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通风系统优化

平禹煤电有限责任公司一矿

通风系统优化分析报告

河南理工大学

平禹煤电有限责任公司一矿

二O一O年五月

平禹煤电有限责任公司一矿

通风系统优化分析报告

课题组主要成员名单：

河南理工大学：

平禹煤电有限责任公司一矿：

1矿井概况

平禹煤电有限责任公司一矿（原新峰矿务局一矿，以下简称平禹一矿），1969年9月开始建井，1976年10月正式投产，建有一对竖井和一对斜井。

设计生产能力60万吨/年，1991年生产能力为20～30万吨/年；至2005年9月，实际生产能力达100万吨/年；2005年10月19日，位于东大巷扩砌处，底板突水最大涌水量达38056m3/h，造成本矿淹井。

经数月注浆堵水及排放工作，与2006年6月恢复生产。

采掘范围内，二1煤层厚度大部比较稳定，一般厚5～8m，最大厚度达14m，结构简单，偶含一薄层泥岩夹矸，顶板大部为泥岩、砂质泥岩，局部直接顶为砂岩，底板为砂质泥岩或细粒砂岩。

二3煤层大部厚2.0m。

1981年3月上旬，二采区轨道上山二1煤层曾发生自燃，1982年该处冒顶后再次发生自燃，1985年7月7日，+30m总回风巷掌子面突水，最大流量2375m3/h；矿井历年瓦斯相对涌出量1.33～14.23/t.d,绝对瓦斯涌出量0.30～11.19m3/min,属低瓦斯矿井。

矿区内含煤地层为石灰系上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组，含煤地层总厚705m，太原组为一煤组，山西组为二煤组，下石盒子为三、四、五、六煤组，上石盒子组分七、八、九煤组。

含煤总厚39.72m，含煤系数为5.63%。

其中山西组下部的二1煤层全区可采，二3煤层为大部可采，下石盒子组的四6煤层为局部可采，上石盒子组的七4煤层为大部可采煤层，其他煤层不可采或偶尔可采。

可采煤层总厚9.0m，可采含煤系数1.28%。

二1煤层位于山西组下部，下距太原组顶部硅质泥岩或菱铁质泥岩4.50m左右，距太原组下部L4石灰岩55.50m，距本溪组铝土质泥岩68.50m左右；上距香炭砂岩23.00m左右，距砂锅窑砂岩64.00m左右。

煤层埋深140.00m～1090.00m，煤层底板标高为+25m～-950m。

二1煤层直接顶板岩性多为泥岩、砂质泥岩，其次为细～中粒砂岩。

老顶大多为灰白色、浅灰色厚层状中～细粒石英长石砂岩（大占砂岩）；泥岩或砂质泥岩多为深灰～灰色，水平层理，富含植物叶化石，较松软，与二1煤层为明显接触，局部为炭质泥岩伪顶，呈过度接触。

二1煤层底板为黑色泥岩或粉砂岩，含植物根化石和黄铁矿结核，具透镜状层理、波状层理和水纹层理，遇水易膨胀，受击打呈楔形碎裂。

据矿井资料，二1煤层和二3煤层开采过程中均未发生过煤尘爆炸事故。

根据以往勘探资料和矿井采样化验测试资料，二1煤层火焰长度50mm，二3煤层火焰长度40mm，岩粉加入量分别为25～60%、55%，均具煤尘爆炸危险性。

以往勘探中二1、二3煤层均做了煤层着火点试验，由试验成果可知统一煤层的还原样与氧化样着火点之差（△T0）均小于25℃，二1、二3煤层均属不易自燃煤层。

矿井生产中，自1976年投产以来，仅于1980年在二采区轨道上山发生冒顶，1981年3月上旬二1煤层发生自燃及1982年该处再次发生冒顶，并再次发生自燃，看见煤发红，有些地方有火焰，自燃范围：

走向长约10m，倾斜宽约30m，经直接喷水和灌浆后灭火。

从上述矿井煤层着火与未着火资料看，该区二1、二3煤层应以不易自燃为主，局部有自燃存在。

为防止煤层发生自燃，矿井在生产中应防止煤体温度过高而发生自燃。

矿井通风系统为中央边界抽出式，主要通风机为FBCDZ（B）-№26型轴流式通风机，一台使用，一台备用，转速740r/min，参照样本曲线风机叶片安装角度应为52/44°，配用电机功率为2×355KW。

新鲜风流由副井（主井）进入主石门、东西大巷，经采区运输上山供给各采面、掘进工作面，乏风流经采区轨道上山进入采区回风巷，经风井由主要通风机抽出地面。

掘进工作面采用局部通风机压入式通风。

2通风系统优化分析

2.1矿井通风系统分析概述

矿井通风系统分析是在充分掌握现场实际情况的基础上进行的，分析的对象是实测、计算的数据，通过对数据的统计找出通风系统存在的问题，为通风系统的（优化）改造提供依据。

在矿井通风系统设计时，因所有的用风地点要供应大小不同的风量，而各分支的风阻又大小各异，这就必然导致通风系统中各条通路上的通风阻力不等，但其中必有一条通路的通风总阻力最大，此条路线即是通风系统分析中的最大总阻力路线，其总阻力是通风设计时选择主要通风机的一个重要技术参数。

满足通风设计要求的风量的必要条件是，所选用的主要通风机的风压必需保证克服矿井通风系统的最大总阻力，并供应矿井所需的总风量。

对于生产矿井的通风网络，每个主要通风机服务的系统中都有一条关键路线（原通风设计中的最大阻力路线），其阻力分布即反映了通风系统阻力的分布。

了解矿井通风系统关键路线的位置及其阻力分布，不仅对合理使用主要通风机，而且对优化风量调节、指导合理安排采掘工作面及其配风、降低矿井通风系统阻力以及改善通风状况都具有重要意义。

通风网络的阻力分析，是通过统计各风路的风阻、阻力、功耗分布状况，找出高风阻、高阻力、高功耗的区域和井巷。

关键路线在矿井中的位置并不是一成不变的，它随着生产布局变化、需风量的变化和网络结构及其某些分支的通风参数变化而变动。

井巷通风总阻力是选择矿井主要通风机的参数之一，为了经济合理、不致因主要通风机的风压过大造成瓦斯和自然发火难以管理，以及避免主要通风机选型太大使购置、运输、安装、维修等费用加大，须控制总阻力不能太大（一般不超过3000Pa，特大井型例外），必要时应采取降阻措施。

对平禹煤电有限责任公司一矿的通风系统最大阻力路线上巷道的阻力、风量、风阻分布情况进行分析，为整个通风系统的分析与优化改造提供依据。

2.2矿井通风系统优化设计的原则和指导思想

通风系统方案设计总的原则是要保证所提方案安全可靠、技术可行，同时兼顾经济合理。

设计时主要的因素较多，但要抓住起主要作用的因素来进行综合分析，这样才有可能拟定出比较合理的若干方案，从而运用有关理论、方法进行优化选择。

在进行通风系统方案设计时主要遵循的原则有以下几个方面：

（1）提高通风系统的稳定性，使得用风地点风量满足要求和风流方向保持不变。

（2）充分利用现有的井巷和通风设备，极大地发挥其潜力并进行调整。

（3）尽量减少开拓工程和基本建设项目。

（4）根据生产实际，合理安排采掘部署，均衡生产，充分发挥各个系统的通风能力。

（5）尽量减少外部漏风和内部漏风，以提高有效风量率。

（6）改善矿井通风状况、创造良好的劳动卫生条件，为安全生产、不断改善和创造安全舒适的劳动环境、保护劳动者的身体健康提供保障。

（7）在改善矿井通风效果的基础上，尽可能节约能耗，以提高本矿经济效益。

（8）在阻力较大地点，应设法采取降阻措施，以减少通风阻力，使通风系统合理化。

矿井通风系统优化改造和设计是一项复杂的技术工作，他不仅要考虑当前矿井的生产情况、通风网络情况、通风设施情况，还要考虑到规划期间，甚至是更长远时期矿井的各种情况及其变化。

因此，通风系统优化方案拟定的指导思想是：

针对现实，着眼长远，以增强矿井的抗灾能力，确保安全生产，并能收到长远的经济效益。

2.3通风系统优化技术路线

矿井通风系统的优化是通风方式、通风方法、通风网络和调节方法所涉及的各种参数的合理组合。

结合平禹煤电有限责任公司一矿的实际生产部署情况，确定本次通风系统优化设计的技术路线为：

测定矿井通风系统阻力；确定矿井通风网络分支风阻，编制矿井通风网络图，利用通风网络解算软件对通风网路进行模拟解算，对东翼进行风机选型，提出技改采区与生产采区之间不同通风方案，对各种方案进行解算并预测分析各方案的矿井通风状态，确定通风系统优化方案。

2.4对通风网路分支风量及风阻值测算结果的评价

为了解矿井通风系统的现状，全面掌握矿井通风阻力分布情况，以便进行通风系统调整、改善矿井通风条件、提高通风质量，保证矿井安全生产。

根据矿井通风阻力测定的基本参数，对通风系统现状进行计算机模拟，检验通风阻力测定结果的可靠性。

现状模拟的参数误差主要通过以下方法进行控制：

1）以最大阻力路线上的工作面风量为约束条件，其相对误差控制在5%以下。

2）主要通风机的运行工况点的相对误差控制在5%以下。

3）主要井巷的风量相对误差一般控制在5%以下。

根据平禹一矿当前通风系统图、网络图（见附图1、2）和通风阻力测定风阻值、目前运行风机的特性曲线，对当前通风网路进行计算机解算。

西风井主要通风机型号为FBCDZ（B）-№26型风机。

自然风压为244Pa，外部漏风率为4.79%。

掘进工作面、硐室按需风量固定，进行挂网解算。

详细结果见附表解网数据文件pyyk1。

平禹一矿主要通风机工况对照表见表2-1平禹一矿主要巷道风量对照表见表4-2。

表2-1平禹一矿主要通风机运行工况表

风机地点

工况参数

实测值

网络解算结果

备注

风井

风压（Pa）

3377.8

3312.8

风量（m3/s）

84.22

84.87

表2-2平禹一矿主要地点通过风量对照表

主要地点

所在分支

实测风量（m3/s）

解算风量（m3/s）

备注

副井

e1

42.19

43.56

主井

e21

15.36

14.91

明斜井

e45

17.18

16.0

总回风巷

e59、e60

80.19

80.79

东大巷

e19

5.93

7.41

西大巷

e27

19.44

21.02

12093工作面

e18

9.46

10.05

14020备采面

e37

7.79

8.12

由表4-1和表4-2及附表解网数据文件pyyk1可以看出，主要通风机工况和各分支实测风量值、实测阻力值与网络解算数据结果基本一致，满足误差控制范围，这说明通风阻力测定结果可靠，满足网络分析的要求，可以作为矿井通风系统优化、改造和管理的依据。

2.5平禹一矿新风井风机选型

根据生产部署，平禹一矿五采区新开一进风井和回风井，通过对五采区通风容易时期和通风困难时期工况点进行通风网络解算，选择FBCDZ（B）-№28轴流对旋式风机，该风机具有-6°、-3°、0°、3°、6°六组安装角，在矿井不同通风时期，可根据矿井需风要求，调整叶片安装角度,完全能够满足矿井的通风需要。

2.6平禹一矿通风系统优化分析

根据生产部署，新建风井投入使用后，将形成四进两回的格局，五采区和二、三、四采区相互作用。

对于这个时期的通风，矿方设计三种通风方案：

1）在东翼输送机大巷上安设风门，保证最小风速，使五采区和二、三、四采区相对独立通风；

2）二、三、四、五采区联合通风；

3）从三采区回风巷新掘一条回风巷和五采区回风巷连接，使二、四采区和三采区相对独立通风。

以上三种方案孰优孰劣，是否可以满足通风需要，东大巷和东翼胶带输送机大巷处于角联分支上，具体风流方向、风量大小如何，均需挂网解算。

2.6.1在东翼输送机大巷上安设风门，保证最小风速，使五采区和二、三、四采区相对独立通风

⑴解网条件

在pyyk1的各项数据下，新开的各巷道风阻值由已知同类巷道的摩擦阻力系数或百米风阻推算出，在东翼输送机大巷上安设风门。

新风井主要通风机型号为FBCDZ（B）-№28型对旋轴流式通风机，叶片安装角度为-6°，自然风压取244Pa，外部漏风率根据《规程规定》取5%。

西风井主要通风机型号为FBCDZ（B）-№26型风机。

自然风压为244Pa，外部漏风率为4.79%。

掘进工作面、硐室按需风量固定，进行挂网解算。

矿井生产工作面、掘进工作面、及硐室具体部署详见附图3平禹煤电有限责任公司一矿通风系统图和附图4平禹煤电有限责任公司一矿通风网络图所示。

⑵解算结果

在满足掘进用风的条件下，风机工况、矿井主要地点的风量见表2-3平禹一矿主要通风机运行工况表和表2-4平禹一矿主要地点通过风量表。

详细结果参见数据文件pyyk2。

表2-3平禹一矿主要通风机运行工况表

风机名称

叶片安装角（转速）

风压（Pa）

风量（m3/s）

功率（kw）

备注

西风井风机

740r/min

3077.06

87.73

269.96

新风井风机

-6°（740r/min）

1618.24

108.31

175.27

表2-4平禹一矿主要地点通过风量表

主要地点

所在分支

解算风量（m3/s）

备注

副井

e1

39.48

主井

e21

12.52

明斜井

e45

22.11

新副井

e76

107.40

总回风巷

e59、e60

85.38

新风井

e117

102.90

东大巷

e42

1.47

不满足最小风速要求

东翼胶带输送机大巷

e75

4.5

满足最小风速要求

13091综采工作面

e63

6.08

不满足

51011综采工作面

e103

27.42

满足

51015高档普采工作面

e89

23.47

满足

⑶结果分析与结论

在东翼输送机大巷上安设风门，保证最小风速的情况下，西风井风压为3077.06Pa，风量为87.73m3/s，新风井风压为1618.24Pa，风量为108.31m3/s，51011综采工作面通过风量为27.42m3/s，满足需求；51015高档普采工作面通过风量为23.47m3/s，满足需求。

13091综采工作面通过风量为6.08m3/s，风量不满足需求，其主要原因是三采区回风巷、一轨道上山等巷道，断面较小，拐弯较多，局部阻力增大，因此，通过13091综采工作面风量不足。

东大巷风流方向从西至东（101流向102），风量为1.47m3/s，风量达不到最低风速要求。

东翼胶带输送机大巷风流方向从西至东（228流向227），风量为4.5m3/s。

2.6.2二、三、四、五采区联合通风

⑴解网条件

在pyyk1的各项数据下，新开的各巷道风阻值由已知同类巷道的摩擦阻力系数或百米风阻推算出，东翼输送机大巷上不安设风门，任其自然分风。

新风井主要通风机型号为FBCDZ（B）-№28型对旋轴流式通风机，叶片安装角度为-6°，自然风压取244Pa，外部漏风率根据《规程规定》取5%。

西风井主要通风机型号为FBCDZ（B）№26型风机。

自然风压为244Pa，外部漏风率为4.79%。

掘进工作面、硐室按需风量固定，进行挂网解算。

矿井生产工作面、掘进工作面、及硐室具体部署详见附图3平禹煤电有限责任公司一矿通风系统图和附图4平禹煤电有限责任公司一矿通风网络图所示。

⑵解算结果

在满足掘进用风的条件下，风机工况、矿井主要地点的风量见表2-5平禹一矿主要通风机运行工况表和表2-6平禹一矿主要地点通过风量表。

详细结果参见数据文件pyyk3。

表2-5平禹一矿主要通风机运行工况表

风机名称

叶片安装角（转速）

风压（Pa）

风量（m3/s）

功率（kw）

备注

西风井风机

740r/min

2927.5

89.40

261.71

新风井风机

-6°（740r/min）

1581.20

108.84

172.09

表2-6平禹一矿主要地点通过风量表

主要地点

所在分支

解算风量（m3/s）

备注

副井

e1

43.28

主井

e21

12.57

明斜井

e45

29.84

新副井

e76

94.28

总回风巷

e59、e60

85.18

新风井

e117

103.40

东大巷

e42

7.04

满足最小风速要求

东翼输送机大巷

e75

9.12

满足最小风速要求

13091综采工作面

e63

5.77

不满足

51011综采工作面

e103

27.68

满足

51015高档普采工作面

e89

23.72

满足

⑶结果分析与结论

在东翼输送机大巷上不安设风门，任其自然分风，西风井风压为2927.5Pa，风量为89.40m3/s，新风井风压为1581.20Pa，风量为108.84m3/s，51011综采工作面通过风量为27.68m3/s，满足需求；51015高档普采工作面通过风量为23.72m3/s，满足需求。

13091综采工作面通过风量为5.77m3/s，风量不满足需求，起主要原因是三采区回风巷阻力较大，通过风量较小所致。

东大巷风流方向从西至东（101流向102），风量为7.04m3/s，满足最低风速要求。

东翼胶带输送机大巷风流方向从西至东（228流向227），风量为9.12m3/s。

满足最低风速要求。

2.6.3从三采区回风巷新掘一条回风巷和五采区回风巷连接，使二、四采区和三采区相对独立通风

⑴解网条件

在pyyk1的各项数据下，新开的各巷道风阻值由已知同类巷道的摩擦阻力系数或百米风阻推算出，从三采区回风巷新掘一条回风巷和五采区回风巷连接，使二、四采区和三采区相对独立通风，该段巷道（106-223）长1000m，半圆拱锚喷支护，断面为9m2。

新风井主要通风机型号为FBCDZ（B）-№28型对旋轴流式通风机，叶片安装角度为-6°，自然风压取244Pa，外部漏风率根据《规程规定》取5%。

西风井主要通风机型号为FBCDZ（B）-№26型风机，叶片安装角度为-6°，。

自然风压为244Pa，外部漏风率为4.79%。

掘进工作面、硐室按需风量固定，进行挂网解算。

矿井生产工作面、掘进工作面、及硐室具体部署详见附图3平禹煤电有限责任公司一矿通风系统图和附图4平禹煤电有限责任公司一矿通风网络图所示。

⑵解算结果

在满足掘进用风的条件下，风机工况、矿井主要地点的风量见表2-7平禹一矿主要通风机运行工况表和表2-8平禹一矿主要地点通过风量表。

详细结果参见数据文件pyyk4。

表2-7平禹一矿主要通风机运行工况表

风机名称

叶片安装角（转速）

风压（Pa）

风量（m3/s）

功率（kw）

备注

西风井风机

980r/min

3050.5

87.50

266.90

新风井风机

-6°（740r/min）

1149.7

114.67

131.85

表2-8平禹一矿主要地点通过风量表

主要地点

所在分支

解算风量（m3/s）

备注

副井

e1

44.79

主井

e21

13.55

明斜井

e45

31.88

新副井

e76

93.73

总回风巷

e59、e60

83.30

新风井

e118

108.94

东大巷

e42

7.41

满足最小风速要求

东翼输送机大巷

e75

0.07

不满足最小风速要求

13091综采工作面

e63

17.36

基本满足

51011综采工作面

e103

22.68

满足

51015高档普采工作面

e89

18.97

满足

⑶结果分析与结论

从三采区回风巷新掘一条回风巷和五采区回风巷连接，使二、四采区和三采区相对独立通风，在这种情况下，西风井风压为3050.5Pa，风量为87.50m3/s，新风井风压为1149.7Pa，风量为114.67m3/s，51011综采工作面通过风量为22.68m3/s，满足需求；51015高档普采工作面通过风量为18.97m3/s，满足需求。

13091综采工作面通过风量为17.36m3/s，风量基本满足需求。

东大巷风流方向从西至东（101流向102），风量为7.41m3/s，满足最低风速要求。

东翼胶带输送机大巷风流方向从西至东（228流向227），风量为0.07m3/s。

不能满足最低风速要求。

2.6.4方案对比分析

表2-9平禹一矿主要通风机运行工况汇总表

风机名称

风压（Pa）

风量（m3/s）

功率（kw）

备注

西风井风机

3077.06

87.73

269.96

方案1

新风井风机

1618.24

108.31

175.27

西风井风机

2927.5

89.40

261.71

方案2

新风井风机

1581.20

108.84

172.09

西风井风机

3050.5

87.50

266.90

方案3

新风井风机

1149.7

114.67

131.85

表2-10平禹一矿工作面通过风量汇总表

工作面名称

方案1

方案2

方案3

13091综采工作面

6.08

不满足

5.77

不满足

17.36

基本满足

51011综采工作面

27.42

满足

27.68

满足

22.68

满足

51015高档普采工作面

23.47

满足

23.72

满足

18.97

满足

如表2-9平禹一矿主要通风机运行工况汇总表，表2-10平禹一矿工作面通过风量汇总表所示，可以看出方案1和方案2风机运行工况点，各工作面通过风量差别很小，方案2不用在东翼输送机大巷安装风门，较少了施工量，因此方案2优于方案1；方案3新风井阻力减小较多，风量有所增加，51011综采工作面和51015高档普采工作面通过风量虽有所减少，但是仍可以满足需求，13091综采工作面风量达到17.40m3/s，也基本达到了需求，但是从三采区回风巷新掘一条回风巷和五采区回风巷连接施工期较长，费用较高，经济上不合理。

方案1东大巷不能满足最低风速要求；方案3东翼胶带输送机大巷不能满足最低风速要求

综上，建议采用方案2，但为了解决13091综采工作面风量不足的问题，建议对三采区回风巷、一轨道上山等巷道进行扩修，减小阻力，即可增加13091综采工作面风量，较之方案3工程量有较大减少，费用较低。

2.6.6新风机单级运行

新风机能力较大，以节约电能为出发点，可考虑单级运行，单级运行后具体通风状况如何，需解网分析。

⑴解网条件

在pyyk3的各项数据下，新风井主要通风机型号为FBCDZ（B）-№28型对旋轴流式通风机，叶片安装角度为-6°，单级运行，自然风压取244Pa，外部漏风率根据《规程规定》取5%。

西风井主要通风机型号为FBCDZ（B）-№26型风机。

自然风压为244Pa，外部漏风率为4.79%。

掘进工作面、硐室按需风量固定，进行挂网解算。

矿井生产工作面、掘进工作面、及硐室具体部署详见附图3平禹煤电有限责任公司一矿通风系统图和附图4平禹煤电有限责任公司一矿通风网络图所示。

⑵解算结果

在满足掘进用风的条件下，风机工况、矿井主要地点的风量见表2-11平禹一矿主要通风机运行工况表和表2-12平禹一矿主要地点通过风量表。

详细结果参见数据文件pyyk5。

表2-11平禹一矿主要通风机运行工况表

风机名称

叶片安装角（转速）

风压（Pa）

风量（m3/s）

功率（kw）

备注

西风井风机

740r/min

2921.8

89.45

261.34

新风井风机

-6°（740r/min）

1117.36

99.42

111.09

⑶结果分析与结论

新风井单级运行后，西风井风压为2921.8Pa，风量为89.45m3/s，新风井风压为1117.36Pa，风量为99.