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矿井通风系统的优化设计与应用(科技成果)

矿井通风系统的优化设计与应用 鉴 定 材 料

临沂矿业集团邱集煤矿 二〇一〇年四月

目录
1、鉴定大纲 2、计划任务书 3、工作报告 4、技术研究报告 5、社会经济效益分析报告 6、用户使用报告

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矿井通风系统的优化设计与应用 鉴 定 大 纲

临沂矿业集团邱集煤矿 二〇一〇年四月

-2-矿井通风系统的优化设计与应用 鉴 定 大 纲
一、鉴定条件 《矿井通风系统的优化设计与应用》项目是临沂矿业集团公司 2010 年 度科技计划，由山东省邱集煤矿研究实施，经过应用测试，各项性能指标 均达到设计要求。目前，技术文件已经齐全，应用后效果明显才 ，具备 了鉴定条件。特申请鉴定。 二、项目名称 矿井通风系统的优化设计与应用 三、项目来源及编号 临沂矿业集团公司 2010 年度科技计划 四、鉴定目的 通过专家评议做出结论，以便进行推广应用。 五、鉴定形式 会议鉴定 六、鉴定内容 1、审查技术文件是否齐全、完整、正确、统一。 2、评价系统是否科学、合理、先进。 3、审查改造后的系统是否满足安全生产需要。 七、鉴定资料文件 1、计划任务书； 2、工作报告； 3、技术研究报告； 4、经济效益分析报告； 5、用户使用报告。

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八、鉴定程序 1、成立鉴定委员会； 2、讨论并通过鉴定大纲； 3、项目完成单位向鉴定委员会汇报研究开发情况； 4、专家质疑； 5、专家评议，通过鉴定意见； 6、专家、评委签字。 鉴定委员会 二〇一〇年四月

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编 号 类 别

二○一○年科学技术项目

计

划

任

务

书

项目名称： 矿井通风系统的优化设计与应用 负责单位： 起止年限： 临沂矿业集团邱集煤矿 2006 年 5 月 ～ 2010 年 4 月

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国内外概况、水平和发展趋势及专利情况： 矿井通风技术是治理煤矿瓦斯、煤尘及火灾的基础，合理高效的矿井 通风系统是煤矿安全生产的基本保障。随着科学技术的发展，煤矿生产 机械化程度的提高，矿井开采规模迅速扩大，通风线路随之增加，通风 阻力增加，工作面配风困难，通风难度相应增加。合理的通风设计与系 统优化，能有效保证矿井的高效、持续发展。 矿井通风技术经历过较长的发展过程。约在 1640 年，人们开始把进 风和回风路线分开，以利用自然通风压力进行矿井通风。为了加大通风 压力， 1650 年在回风路线上设臵火筐， 1787 年又在回风路线上设臵火炉， 给回风风流加热。1898 年电力初型轴流式通风机投入使用。20 世纪 40 年代以来，各种大功率主通风机相继投入使用。 本世纪 50 年代以来， 我国矿井通风理论与技术研究取得了飞速进步， 如： (1)对井巷通风阻力进行了广泛的研究与测定； (2)建立了各类作业面紊流传质方程及污染物浓度分析计算方法，为 风量计算方法提供了理论依据； (3)应用电子计算机计算和分析复杂通风网络，为矿井通风系统分析 提供了为矿井通风系统分析提供了有效的方法； ⑷ 深井热源、空气与围岩热交换和矿井热环境控制理论与技术有较 大进展，初步形成矿内热力学理论体系； ⑸开展了露天矿通风理论与技术的研究。 我国矿井从 50 年代开始逐步建立机械通风系统。60 年代，建立分区 通风系统和棋盘式通风网络，70 年代，出现梳式通风网络、爆堆通风， 推广地温预热技术及云锡的排氡通风经验等。进入 80 年代，我国矿井通 风技术以节约能耗为中心有了比较快的发展，取得的主要成就有：高效 节能风机的研制与推广；多风机多级机站通风新技术的应用；矿井通风 网路的节能技术改造；建立矿井通风计算机管理系统和井下风流调控技 术与手段的完善等。

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主要研究、实验内容、目标、技术关键及主要技术经济指标 （目标要具体，包括阶段目标和最终目标） ： 一、项目主要研究内容： 随着矿井开采技术的发展，煤矿生产机械化程度的提高，矿井开采 规模迅速扩大，通风线路随之增加，通风阻力增加，工作面配风困难， 通风难度相应增加。矿井现有通风已经不能满足需求，对矿井通风系统 进行优化设计改造，从而降低矿井通风阻力，提高风机运行质量，增加 风量，以满足矿井目前及后期生产需求。 二、项目研究的目标： 1、简化矿井通风网络； 2、合理规划矿井通风设施，尽量使矿井风流进行自然分配，减少矿 井通风设施数量，降低矿井通风阻力； 3、合理配备矿井通风量，有效的稀释、排出井下生产过程中产生的 瓦斯、煤尘及其他有毒有害气体； 4、降低矿井通风阻力，为优化通风系统提供条件，使矿井通风达到 经济合理的要求。 三、项目研究技术关键主要表现在： 通过对主通风机、地面风硐的改造及井下通风系统优化，提高主通 风机工作效率，降低矿井阻力，增加矿井风量。 四、主要经济技术指标： 1、随着西五采区开采范围的扩大、加深，通风阻力随之加大，计划 在西五建一风井，以满足西五采区的正常生产，预计投资 1000 余万元， 经过优化改造，通风能力完全可以满足西五采区的开采延伸，节约投资 1000 余万元。 2、 主要通风机年耗电量由系统改造前的 499.63 万 kW〃 降至 449.4 h/a 万 kW〃h/a，年节省电费 20 万元。 3、由于通风网络的优化，确保了矿井稳产、高产。
采用的研究、实验方法和技术路线（包括工艺流程） ： 首先对矿井通风系统阻力进行测定，找出高阻力区域，据此制定通风 系统优化方案，并组织实施。其次，结合矿井中长期发展规划，矿井通 风系统优化与开拓布局调整相结合，分析通风系统现状及将来的风量需 求技术成果主要应用领域为井工煤炭开采，适用于正常生产矿井的通风 系统优化，具有广泛的推广应用范围。在矿井通风困难时期复杂通风系 统优化方面有所创新。 1、课题研究方法 理论研究与现场实际优化操作相结合的方法 2、课题研究的技术路线 明确课题研究理论基础――制定研究方案――工作面现场操作―― 依据理论基础对现场实际操作进行整理分析――总结出矿井开采延伸对 矿井通风系统影响及解决办法――写出研究报告

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现有技术基础及条件（包括本课题做了哪些工作和现有仪器设备条 件等） ： 本研究课题是在矿领导亲自指导下立项的，并担任课题组负责人， 负责组织协调整个研究工作。他们深刻认识到矿井通风是矿井各生产环 节中最基本的一环，它在矿井生产期间占有非常重要的地位。要想提高 矿井效益，实现高产高效，必须走科技创新优先发展科技的道路。对于 邱集煤矿来说，井下地质条件复杂，矿井通风路线长、阻力大，通风设 施老化，在这种艰苦的环境下，简化矿井通风网络，合理规划矿井通风 设施，合理配备矿井通风量，降低矿井通风阻力，为优化通风系统提供 条件，使矿井通风达到经济合理的要求。为以后的类似开采条件提供有 价值的借鉴依据。 在矿领导的大力支持下，邱集煤矿组织了一批有丰富实践经验的工 程技术人员组成矿课题研究组，参与课题的现场调研、数据整理、理论 研究及工程实施工作。

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地点：试验规模和进度安排： 本项目主要研究地点在山东省邱集煤矿进行。 项目研究进度安排如下： 2006.05~2007.2 对地面通风系统改造调查研究阶段； 2007.11~2008.2 对地面风硐、主风机进行改造阶段； 2009.5~2009.10 对井下通风系统优化改造调查研究阶段； 2009.12~2010.1 对井下通风系统优化改造阶段； 2010.1~2010.2 为通风系统优化改造数据整理汇总阶段； 2010.3~2010.4 为研究报告撰写阶段。

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承担单位和主要协作单位及分工（包括研究、研制、试验各阶段的 各单位得分工和承担的责任） ： 本项目由山东省邱集煤矿与山东省泰安大成防爆电机有限公司承担。 邱集煤矿负责项目的立项、改造方案制定及井下系统的改造实施工 作。 山东省泰安大成防爆电机有限公司负责主通风机扩散器的改造实施 工作。

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经费概算（包括总概算和分年度预算的项目和费用及偿还经费和年 度）: 本项目使用经费共计 72.70 万元整。具体支出及依据如下表

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

科目 调研费 通风系统设计改造 风道改造施工费 购臵设备

金额 （万元） 0.50 26.10 6.10 40.00

计算依据 收集资料、调研出差 优化设计改造支出 改造支出 购臵设备

合计

72.70

临沂矿业集团邱集煤矿财务科

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需要增添的主要设备、仪器（名称、规格型号、数量）和材料：

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课题负责人（单位、姓名、职务、职称、联系电话） ： 武善元 临矿集团邱集煤矿 高级工程师 总工程师

课题工作人员（单位、姓名、职称、职务、联系电话） ： 李存禄 杜建华 韩长海 徐庆国 孟凡全 闫之喜 临矿集团邱集煤矿 临矿集团邱集煤矿 临矿集团邱集煤矿 临矿集团邱集煤矿 临矿集团邱集煤矿 临矿集团邱集煤矿 采矿工程师 技术员 助理工程师 助理工程师 技术员 技术员 生产矿长 通风副科长 通防副区长 生产科长 通风科长 通风科技术员

基层单位、负责人审查意见（指所室、院系、厂矿基层负责人等） ：

负责人（签名、盖章） 审查日期： 年 月 日

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上报任务书单位、 负责人审查意见 （有学术委员会者应附其审查意见） ∶

负责人（签名、盖章） 审查意见： 年 月 日

主管部门审查意见：

（公章） 审查日期： 年 月 日

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矿井通风系统的优化设计与应用 工 作 报 告

临沂矿业集团邱集煤矿 二〇一〇年四月

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矿井通风系统的优化设计与应用 工 作 报 告
一、课 题 提 出 矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，担负着连续不断地向 井下供给新鲜空气，排出有毒有害气体，保证矿井和作业人员生命安全的 重要任务，所有矿井的通风系统都必须符合?系统简单、安全可靠、经济 合理?，即通风系统简单，便于通风管理；通风经济合理，可以节约通风 费用；而通风系统安全可靠状况直接决定着整个矿井的安全或危险程度， 是煤矿安全工作的重中之重。 近年来，我国煤矿技术高速发展，原煤产量大量提升，瓦斯重大事故 屡有发生。在部分开采时间较长的煤矿中，通风系统不科学合理是造成瓦 斯重大事故的直接原因。随着开采范围的扩大、开采深度的加深、原煤产 量的提高和瓦斯涌出量的增加，矿井出现了通风线路长、通风阻力大、通 风设施差、漏风严重，通风能力不足现象，尤其部分中、小煤矿，通风技 术人员少，基础力量较低，改进意识薄弱，未对负责落后、急需优化的通 风系统进行改造，极易造成通风事故。为了确保矿井通风系统合理、稳定 可靠，杜绝矿井通风及瓦斯、煤尘爆炸事故，对矿井通风系统优化尤为重 要。 邱集煤矿采用立井开拓方式，设计生产能力 45 万 t/年，2005 年经过 矿井技改后，核定生产能力为 90 万 t/年。-395m 水平运输大巷两翼上下山 开采，长壁后退式采煤方法，全部冒落法顶板管理。现主采煤层为 7 层煤， 平均厚度 1.25 米。 矿井通风方式为中央并列式， 副井为进风井， 主井回风， 地面安设两台 FBCDZ-8-№24 型对旋式主扇， 每台功率为 2×280KW， 一台运 转，一台备用。主提风机通风能力 70～90m3/s，进行通风能力核定时主提 风机最大通风量 5100 m3/min。 对于邱集煤矿来说，井下地质条件复杂，矿井通风路线长、阻力大， 通风设施老化，在这种艰苦的环境下，简化矿井通风网络，合理规划矿井 通风设施，合理配备矿井通风量，降低矿井通风阻力，为优化通风系统提
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供条件，使矿井通风达到经济合理的要求。为以后的类似开采条件提供有 价值的借鉴依据，课题研究意义重大。 二、课题研究方法及技术路线 1、课题研究方法： 理论研究与现场实际优化操作相结合的方法 2、课题研究的技术路线： 明确课题研究理论基础――制定研究方案――根据现场调控――依据 理论基础对现场实际操作进行整理分析――总结出矿井开采延伸对矿井通 风系统影响及解决办法――写出研究报告

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矿井通风系统的优化设计与应用 技术研究报告

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矿井通风系统的优化设计与应用
1前
1.1 课题的提出及研究意义 矿井通风是保障矿井安全的主要技术手段之一。在矿井生产过程中， 必须向矿井连续地输送新鲜空气，供给人员呼吸，稀释和排出有害气体及 矿尘，改善井下气候条件及救灾时控制风流的作业。这种利用机械或自然 通风为动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量流动，最后 将污浊空气排出矿井的全过程就称为矿井通风。因此，矿井通风的首要任 务就是要保证矿井空气的质量符合要求。 矿井通风技术是治理煤矿瓦斯、煤尘及火灾的基础，合理高效的矿井 通风系统是煤矿安全生产的基本保障。随着科学技术的发展，煤矿生产机 械化程度的提高，矿井开采规模迅速扩大，通风线路随之加长，通风阻力 增加，工作面配风困难，通风难度相应增加。合理的矿井通风设计应该是 一个安全可靠、技术先进和经济的矿井通风系统。矿井通风系统优化是对 矿井现有通风情况进行分析，找出系统中存在的不足和改进的地方，并在 已提出的众多矿井通风系统方案中，寻找能满足矿井各用风地点供风，满 足矿井安全，有利于矿井生产和降低通风费用的最优通风优化方案。 邱集煤矿位于鲁西北平原，黄河北岸，年生产能力 75 万吨，煤层较 薄，为 7 层，10 层煤，开采难度大，巷道较长，通风阻力较大。矿井采 用立井开拓，中央并列式通风，主井井筒兼作回风井，负井井筒兼作进风 井。建井初期选用 4-72-11 型№20 离心式通风机，后改造为 FBCDZ-8-№ 24 对旋轴流式通风机，装机功率为 2×280 千瓦。随着煤矿开采量的不断 加大，该通风机最大调整到 4600m3/min 的流量已经不能满足需求，为满 足目前及后期风量 6000m3/min 需求，需对矿井通风系统进行优化改造， 通过技术改造及系统优化，进一步提高矿井的经济效益，保证矿井高效、 安全发展具有十分重要的意义。 1.2 矿井最优通风系统方案确定方法 矿井通风系统可以通过对下列几方面进行比较得出该矿最优通风系
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言

统： 1.2.1 改变矿井通风方法。矿井通风方法包括抽出式、压入式和混合 式，当矿井在浅部开采、矿井煤层自燃倾向性或矿井火区比较严重时考虑 用压入式通风方法外，一般空间选择抽出式通风方法，抽出式通风的进风 巷道无需安设风门，便于运输、行人，矿井通风管理工作容易，抽出式矿 井通风的风流处于负压状态，当主要通风机因故停风时，井下风流压力提 高，在短时间内可抑制采空区内瓦斯等有害气体的涌出。混合式通风无论 从管理，还是从装备上都比较复杂，应尽量少采用。 1.2.2 改变矿井通风方式。矿井通风方式分为中央并列式、中央分列 式、两翼对角式、分区对角式和混合式。通风方式的选择，应根据矿井煤 层赋存条件、 地形条件、 井田面积及矿井瓦斯等级、 煤层自燃倾向等情况， 从经济和安全加以分析比较确定。 一般情况下，井田面积小、煤层倾角大、埋藏较深、新建矿井选择中 央并列式，但在这种通风方式中矿井通风路线是折返式的，在同等条件下 和其它通风方式比较，风路较长、阻力较大、漏风较多，而且主要通风机 耗电多，矿井风压变化大。中央边界对角式的矿井通风方式优缺点与中央 并列式相反，分别适用于井田面积大、煤层倾角大、埋藏较深的生产矿井 中。煤层埋藏深、井田规模大、瓦斯等级高、多煤层开采的矿井，宜使用 混合式通风。 1.2.3 简化矿井通风网络。矿井通风网络分为简单通风网络和复杂通 风网络。两者的区别就是网络中有无角联风路。简化矿井通风网络的途径 就是消灭矿井通风网络中的角联风路。 1.2.4 合理规划矿井通风设施。矿井通风设施包括风门、 风墙、风桥、 风窗等。在矿井通风系统中起着至关重要的作用，其设臵首先考虑尽量使 矿井风流进行自然分配，减少矿井通风设施的数量，降低矿井通风阻力。 若自然分配风量不能达到各用风地点的需求，才考虑适当增加通风设施， 并达到经济合理，矿井通风设施的位臵、质量、数量必须符合要求，否则 会导致漏风、风流短路、紊乱及有害气体涌出等现象的发生，降低矿井通 风系统的稳定性和可靠程度。
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1.2.5 合理分配矿井通风量。有效地稀释和排出井下生产过程中产生 的瓦斯、煤尘和其它有害气体，是矿井通风的一项重要任务和目的，矿井 必须按照风量计算办法计算矿井、 采区、 采掘工作面及其它地点的需风量， 依照各地点需风量进行风量分配， 增加通风系统的抗灾能力。 在一些矿井， 因井下开采范围的扩大或加深，工作地点的变更，矿井需风量会发生较大 的变化，所以要及时根据矿井需风量更换主要通风机，使其达到即能满足 矿井安全生产的要求，又经济合理。 1.2.6 降低矿井通风阻力。影响矿井通风阻力的因素很多，如巷道支 护形式及光滑程度、断面大小及变化情况、周边长度及巷道长度，以及矿 井通风网络的布臵、风量分配等。只有通过改变这些基础数据。才能降低 矿井通风阻力，并为优化矿井通风系统提供条件。

2 邱集煤矿概况及通风状况
2.1 井田概况 2.1.1 井田及矿井概况 邱集煤矿隶属于临沂矿业集团公司，位于山东省西北部，地处德州市 齐河县境内，为黄河北煤田第一对投入生产的矿井。井田地理坐标为：东 经 116。23’45〝〞～116。31ˊ07〞， 北纬 36。27ˊ57〞～36。30ˊ57〞。 属黄 河北煤田的一部分，东西长 5～9km，平均 7.1km；南北宽 3～7km，平均 5.6km，勘探面积约 39km2.井田面积 36.1369km2。东以 F8 断层与赵官镇勘 探区分界，西至 F1 断层，北自 F11 断层，南自 13 煤层露头及 F2 断层。煤层 倾角 5～8 度。设计生产能力 45 万吨/年，矿井从 1990 年开工建设，1999 年 5 月试生产，2003 年 12 月 31 日正式生产。矿井核定生产能力 75 万吨 /年，现在册职工 1467 人。 2.1.2 井田范围自然地理概况 本井田地处华北大平原南部，区内地势平坦，地面高程＋27—+30m， 地面坡度 0.05‰，东南 10—15km 有寒武奥陶系出露形成的丘陵，东南距 黄河 8—14km。区内有两条人工河流，东为巴公河，西为中心河，是主要 的农田灌溉河流，河水向北流入齐河县境内的赵牛河，同时也是本区内最 主要的地表水排泄渠道。本井田开采范围内地面对应农作物，是当地农民
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的主要收入来源。

赵官镇 邱集煤矿

邱集煤矿交通位臵示意图 2.1.3 河流水系 井田范围内的主要河流中心河从场区以西流过，田楼南桥处距场区 2.5 ㎞。中心河已经经过治理，防洪水量按 1961 年雨型的 80%计算，田楼 南桥处洪水位为+29.10m，堤顶标高为+30.39m，次之，在场区东 1 ㎞处有 一条人工河，叫巴公河，是井田范围的第二主排水河流，其河床标高为 +26.0m，比工广标高低 3.5m，是矿井正常排水的流入处。塌陷区积水情 况：自 1999 年 5 月开始试生产，前期开采上部煤层，以-395m 为开采水 平。可采煤层中最上部的煤层为 7 煤，煤层厚 1.25m，开采深度为-350m —-388m 之间，现西一采区已回采完毕，采出面积 1.4 平方公里，造成地 面塌陷近 2000 亩，塌陷深度在 0—400mm 之间。在雨水较小季节不影响农 作物的收成，到了雨季汛期，有 300 多亩的土地雨水不能及时排放形成涝 灾。根据当地的气候特征，涝灾一般集中在每年的 7、8 月份，只能对秋 季作物造成损失。 2.1.4 气象
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本区为温带季风区海洋—大陆性气候，属过度类型。年平均气温 13 —15℃最高气温 41.2℃，最低气温-22℃，冻结期为十二月至次年三月上 旬， 最大冻土深度 47 ㎝， 年降雨量为 600—800mm， 年平均蒸发量 1931.1mm， 区内风沙较大，特别是春季，初夏多西南风。 2.2 矿井通风状况 邱集煤矿主通风机通风能力 70～90m3/s， 改造前进行通风能力鉴定时 主提风机最大通风量 5100 m3/min。矿井通风系统改造前矿井需风量为 4800m3/min,预计下一步开拓东八采区及西五采区后，矿井需风量将在 5800～6000m3/min 之间， 地面风硐断面为 2.2×1.9864＝4.37m2,则现有风 量时风硐风速为 18.31m/s,矿井负压为 3980Pa。 开拓东八采区及西五采区 后风硐风速将达到 22.9m/s，均违反了《煤矿安全规程》不超过 15m/s 的 规定。 矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式，副井进风，主井回 风。地面通风机房安装两台 FBCDZ-8-№24 型轴流式主要通风机，配备电 机功率 2×280kW。 风机铭牌参数为： 风机型号：FBCDZ-8-№24 风量 Q：2080～8340m3/min； 风压 H：1420～3800Pa； 功率 P：2×280KW； 风机轴转速：742rpm。

3 邱集煤矿通风系统优化设计及研究应用
3.1 主通风机改造 3.1.1 主通风设备以及风道的现状 原来运行的 FBCDZ-8-№24 对旋轴流式主通风机在通风机房的布臵 如：图 1，风道为建井初期离心式通风机原有的风道，风机接头为马蹄形 斜圆锥台，风道接口直径Φ2280mm，与风机接口直径Φ2420mm,扩散器出 口为直径Φ2800mm 直角弯头，扩散塔为立式结构，出口加消音器，上面 带有防雨帽。
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图 1 ：FBCDZ№24 对旋轴流通风机在风机房内的布臵

通风机房

原风道接头 原风道
Ex Ex

3.1.2 主通风机的结构形式分析 3.1.2.1 该通风机为了能够与原风道联接，采用了前收敛型的风道接 头，无进口集流器，直接影响通风机的气动性能。按照轴流式通风机的设 计理论， 无进口集流器的通风机要比有优良进口集流器的通风机的全压及 效率分别低 10～12%或 10～15%，进口集流器的直径一般是风轮直径的 1.2～1.3 倍。该通风机叶轮直径 2400mm，而风道接口直径为 2280mm，属 于前收敛后扩散型结构， 也就是气流卡脖。 通风网络布臵不合理明确表现： 一是进口缺少直线段或通过渐变经与进口相连； 二是风机进口与突然收缩 管相连，最不宜采用进口扩压形式。 改进措施： 改造原来的风道接口， 扩大断面， 风道接头有原来的Φ2280 改为Φ2720，进一步扩大风机进口截面，改变风机进口气流奈乱现象，减 少涡流区和能量损失，使进口流速比较均匀。由此可有效地提高风机的运 行效率，改造后的风道进口如图 2。 3.1.2.2 该通风机虽然带扩散器，但存在 900 的直角弯头，用 U 形管 测试阻力为 80Pa。 按照通风网络的特性，通风机出口不合理的布臵一般表现在：风机出 口直接接 900 的弯管或逆向弯管；风机出口直接接突然扩大管或直接进入 大气(动压损失过大)。 改进措施：拆除直角弯头，降低风阻，将立式结构改为平式布臵。墙
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内接头改为方圆接头，后面接消音箱及扩散塔，扩散塔出口底部采用大圆 弧结构。墙内接头与消音箱采用软联接，消音箱及扩散器底部均设有移动 滚轮和导轨，便于拆开检查修理和清除杂物。见图 2 3.1.2.3 该轴流式通风机在实际生产运行中产生的工业噪声，已经出 现超标（超 90 dB（A）） ，逐渐会对生产环境和周围操作工人的身心健康 造成不良影响。出口消音箱年久失修，锈蚀严重，消音片严重脱落，风筒 内横七竖八的脱落角钢，穿孔板及玻璃丝面，严重干扰了通风机出口的流 速，进一步加大了风机出口的阻力，造成能耗增大。更为严重的是为反转 反风带来了隐患（脱落的杂物易进入叶轮，造成整个风机的损坏） 。由于 该结构是立式结构，而且消音箱较高，维修也比较困难。 改进措施：轴流式通风机的噪声主要是空气动力噪声。其它如机械噪 声、电磁噪声等，在轴流式通风机正常运行条件下都是次要的。因为主机 布臵在通风机房内，机械噪声及电磁噪声基本上都屏蔽在风机房内。室外 的扩散塔既是噪声的外排口又是煤尘气流的排放口， 是造成噪声污染的主 要声源。该噪声主要是空气动力噪声，即旋转噪声和涡流噪声。该风机因 转速提高，根据旋转噪声的频率?=nzi/60 计算，更换电机以后，增加了 高频噪声。为此，从新设计消音箱，消音方式按传统的阻性消音设计，几 何形状为通道排行片式消音器， 主要是利用声阻进行消声， 该消声器对中、 高频噪声，具有良好的消声效果，解决了刺耳的高频噪声。为了能够更好 的吸收低频噪声，解决涡流噪声的宽频带以及低频噪声衰减较慢的问题， 我们适当地增加了超细玻璃丝纤维的厚度、密度以及选用较低的空隙率， 使之成为具有宽频声带的阻性消声器。 图 2：改造后的 FBCDZ№24 对旋风机在机房内的布臵情况

通风 机房 改后的 风道 方圆 接头 消音箱 扩散塔

Ex

Ex

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同时将扩散器出口等径的方圆接头改为扩散型， 加大消音箱的通流面 积和消音片数，进一步降低出口动压，减少阻力损失，减少能耗，通风阻 力损失不超过 100MPa。因在消音箱底部加设了滚轮，为消音箱的定期维 修清理煤尘，降低劳动强度提供了方便。又进一步改善了扩散器内部周围 的消音效果，更换穿孔板及超细玻璃丝纤维，清理了芯筒上的煤尘，使消 音效果更佳。经测试，噪音明显降低，符合 GB1248-90《工业企业厂界噪 声标准》 。 3.2 风硐的结构布臵情况分析 3.2.1 风硐的井上布臵： 该风道布臵形状初期建为镰刀形状，由主井井筒引出 18 米长的风道 后，分别直角拐接，进入风机，直角段长度 4.2 米，风道形状为矩形，断 面面积为 4.37 ?。开拓东八采区及西五采区后，风量提高到 6000m3/min, 此时风道的风速为 V=6000/（60×4.37）=22.9m/s。按《煤矿安全规程》 严重超风速，不但会增大风阻，还不利于风道测风和安全生产。 3.2.2 巷道结构对风流的阻滞分析： 当空气沿巷道运动时， 由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风 流的阻滞， 扰动作用而形成通风阻力， 它是造成风流能量损失的主要原因， 井巷中的通风阻力一般可分为摩擦阻力（也称沿程损失）和局部阻力。在 井上风道的通风阻力，主要是局部阻力。主要表现在断面突变、渐变、转 弯、分岔处等等，这些地方都是产生涡流区的关键部位，涡流区域愈大， 能量损失愈大，局部阻力也就愈大。按该风道现有的布臵，有四处产生的 涡流区较大，通风阻力增加，直接影响风机运行效率： 其一是扩大断面后的风道与风井接口处仍沿用原来的小断面， 原风道 上面后来增加的一层没有与风井打通，接口断面狭小，与风井相接处下面 无圆弧过渡，属于风道突变型。 其二是风道通风断面狭小，风量过于集中，煤粉堆积严重，造成局部 通风阻力增大。 其三是扩大断面后的风道分别转 90 度的直角弯进入通风机，该处也 产生涡流区的关键部位，易增加能量损失，加大风阻。
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其四是因风机进口断面较小， 扩大断面后的风道与风机进口形成突缩 状态， 而且风道的方形断面风机的圆形断面相接处无过渡， 四处形成死角， 增加能量损失，直接降低风机的运行效率。 3.2.3 风硐改进措施： ⑴ 打通风道扩大断面后与风井的连接部分，扩大风道进口断面，做 到风道接口与风道断面等经，风井与风道相接处下面改为圆弧过渡，保持 风流的通畅，减少涡流损失。 ⑵把原有风道断面扩大为 7.68 ?，形状为‘日’字形状的长方断面， 即在原来矩形风道的基础上面又增加了一层， 由单道通风改为双道并联通 风，扩大通风断面。 ⑶ 将 90 度的直角处，改为大圆弧过渡。做好模板，混凝土浇筑，之 后打掉直角处。 ⑷ 由于风道为方形，风机的风道接口为圆型，将风道接口处做成 30 度的斜度与圆风道接头平滑过渡，有突缩型变为渐缩型。 3.3 井下通风网络分析 3.3.1 矿井阻力产生分析 当矿井总风量不足时，如果能降低矿井总风阻，不仅可以增大矿井总 风量，而且可以降低矿井通风总阻力。矿井总风阻不仅与矿井最大阻力路 线上的井巷的风阻有关，而且与井巷所构成通风网络的结构有关，因此， 降低矿井总风阻一方面降低矿井最大阻力路线上各井巷的风阻， 另一方面 应改善通风网络结构，合理安排采掘接替和用风地点配风，尽量缩短最大 阻力路线的长度，避免在主要风路上安装调节风窗等。 3.3.2 矿井降阻措施分析 井下布臵有两条主要大巷，其中一条为进风巷，一条为回风巷。由于 生产接续布臵不合理，井下主要生产区布臵在西部采区，造成东、西生产 布臵失调，因此，在东翼采区总回风巷内设臵调节风窗进行风量调节，西 翼西三采区回风巷由于受采动影响，巷道局部变形，部分巷道段断面积由 原来的 5.6 ?缩小到 4.0 ?左右，锚喷支护改为架钢棚支护，造成巷道阻 力增大。
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改进措施： ⑴优化采区设计，做到东、西两翼均衡开采，合理分配风量，拆除东 翼回风巷的调节风窗，降低巷道局部阻力。 ⑵对受采动影响的西翼西三采区回风巷进行起底修复， 利用矿井检修 时段对变形巷道逐段进行改造，扩大巷道断面，同时对原有架棚支护段改 为锚喷支护，提高巷道壁面的平整、光滑度，降低摩擦阻力系数。 ⑶及时清理巷道中的堆积物， 尽量避免成串的矿车长时间地停留在主 要进风巷道内，以免阻挡风流。 3.4 矿井通风系统优化改造后的效果 ⑴矿井负压原来的 3340Pa 降至 2330Pa，矿井主要通风机在没有更换 的情况下，矿井总排风量由原来的 5600m3/min 提高到 7000 m3/min，纯增 加风量 1400 m3/min。 ⑵由于矿井通风阻力的下降，主要通风机年耗电量由系统改造前的 499.63 万 kW〃h/a 降至 449.4 万 kW〃h/a，年节省电费 20 万元。 ⑶矿井通风系统以改造通风网络中通风机工作状态， 使通风机工况点 保持在合理高效区运行，并降低能耗。 ⑷由于通风网络的优化，确保了矿井稳产、高产。 ⑸矿井通风系统更趋于合理，提高了矿井抗灾、救灾能力。 3.5 主要结论 矿井在遵守确保矿井风流可靠，用风地点风量满足需要，力求经济合 理，尽量减少通风工程量，降低通风费用。尽可能减少公共风路风阻的原 则来优化矿井通风系统，即能满足矿井通风安全基本要求，使风网与风机 相互匹配，提高矿井通风管理水平，又能获得良好的经济效益。在对邱集 煤矿通风系统优化设计改造中，根据矿井实际情况，创新思路，取得了良 好效果，主要创新点有以下几个方面： ⑴风机扩散器后面的整机部分锈蚀严重， 给通风机安全运行带来重大 隐患， 如更换整机费用耗资巨大， 我们采取对整机内外进行抛丸清沙除锈， 在内部敷 6 毫米的 Q235 甲类钢板，最后喷涂耐酸腐锌漆进行防腐处理， 在不影响主风机正常运行的情况下，逐台施工，通过以上处理，不但施工
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简单可靠，又节约了更换整机的大量资金，保证了通风机的安全运行。 ⑵把原有形状为‘口’字形状的长方断面，改形状为‘日’字形状矩 形断面，即在原有风道的基础上面又增加了一层，由单道通风改为双道并 联通风，扩大通风断面，降低了风硐风速，使之符合了规程规定。该施工 造价少，工期短，又不影响矿井正常供风。 ⑶将立式结构扩散器改为平式布臵扩散器。墙内接头改为方圆接头， 后面接消音箱，扩散器出口底部采用大圆弧结构。墙内接头与消音箱采用 软联接，消音箱及扩散器底部均设有移动滚轮和导轨，便于拆开检查修理 和清除杂物，保证了气流流畅，降低风阻 100Pa 左右。

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地面风硐改造示意图
A
主通风 机 房

A

主 井

风 硐

B
拆除 新建风硐 主 井 风 硐

拆除

主通风 机 房

A---A

新建风硐 原风硐

B B---B

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矿井通风系统的优化设计与应用 社 经 效 分 报 会 济 益 析 告

临沂矿业集团邱集煤矿 二〇一〇年四月

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矿井通风系统的优化设计与应用 社会经济效益分析报告
在矿井通风网络中，风量按照网络中各分支风阻的大小自然分配，往 往不能满足作业地点的风量需求， 需要采取控制和调节风量的措施。 另外， 随着生产过程中的发展和变化，工作面的推进和更替，巷道风阻、网络结 构及所需的风量均在不断变化，相应地要求及时进行通风系统优化。所以 通风系统优化是矿井通风技术管理中的一项重要工作， 它对矿井安全生产 和节约通风费用都有重大的影响。 邱集煤矿对通风系统的优化设计与应用 为我矿安全生产和社会稳定发挥了重大作用， 具有显著的社会效益和经济 效益。 一、社会效益分析 1、通过对矿井通风系统的优化，有效增加了矿井总风量，有力地保 障了矿井的安全生产。 2、通过对井下的通风网络进行改造，保证了矿井的安全生产，有效 地预防了通风事故的发生。 3、为同类开采条件矿井通风系统优化和改造提供了借鉴。 4、矿井通风系统更趋于合理，提高了矿井抗灾、救灾能力。 二、经济效益分析 1、随着西五采区开采范围的扩大、延深，通风阻力随之加大，计划 在西五建一风井，以满足西五采区的正常生产，预计投资 800 余万元，经 过优化改造，现通风能力完全满足了西五采区的开采延伸，节约资金 800 余万元。 2、 主要通风机年耗电量由系统改造前的 499.63 万 kW〃 降至 449.4 h/a 万 kW〃h/a，年节省电费 20 万元。 3、由于通风网络的优化，确保了矿井稳产、高产。 临沂矿业集团邱集煤矿财务科

二〇一〇年四月
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用 户 使 用 报 告

临沂矿业集团邱集煤矿 二〇一〇年四月

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矿井通风系统的优化设计与应用 用户使用报告
邱集煤矿对通风系统的改造为矿安全生产和社会稳定发挥了重大作 用，具有显著的社会效益和经济效益。 1、矿井负压原来的 3340Pa 降至 2330Pa，矿井主要通风机在没有更 换的情况下，矿井总排风量由原来的 5600m3/min 提高到 7000 m3/min，纯 增加风量 1400 m3/min，矿井阻力也降到了符合规定之内。 2、由于矿井通风阻力的下降，主要通风机年耗电量由系统改造前的 499.63 万 kW〃h/a 降至 449.4 万 kW〃h/a，年节省电费 20 万元。 3、矿井通风系统以改造通风网络中通风机工作状态，使通风机工况 点保持在合理高效区运行，并降低能耗。 4、通过对井下的通风网络进行改造，保证了矿井的安全生产，有效 地预防了通风事故的发生。 5、矿井通风系统更趋于合理，提高了矿井抗灾、救灾能力。 通风系统经过优化改造，现通风能力完全满足了西五、东八采区的开 采延伸，确保了矿井稳产、高产，为以后的类似开采条件提供了有价值的 借鉴依据。

临矿集团邱集煤矿通防科

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