矿井通风系统优化方案分析
[摘要]本文针对某煤矿进入深部开采瓦斯涌出量可能增大，通风能力不足的问题进行研究，对矿井通风系统进行了技术测定后，提出了扩井通风系统优化改造方案。利用计算机对各个方案进行解网分析后，又进行了经济投入与效益分析，确定了矿井通风系统优化改造方案，该方案被采用后应可取得较好的经济效益和社会效益。
【关键词】煤矿；通风系统；优化
某煤矿矿井的主要可采煤层瓦斯涌出量随着开采深度的增加而增大。该矿为突出矿井，煤层具有自然发火倾向性。矿井开拓方式为立井、斜井混合开拓。矿井通风方式为中央并列、两翼对角混合抽出式通风，“三进三回”，即工业广场主井、大皮带斜井、中央进风井为进风井，工业广场副井、北部风井、南部风井为回风井。
l.矿井通风系统优化的必要性
该矿目前工业广场风井安装风机型号为70B2-21-18型风机两台，该风机属淘汰型号，效率低下，浪费电能；而且所担负的北翼采区通过风量仅为50.20m/s，与所需风量66.967m/s相比差16.47m/s，不能满足所担负采区的用风要求。中央采区虽然是有新风井担负，但进风路线较长，导致该采区通风阻力较大。南部风井担负南翼采区通风，该风井70B2-21-24型风机也属淘汰型号，效率低下，浪费电能；而且该采区进风路线与回风路线都比较长，也使得增风困难。随着矿井向深部延深，通风路线进一步增长，而瓦斯涌出量也在逐渐增大，需风量逐渐增多，通风阻力会进一步增大，使矿井通风越来越困难。为解决这些问题，保证矿井供风满足安全生产要求就必须对矿井进行通风系统优化与改造。
2.通风现状的技术测定与分析
2.1 通风现状的技术测定
为确定矿井通风系统最优方案，首先进行了矿井通风系统各用风地点及主要进回风巷的风量、阻力等参数的技术测定和主要通风机的性能测试。风网技术测定采用气压计法中的两测点同时测定法，即在一条分支巷道的两端用两台气压计同时读数，从而减少了气压波动、风门开启、矿车运行等各种因素的影响。阻力测定的主测路线原则：①在所有并联风路中选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路作为主测定路线；②选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路作为主测定路线；③选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为主测定路线，对主要通风机的性能测试是在不影响矿井正常生产的情况下对备用通风机进行测试的 。
科技信息ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ2013年第9期
0引言矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，它服务于生产系统，同时又制约着生产系统。矿井通风系统的优劣，直接影响着矿井的安全生产、灾害防治和经济效益。在实际生产中，往往由于矿井通风系统的不合理，影响了矿井的正常生产和矿井的抗灾能力，导致矿井经济效益的严重滑坡。为确保矿井安全生产、稳产和高产，提高矿井的抗灾能力，最终提高矿井的经济效益，通风系统必须保持最佳运行状态。因此，矿井通风系统的分析及优化改造具有重要意义，它是矿井设计过程和通风管理工作中的一项主要任务和内容。1现有矿井通风系统存在的问题矿井通风网络在矿井开采过程中不断发生变化，新矿井投产初期，生产量尚未达到设计水平，通风阻力较小，通风系统如按设计参数投入运行，将造成风量过大，导致能源浪费。投产后，矿井通风网络通风阻力的实际值与设计值偏差也较大，当设计值大于实际值时，则风量偏小，导致通风困难；当设计值小于实际值时，则风量偏大，导致能源浪费。且随着近几年矿山形式好转，改扩建矿井日益增多，矿井通风系统问题日益突出，已严重影响矿井的安全生产，所以对矿井通风系统的分析与优化迫在眉睫。2通风系统优化矿井通风系统的优化问题归纳起来主要包括如下几类：矿井通风系统阻力影响、矿井通风网络优化研究、矿井通风系统安全可靠性优化、矿井通风系统通风机优化。2.1矿井通风系统阻力优化降低矿井通风阻力技术措施的研究对于矿井通风系统优化有着至关重要的作用，直接关系到矿井的安全生产和经济效益。矿井通风阻力的影响因素较多，主要有三个方面：1）风量对阻力的影响；2）分支风阻对通风阻力的影响；3）网络结构对阻力的影响。降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益具有重要意义。主要措施有：2．1．1并联通风根据并联风路阻力比串联网路阻力小得多的原理（风量相同），可以通过计算机通风系统模拟或实际通风阻力测定的方法，找出通风系统网络的高阻力区段，采取新掘巷道或者启封旧巷道的方法，实现并联通风，降低通风系统总阻力。2．1．2开掘新井巷，缩短通风线路长度。随着生产向边远采区或深水平的发展，或者井田过大，通风线路不断加长，而瓦斯涌出量的增加，将导致需风量和通风阻力的增加。当通风系统无法满足供风要求或利用现有的通风系统不经济时，可以考虑在边远采区或者新水平增掘新风井，以缩短风路，保证经济有效的供风。2．1．3改变通风网路，合理调配风机负担。对于生产矿井，当通风系统与生产能力不匹配时，应该合理调整生产布局，改变通风网路，合理调配风机负担、尽量发挥现有风机、巷道的潜力、增设或减少风机（在必要和可能的条件下）等。2．1．4减小摩擦阻力系数，尽量使井巷壁面光滑。2．1．5扩大巷道断面，减小局部阻力。矿井通风系统阻力往往比较集中在几个高阻力区段，找出高阻力区段，适当扩大高阻力区段巷道断面面积，往往能够收到比较理想的降阻效果此外，巷道平直、避免巷道断面突然扩大或缩小，也能起到减小局部阻力的作用。2．1．6选用周长较小的巷道。在巷道断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。2.2矿井通风网络优化2.2.1理论依据矿井风流流经各个巷道和工作面，构成复杂的通风风路系统。通常将风道的交点称为节点，两节点间的风道称为分支，两条或两条以上的分支形成的闭合回路或网孔。通风网络通常由众多的分支及回路所组成。风流在风路中流动时遵循风量平衡定律、风压平衡定律和阻力定律。即虚拟分支的主要参数如下：1）风量等于与之相连的网络入边或出边的风量；2）阻力等于基点的压能与分支的另一节点的压能之差，压能基点的位置及压能值均可任意设置；3）风的阻力的大小按照分支阻力定律计算。但是当虚拟分支阻力是0，而且风阻又位于分母时，风阻取无穷大。矿井通风网络是实际矿井通风系统的数学表达，是矿井风流路线及其有关参数的组合，是一个关联程度很高的复杂系统，其中一条分支的风量可能通过在多条分支中安设调节设施而改变。因此，满足通风需求的调节方案多种多样。如何确定一种既能满足通风需求和生产条件的限制、符合有关规程规定，又能使矿井通风所需费用最小的调节方案，是长期以来研究的热点和难点问题之一。2.2.2计算机在矿井通风系统网络中的应用矿井通风系统优化规化、设计和调节的计算要实现计算机软件处理，并且优化方法由线性向非线性优化方向发展，这使得优化结果更加合理有效。随着计算机性能及计算速度的大幅度提升，已有一些软件能够解决一般地通风网络问题。而国内还尚缺少方便、实用的矿井通风系统分析及优化软件。2.3矿井通风系统安全可靠性优化矿井通风系统在运行过程中保持其工作参数值，以维持井下必须清洁风量的供应。矿井通风系统是由动力及其装置、通风网络、风流监测与控制设施组成的。系统可靠性工程的数学基础是布尔代数和概率论。主要方法有故障树分析法、事件树分析法、因果图、可靠性框图分析法、马儿可夫过程分析法、故障模式与效应分析法等。目前，矿井通风系统的可靠性研究面临着以下几个问题：1）风流分支与通风网络的可靠性；2）风流分支、通风网络及通风构筑物的可靠性指标计算；3）如何利用可靠性参数设计出具有较（下转第486页）矿井通风系统的分析与优化ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＭｉｎｅＶｅｎｔｉｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ孙宸冯会玲（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101）【摘要】通过分析现有矿井通风系统存在的问题，认为在矿井的开采过程中，通风系统中各网络通风阻力和风量的不断变化，是导致通风困难和经济效益差的主要原因。因此在设计和生产管理过程中需要从矿井通风系统阻力、矿井通风网络调节、矿井通风系统安全可靠性、矿井通风系统主通风机工况调节等方面进行优化，是矿井通风系统的发展趋势。【关键词】矿井通风网络；优化；分析【Abstract】Byanalyzingtheexistingproblemsofmineventilationsystem,intheprocessoftheminemining,themainreasonthattheventilationresistanceandtheairvolumeareconstantlychanginginthenetworkofventilationsystemsleadstoventilationdifficultyandpoortheeconomicbene-fit.Thereforeintheprocessofdesignandproductionmanagement,itisnecessarytobeoptimizedintermsofmanyaspectswhichincluderesistanceofmineventilationsystem,networkadjustmentofmineventilationsystem,safetyandreliabilityofmineventilationsystem,workingconditionadjustedofthemainventilatorandsoon.Thatisthedevelopmenttrendofmineventilationsystem.【Keywords】Mineventilationnetwork;Optimization;Analysis
总第１４３期
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２７９８．２０１１．０７．０１５
矿井主通风机变频改造节能效果分析及应用
盛团秀
（潞安矿业集团公司节能办，山西长治０４６２０４）
摘要：变频调速技术是解决井工矿井全时期动态通风需求和提高系统效率的有效措施，通过对变频调速 基本原理、风机特性进行分析，认为矿井主通风机变频改造可达到２０％～５０％的节能效果，实践效果突 出。 关键词：通风机；变频调速技术；节能
中图分类号：ＴＤ６３ ５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５．２７９８（２０１１）０７—００３８．０２
矿井主通风机是保证矿井安全生产的重要装备 及主要用电设备ｕ Ｊ，担负着向井下连续输送新鲜空
气以供给人员呼吸、稀释并排出有害气体和浮尘的
任务。由于井工矿井在开采前、后期随地质条件变 化较大，导致对通风量、静压等工作参数的不同要
求，从而对通风机械、拖动电机、供电及控制要求也
大不相同。以往煤矿企业通常采取两种方法予以解
决：一是不同时期选用不同的主通风机以匹配通风
需求，给企业造成重复投资；二是选用大能力的通风
机全速运转，通过调节风门、挡板开度的大小来调整
所需风量，多余风量以风门、挡板的节流损失消耗， 造成“大马拉小车”、能源利用效率低的问题。如何
使企业一次投资，同时又有效解决矿井不同时期通
风要求和能源利用效率低的问题仍面Ｉ临艰巨的探
索。
变频调速技术一改普通电动机只能以定速方式
运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须
任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转
速输出，通过降低电机功耗达到系统高效运行目标。
主通风机变频调速技术的应用，不仅可有效解决不
同时期及变化条件下的通风需求，也可有效杜绝传
统调节风量手段所造成的能量损失，矿井通风电耗
约占全矿井用电的２０％～３０％，矿井主通风机变频
改造节能潜力较大。近年来，主通风机变频调速系 统的优化设计方案不断提出 Ｊ，应用ＩＧＢＴ串联变
煤矿通风系统的优化方案
煤矿作为我国的重要能源产业，其安全生产一直备受关注。通风系统作为煤矿安全生产中不可或缺的组成部分，对于确保矿井内空气的流通、降低有害气体浓度、减少火灾和瓦斯爆炸等事故的发生具有重要意义。本文将对煤矿通风系统进行优化方案的探讨。
一、现状分析
在进行通风系统的优化方案之前，首先需要对现状进行分析。通过实地考察和数据分析，我们发现煤矿通风系统存在以下问题：
1. 通风系统设计不合理：存在部分通风道路过长、支护不力等问题，导致系统阻力增大、通风效率低下。
2. 部分通风设备老化：煤矿通风设备的老化导致设备运行效率下降，无法满足实际需求。
3. 安全监测手段不完善：通风系统内的安全监测手段不完善，无法及时准确地掌握矿井内的气体浓度和温湿度等参数。
二、优化方案
针对以上问题，提出以下煤矿通风系统的优化方案：
1. 通风系统设计优化：结合矿井的实际情况，对通风系统进行设计优化。通过减少通风道路长度、优化支护结构，降低系统阻力，提高通风效率。 2. 设备更新升级：对通风设备进行更新升级，采用先进的风机、加强型换气机等设备，提高设备的运行效率和可靠性。
3. 安全监测系统改进：引入先进的安全监测技术，如实时气体监测仪、温湿度自动监测仪等，实现对矿井内气体浓度、温湿度等参数的实时监测和报警功能。
4. 通风系统运行管理优化：建立完善的通风系统运行管理制度，加强对通风系统的定期巡检和维护，及时发现和解决潜在的问题，确保通风系统的稳定运行。
三、优化方案的效果
通过对煤矿通风系统的优化方案实施，预计可以获得以下效果：
1. 提高通风效率：通过优化通风系统的设计和设备升级，降低系统阻力，提高通风效率，保障矿井内空气的流通，有效降低有害气体浓度。
2. 提升安全监测能力：通过改进安全监测系统，实现对矿井内气体浓度、温湿度等参数的实时监测和报警功能，提升对安全状况的监测能力。
3. 减少事故发生率：通过优化通风系统的运行管理，加强巡检和维护，及时发现和解决潜在问题，减少事故的发生概率，提高矿井的安全性。
