比为1.28∶1。不仅满足矿井通风需求, 也改善采掘工作面的作业环境, 同时提高了矿井防抗灾能力。 9 结论 封闭东山风井, 简化了矿井通风系统, 节约了不必要的通风电耗。南风井作为矿井主通风系统, 后沟风井作为辅助通风系统, 便于矿井通风系统调整及管理。缩短回风线路1 000余m, 降低了通风阻力, 增大了矿井供风量, 有效解决了深部开采通风能力不足、瓦斯涌出增大、矿井地温升高等诸多问题。通风系统改造后, 通风方式更为合理, 运行经济且安全性较好, 矿井的防、抗灾能力显著提高, 保障了矿井深部开采的安全高效性。 摘要：通过对矿井原通风系统分析, 结合矿井实际巷道布置状况及未来生产接替计划, 确定了在井田深部边界处施工一回风立井方案, 优化了矿井通风系统, 有效解决通风线路长、通风阻力大、通风能力不足、地温高等诸多问题, 提高矿井防抗灾能力。实例浅析矿井通风系统优化改造 篇7
矿井通风系统优化改造与技术分析 篇8
煤矿矿井通风系统优化改造方案探讨 篇9
矿井延深开采通风系统改造优化 篇10
