田陳煤礦北區(qū)開(kāi)拓通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造
1 問(wèn)題的提出
田陳煤礦是棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司下屬的一座現(xiàn)代化大型礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/a，現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)能力為150萬(wàn)t/a左右。礦井現(xiàn)采用中央并列式通風(fēng)、通風(fēng)方式為抽出式。由位于井田工業(yè)廣場(chǎng)的主、副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井回風(fēng)。田陳煤礦隨著開(kāi)采的逐步深入，礦井向北翼采區(qū)，尤其是北七采區(qū)的開(kāi)拓延伸，通風(fēng)距離不斷加長(zhǎng)。同時(shí)，生產(chǎn)過(guò)分向北翼采區(qū)的集中，導(dǎo)致北翼采區(qū)用風(fēng)量過(guò)大，改造通風(fēng)系統(tǒng)將使通風(fēng)阻力增高。礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力過(guò)大，不僅消耗過(guò)高的風(fēng)機(jī)的能耗，而且造成礦井漏風(fēng)量增大。降低了礦井的有效風(fēng)量，不利于通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。為減輕現(xiàn)有主要通風(fēng)機(jī)井下通風(fēng)阻力，決定開(kāi)掘北區(qū)回風(fēng)井，待北七采區(qū)投產(chǎn)后，采用主、副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井和北風(fēng)井回風(fēng)的通風(fēng)方案。
2 通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定與分析
礦井通風(fēng)阻力淀定是礦井通風(fēng)管理技術(shù)工作的重要內(nèi)容。通過(guò)阻力測(cè)定不僅可以了解礦井通風(fēng)系統(tǒng)的阻力分布狀況、功率消耗情況，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)的科學(xué)管理，而且為礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整、設(shè)計(jì)，以及實(shí)施各項(xiàng)安全技術(shù)措施提供可靠的技術(shù)依據(jù)。采用基點(diǎn)氣壓計(jì)法對(duì)全礦井進(jìn)行了通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定，主要測(cè)定路線(xiàn)為南二、北三和北五。
田陳煤礦目前由主、副井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)則主要由中央風(fēng)井完成；礦井當(dāng)前主要生產(chǎn)采區(qū)為北五、北三、南二采區(qū)。由于北部采區(qū)是礦井今后開(kāi)拓開(kāi)采的重點(diǎn)區(qū)域，因此根據(jù)礦井生發(fā)展的需要，結(jié)合下一步通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究工作的需要，側(cè)重對(duì)北五采區(qū)的最大通風(fēng)阻力路線(xiàn)分布進(jìn)行了分析，見(jiàn)表1。
表1 田陳煤礦518工作面通風(fēng)路線(xiàn)阻力分布表
類(lèi) 別
進(jìn)風(fēng)段
用風(fēng)段
回風(fēng)段
總計(jì)
通風(fēng)阻力/Pa
587.61
119.58
1 590.88
2 298.07
所占比例/％
25.57
5.20
69.23
100
由表1可見(jiàn)，進(jìn)風(fēng)、用風(fēng)和回風(fēng)段的各自通風(fēng)阻力的比例分布不合理?；仫L(fēng)段阻力占最大阻力路線(xiàn)的69.23％，明顯過(guò)高，不僅增大了通風(fēng)機(jī)的電耗，還表明通風(fēng)系統(tǒng)的老化與失調(diào)。而且，隨著礦井向深部區(qū)域的延伸，通風(fēng)阻力必將繼續(xù)增加，因此，必須結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)的改造工作，采取合理、有效的措施，降低礦井的通風(fēng)阻力。
3 通風(fēng)系統(tǒng)方案的優(yōu)化分析
針對(duì)田陳煤礦的實(shí)際情況，初步擬定了4個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，即方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。各方案簡(jiǎn)要描述見(jiàn)表2。
表2 各方案通風(fēng)機(jī)型號(hào)表
方案號(hào)
方案描述
通風(fēng)機(jī)型號(hào)
中央風(fēng)井
北風(fēng)井
Ⅰ
-370m水平＋單風(fēng)機(jī)
2K60-4No.28
Ⅱ
-370m水平＋雙風(fēng)機(jī)
2K60-4No.28
BDK60-8No.24
Ⅲ
-547m水平＋單風(fēng)機(jī)
2K60-4No.28
Ⅳ
-547m水平＋雙風(fēng)機(jī)
2K60-4No.28
BDK60-8No.24
礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算采用最新研制的基于windows的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算程序Mine進(jìn)行解算，其結(jié)果如表3所示。
表3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的計(jì)算機(jī)解算結(jié)果
方案號(hào)
名 稱(chēng)
風(fēng)機(jī)參數(shù)
通 風(fēng) 機(jī) 工 況
風(fēng)量/(m3/min)
風(fēng)壓/Pa
效率/%
輔功率/kW
Ⅰ
中央風(fēng)井
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td="14284">θ＝39°n=600r/min
9 076
2 920
84.6
532.83
Ⅱ
中央風(fēng)井
北風(fēng)井
θ＝39°n=600r/min
θ＝0° n=740r/min
7 845
4 036
2 500
2 420
80.2
82.3
407.57
197.80
Ⅲ
中央風(fēng)井
θ＝39°n=600r/min
9 127
2 880
85.2
524.91
Ⅳ
中央風(fēng)井
北風(fēng)井
θ＝39°n=600r/min
θ＝0°n=740r/min
7 881
4 072
2 480
2 400
80.1
82.1
406.68
198.39
模糊綜合評(píng)判是一處對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)作客觀公正評(píng)判的較好優(yōu)選方法，它適用于礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化評(píng)判的原因在于：在進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，會(huì)涉及到許多非確定性的因素，即模糊性的因素。所謂模糊，是指邊界不清楚，即在質(zhì)上沒(méi)有確切的含義，在量上沒(méi)有鐵邊界。評(píng)價(jià)礦井通風(fēng)方式、礦井風(fēng)量供需比、礦井風(fēng)流穩(wěn)定性的程度、礦井抗災(zāi)能力等指標(biāo)都是模糊的，因在評(píng)價(jià)礦井通風(fēng)系統(tǒng)是涉及到模糊概念，因此，礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案的優(yōu)化適宜采用模糊評(píng)判方法。在研究中采用模糊優(yōu)選分析法對(duì)以上4個(gè)方案進(jìn)行分析比較。
模糊優(yōu)選分析法具有下列優(yōu)點(diǎn)：
1）模糊優(yōu)選分析法采用非線(xiàn)性模型，使得各方案的隸屬度具有較大的離散性，便于比較，易于決策；
2）模糊優(yōu)選分析法通過(guò)設(shè)定各個(gè)指標(biāo)的上下限，有效地避免了單個(gè)指標(biāo)積分過(guò)高或偏離值過(guò)小的問(wèn)題；
3）模糊優(yōu)選分析法易于程序化，其應(yīng)用可以使得礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案的評(píng)判更為科學(xué)。
正是因?yàn)槟：齼?yōu)選分析較現(xiàn)廣泛應(yīng)用的模糊綜合評(píng)判（加權(quán)平均模型）有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，故采用該分析法進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化評(píng)判，優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 各方案的模糊優(yōu)選分析結(jié)果
類(lèi) 別
方案Ⅰ
方案Ⅱ
方案Ⅲ
方案Ⅳ
“優(yōu)”的隸屬度
0.138
0.814
0.205
0.863
最優(yōu)方案
方案Ⅳ
由以上采用模糊優(yōu)選分析法對(duì)4個(gè)方案的分析比較，可看出最優(yōu)方案為方案Ⅳ，該方案具有如下突出優(yōu)點(diǎn)：
1）充分利用了現(xiàn)正在生產(chǎn)的北五采區(qū)一階段的軌道、膠帶、回風(fēng)3條下山，布置在-547m水平大巷，煤炭運(yùn)輸和輔助運(yùn)輸能力大，大巷與北五下山連接簡(jiǎn)單。
2）打北風(fēng)井后，兩套通風(fēng)設(shè)施實(shí)施分區(qū)式通風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，便于風(fēng)路的調(diào)節(jié)和管理，對(duì)礦井安全生產(chǎn)極為有利。
3）施工和安裝設(shè)備期間不影響礦井的正常生產(chǎn)。
4）主要開(kāi)拓大巷均為進(jìn)風(fēng)，有新鮮風(fēng)流，井下的環(huán)境較好。
5）不用對(duì)原中央風(fēng)井設(shè)施進(jìn)行更新改造，且通風(fēng)系統(tǒng)管理容易。
在此，針對(duì)田陳煤礦的實(shí)際情況，對(duì)田陳煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造提出如下建議：
1）北風(fēng)井完工之前是礦井通風(fēng)最困難的時(shí)期，一定要切實(shí)加強(qiáng)礦井瓦斯，煤塵的監(jiān)測(cè)，重視礦井的安全生產(chǎn)、落實(shí)“按風(fēng)定產(chǎn)”的原則。
2）由于所期礦井風(fēng)壓較高，風(fēng)量較大，應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)通風(fēng)構(gòu)筑物的管理。
3）北風(fēng)井完工后，-547m總回風(fēng)巷道是礦井極其重要的回風(fēng)巷。由于風(fēng)量大，風(fēng)速高，應(yīng)經(jīng)常維護(hù)，并清除巷道內(nèi)的一切雜物，防止堵塞。
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td="14284">bsp;4 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)田陳煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造的需要，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合田陳煤礦對(duì)礦井當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的測(cè)試與優(yōu)化分析。根據(jù)測(cè)定的結(jié)果提出了相應(yīng)的4個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)改造方案，并運(yùn)用當(dāng)前一種最優(yōu)的模糊綜合評(píng)判的新方法——模糊優(yōu)選分析法對(duì)這4個(gè)方案進(jìn)行了綜合分析比較，得出了最優(yōu)方案。研究結(jié)果對(duì)田陳煤礦北七采區(qū)下一步的開(kāi)拓開(kāi)采具有指導(dǎo)意義。
《礦業(yè)安全與環(huán)?！? （李剛、王德明、周福寶）
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