联动风门在矿井通风线路优化中的应用研究_黄冲.pdf

202313技术应用与研究114Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究114Modern Chemical Research当代化工研究联动风门在矿井通风线路优化中的应用研究黄 冲（山焦汾西矿业集团金辛达煤业有限公司 山西 041000）摘要：在矿井通风线路当中，通过采用调整对风机性能、改造巷道、设置通风构筑物等措施均可以调整通风阻力，优化矿井通风线路。针对特定矿井，制定四种通风线路优化方案，在采取适当位置增加联动风门、缩减进风巷长度；在水平大巷设置联动风门，缩减公共通风巷道；设计大三角通风网络结构；扩大回风巷断面面积、拆除个别回风巷道联动风门。通过对比，在缩减进风巷长度、采取适当位置增设联动风门对实现该煤矿的通风线路优化效果最佳。关键词：联动风门；通风网络；系统优化中图分类号：TD725 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.13.038Research on the Application of Linkage Damper in the Optimization of Mine Ventilation CircuitHuang Chong(Jinxinda Coal Industry Co.,Ltd.,Shanjiao Fenxi Mining Group,Shanxi,041000)Abstract：In the mine ventilation line,the ventilation resistance can be adjusted and the mine ventilation line can be optimized by adjusting the performance of the fan,transforming the roadway and setting the ventilation structures.For specific mines,formulate four kinds of ventilation line optimization scheme,increase the linkage air gate and reduce the length of incoming air lane;set the linkage air gate in horizontal roadway to reduce the public ventilation roadway;design the large triangle ventilation network structure;expand the section area of return air roadway and dismantle the linkage air door of individual return air roadway.By comparison,reducing the length of the air inlet lane and adopting the addition of joint air doors are the best optimization effect of the ventilation line of the coal mine.Key words：linkage damper；ventilation network；system optimization引言矿井通风系统对于煤炭开采来讲，就如同人体中的血管和血液，只有具备良好的通风系统才能够稳定整个开采系统的安全运行。根据不完全统计，近年来，虽然我国煤炭事故数量在不断的减少，但每年仍有发生，给煤炭开采施工作业人员及家属带来了巨大的人身风险1。煤炭安全问题仍旧是全社会关注的重点，需要给予高度的重视。煤炭安全事故的发生受到人、自然环境与矿井通风系统等方面因素的影响2。其中，矿井通风构筑物数量和质量能够显著影响矿井通风技术具有决定性的作用，能够直接影响煤炭安全生产3。矿井安全生产过程离不开通风构筑物的维护和管理，矿井通风系统的好坏与通风构筑物设置合理性具有紧密的关系4。矿井通风系统中最为重要且数量较多的构筑物就是风门，风门两侧的风压差和密闭性产生的风量流动对于矿井通风系统具有直接的影响5。1.矿井通风系统优化(1)通风设备的优化处理通风设备的优化处理主要是指优化主通风机及其他通风系统中的配套设备6。煤炭巷道在不同时间段对于风量的需求也存在较大的差异性，主通风机的日常工作主要是通过以下途径来进行风量输送：调节通风量，通过改变风量的大小来达到与煤炭巷道相适应的最优化风量，进而确保风量对于煤炭开采施工作业人员对于风量的具体需求。本文主要是以A煤炭矿井作为研究对象，优化该煤炭矿井传统风量调节方法，拆除原先陈旧的老设备，更新新风机的同时，调整现有主通风机内部叶片的角度，确保其他影响通风系统的因素与以前保持一致。根据调查发现：A煤炭原先通风系统需要消耗大量的电能，为了减少电能的消耗。A煤炭对于配件相对比较复杂的主通风机进行了技术优化处理，需要一个与A煤炭矿井通风系统相融合的高效率且合理的主通风机技术。但需要注意的是，A煤炭矿井管理层在日常工作中应明确管理责任，不断建立健全与煤炭发展战略相适应的管理制度，加强监督监管职责，不断落实对于煤炭矿井通风系统的管理要求。将对于通风设备的检查作为一个常态化的管理模式，确保其能够在煤炭巷道作业时间内各个环节的正常运转，确保矿井下部工作面的通风系统能够达到最优化的风量输送状态。202313技术应用与研究115Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究115Modern Chemical Research当代化工研究此外，煤炭矿井开采过程中还需特别注意巷道内的安全作业，更新与通风系统相配套的气体检测设备，实时监测矿井开采工作面的有毒有害气体，然后还为其配备专门的气体通道，通过这种优化处理方式不仅仅能够充分发挥通风系统的作用，同时还能够最大程度的保障煤炭开采施工作业人员的人身安全以及整个矿井开采工作流程的顺利进行。(2)通风阻力的优化处理矿井通风阻力主要是指矿井通风机在风量输送过程中受到的阻力大小，其主要可以分为两种类型，即巷道总阻力和支巷道阻力。巷道总阻力主要是指所有支巷道通风过程中所受到通风阻力大小的总和，支巷道阻力主要是指矿井某条支巷道在通风过程中所受到的通风阻力大小。矿井巷道总通风阻力的计算公式如式（1）所示。（1）式中：f代表是煤炭矿井巷道的通风阻力；Q代表的是通风系统中的通风量大小。通过公式（1）可以得出：f与Q两者之间呈现出正相关的关系。即矿井巷道通风阻力与矿井通风量之间是二次函数对应关系，矿井巷道通风阻力随着通风量的增加而增加，且矿井通风阻力增加速度也会随着通风量的不断增加呈现出快速增加的现象。矿井支巷道通风阻力计算公式如式（2）所示。（2）式中：R代表是矿井支巷道通风阻力；L代表的是巷道的长度；S和U分别代表的是巷道横截面面积和周长；代表的是阻力常量。根据公式（2）可以得出：煤炭矿井支巷道通风阻力与巷道横截面积成反比例关系，与巷道长度和巷道横截面周长之间呈现出正比例的关系。通过对巷道总阻力和支巷道阻力计算公式的详细分析，本文找出了巷道阻力的优化方式。对于煤炭矿井来讲，可通过减少通风量来减少巷道总阻力，但需要注意的是，在减少通风量的前提必须是确保矿井下部具有足够的氧气和矿井下部有害气体浓度不超过标准范围这两个前提条件。根据公式（2）可以得出：矿井支巷道通风阻力主要是受到巷道的长度、巷道横截面面积和周长这三个因素的影响。但根据调查发现：A煤炭矿井实际生产过程中，巷道横截面积的设计主要是根据煤炭开采量进行设计的，因此，巷道横截面该因素无法对其进行调节，因此，支巷道通风阻力的调节基本上就是从巷道长度进行，通过公式（2）得出，支巷道通风阻力与巷道长度之间呈现出正比例关系，应尽可能的采用一些较浅的巷道。此外，矿井通风阻力在很大程度上还受到巷道网络结构等方面的影响，矿井通风阻力也受到巷道串联和并联等结构方式的影响。在煤炭实际开采过程中应尽可能避免采用巷道串联的方式，尽可能的采用巷道并联方式，将并联位置设置到总回风口与总进风口之间能够有效的减少通风阻力。(3)通风网络的优化处理通风网络结构的构成方式主要包括并联和串联两种。通俗的来讲就是，矿井通风网络能够拆分成基本网络。通风网络的优化处理主要是分析计算支巷道的通风阻力、支巷道进风量大小，从而判断矿井进风量是否能够满足矿井开采施工作业人员所需风量的要求，调控风压，进而有效的提升矿井工作面的通风效果。近年来，煤炭矿井基本上都是采用分支界定法来选取矿井通风网络模型。在此模型的基础上，结合A煤炭通风系统的实际情况，优化调整通风网络中的车场、工作面和支巷道，使其具有针对性。但需要注意的是，应综合考虑支流中无法确定的部分，对其进行线性规划，进而找出最优的方式，并按照风机和风窗等设备。2.矿井通风阻力的测定目前A煤炭矿井的通风方式主要中央边界抽出式，两个回风井分别布置在矿井的南北两边界，在南侧回风井中布置了两台通风机，在北侧回风井中布置了一台通风机。在北回风井所在的通风线路中，风流线路为：副井运煤上山工作面总回风巷北风井，负责为2441工作面提供保证作业安全的新鲜风流，并排出井下有害气体和多余热量；在南回风井所在的通风线路中，风流线路为：副井北大巷轨道下山总回风巷皮带下山东大巷轨道上山回风上山南风井地面，负责为运输巷道提供新鲜风流，并排出井下有害气体和多余热量；通过对两条通风线路的通风阻力测定，两者的风阻测定参数如表1。表1 通风系统阻力测定结果测定参数南风井北风井风量/(m3/s)12665.4通风阻力/Pa3673.53473.5矿井总风阻/(Ns2/m8)0.33560.9453矿井等积孔/m22.471.34为了确保风阻测定数据的准确性和实用性，测定时采用不停产挂网条件下部分风流短路的方式进行性202313技术应用与研究116Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究116Modern Chemical Research当代化工研究能测，其主要目的就是为了能够保证测定数量的实用性和准确性。根据实时监测的结果可知：该煤炭南风井矿井总风阻为0.3356Ns2/m8，小于0.618Ns2/m8，南风井的通风系统分级为通风容易；北风井的矿井总风阻为0.9453Ns2/m8，大于0.854Ns2/m8，北风井的通风系统分级为通风困难。综上所述，该矿井南北风井的通风阻力较大，通风压力大，随着后期开采活动的进行，煤层开采深度逐渐增加，采掘和运输巷道长度逐渐增大，井下通风阻力越来越大，制约矿井的正常生产。因此，采取措施对该矿通风系统进行优化具有一定的社会和经济效益。3.矿井通风线路优化对策结合上文通风系统阻力的测定结果，结合A煤炭矿井通风系统的实际情况，本文制定了四种通风系统降低阻力的优化方案：方案一：在-370m和-150m采区中间增加联动风门，从而实现把24采区上山通道，优化为回风上山。方案二：简化A煤炭矿井当前通风系统结构，并在矿井-370m水平南大巷和-650m水平北大巷两处分别配置来联动风门。优化后，南翼采区的供风主要是通过-650m水平南大巷来实现。从一定程度上来讲，该优化方案缩短了南北翼采区的公共通风巷道。方案三：对该矿现有通风网络进行简化，削减不必要的通风线路，使其尽量简化为图1中的大三角形结构。图1 大三角形通风网络图方案四：结合A煤炭矿井通风巷道阻力的实际情况，在当前通风网络结构基础上，可适当的扩大南北翼采区的回风断面面积，拆除14采区回风巷道的联动风门。4.效果检验通过数值模拟方法，对矿井通风系统参数进行赋值并明确个参数的权重值，对四种优化方案的效率进行模拟，最终得出四个方案的特征值，具体如表2所示。如表2所示，采用上述四种方案对矿井通风系统进行优化后，方案一