田陈煤矿北区开拓通风系统优化改造
1 问题的提出
田陈煤矿是枣庄矿业集团公司下属的一座现代化大型矿井，设计生产能力120万t/a，现在实际生产能力为150万t/a左右。矿井现采用中央并列式通风、通风方式为抽出式。由位于井田工业广场的主、副井进风，中央风井回风。田陈煤矿随着开采的逐步深入，矿井向北翼采区，尤其是北七采区的开拓延伸，通风距离不断加长。同时，生产过分向北翼采区的集中，导致北翼采区用风量过大，改造通风系统将使通风阻力增高。矿井通风系统阻力过大，不仅消耗过高的风机的能耗，而且造成矿井漏风量增大。降低了矿井的有效风量，不利于通风系统的稳定性与可靠性。为减轻现有主要通风机井下通风阻力，决定开掘北区回风井，待北七采区投产后，采用主、副井进风，中央风井和北风井回风的通风方案。
2 通风系统的测定与分析
矿井通风阻力淀定是矿井通风管理技术工作的重要内容。通过阻力测定不仅可以了解矿井通风系统的阻力分布状况、功率消耗情况，实现矿井通风的科学管理，而且为矿井通风系统调整、设计，以及实施各项安全技术措施提供可靠的技术依据。采用基点气压计法对全矿井进行了通风系统阻力测定，主要测定路线为南二、北三和北五。
田陈煤矿目前由主、副井进风，回风则主要由中央风井完成；矿井当前主要生产采区为北五、北三、南二采区。由于北部采区是矿井今后开拓开采的重点区域，因此根据矿井生发展的需要，结合下一步通风系统优化研究工作的需要，侧重对北五采区的最大通风阻力路线分布进行了分析，见表1。
表1 田陈煤矿518工作面通风路线阻力分布表
类 别
进风段
用风段
回风段
总计
通风阻力/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可见，进风、用风和回风段的各自通风阻力的比例分布不合理。回风段阻力占最大阻力路线的69.23％，明显过高，不仅增大了通风机的电耗，还表明通风系统的老化与失调。而且，随着矿井向深部区域的延伸，通风阻力必将继续增加，因此，必须结合通风系统的改造工作，采取合理、有效的措施，降低矿井的通风阻力。
3 通风系统方案的优化分析
针对田陈煤矿的实际情况，初步拟定了4个通风系统优化方案，即方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。各方案简要描述见表2。
表2 各方案通风机型号表
方案号
方案描述
通风机型号
中央风井
北风井
Ⅰ
-370m水平＋单风机
2K60-4No.28
Ⅱ
-370m水平＋双风机
2K60-4No.28
BDK60-8No.24
Ⅲ
-547m水平＋单风机
2K60-4No.28
Ⅳ
-547m水平＋双风机
2K60-4No.28
BDK60-8No.24
矿井通风网络解算采用最新研制的基于windows的矿井通风网络解算程序Mine进行解算，其结果如表3所示。
表3 通风系统优化方案的计算机解算结果
方案号
名 称
风机参数
通 风 机 工 况
风量/(m3/min)
风压/Pa
效率/%
辅功率/kW
Ⅰ
中央风井
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td="14284">θ＝39°n=600r/min
9 076
2 920
84.6
532.83
Ⅱ
中央风井
北风井
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
中央风井
θ＝39°n=600r/min
9 127
2 880
85.2
524.91
Ⅳ
中央风井
北风井
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
模糊综合评判是一处对矿井通风系统作客观公正评判的较好优选方法，它适用于矿井通风系统优化评判的原因在于：在进行矿井通风系统优化时，会涉及到许多非确定性的因素，即模糊性的因素。所谓模糊，是指边界不清楚，即在质上没有确切的含义，在量上没有铁边界。评价矿井通风方式、矿井风量供需比、矿井风流稳定性的程度、矿井抗灾能力等指标都是模糊的，因在评价矿井通风系统是涉及到模糊概念，因此，矿井通风系统方案的优化适宜采用模糊评判方法。在研究中采用模糊优选分析法对以上4个方案进行分析比较。
模糊优选分析法具有下列优点：
1）模糊优选分析法采用非线性模型，使得各方案的隶属度具有较大的离散性，便于比较，易于决策；
2）模糊优选分析法通过设定各个指标的上下限，有效地避免了单个指标积分过高或偏离值过小的问题；
3）模糊优选分析法易于程序化，其应用可以使得矿井通风系统方案的评判更为科学。
正是因为模糊优选分析较现广泛应用的模糊综合评判（加权平均模型）有不可比拟的优势，故采用该分析法进行通风系统优化评判，优化结果见表4。
表4 各方案的模糊优选分析结果
类 别
方案Ⅰ
方案Ⅱ
方案Ⅲ
方案Ⅳ
“优”的隶属度
0.138
0.814
0.205
0.863
最优方案
方案Ⅳ
由以上采用模糊优选分析法对4个方案的分析比较，可看出最优方案为方案Ⅳ，该方案具有如下突出优点：
1）充分利用了现正在生产的北五采区一阶段的轨道、胶带、回风3条下山，布置在-547m水平大巷，煤炭运输和辅助运输能力大，大巷与北五下山连接简单。
2）打北风井后，两套通风设施实施分区式通风，通风系统简单，便于风路的调节和管理，对矿井安全生产极为有利。
3）施工和安装设备期间不影响矿井的正常生产。
4）主要开拓大巷均为进风，有新鲜风流，井下的环境较好。
5）不用对原中央风井设施进行更新改造，且通风系统管理容易。
在此，针对田陈煤矿的实际情况，对田陈煤矿通风系统改造提出如下建议：
1）北风井完工之前是矿井通风最困难的时期，一定要切实加强矿井瓦斯，煤尘的监测，重视矿井的安全生产、落实“按风定产”的原则。
2）由于所期矿井风压较高，风量较大，应切实加强通风构筑物的管理。
3）北风井完工后，-547m总回风巷道是矿井极其重要的回风巷。由于风量大，风速高，应经常维护，并清除巷道内的一切杂物，防止堵塞。
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td="14284">bsp;4 结束语
根据田陈煤矿通风系统改造的需要，中国矿业大学联合田陈煤矿对矿井当前通风系统进行了全面的测试与优化分析。根据测定的结果提出了相应的4个通风系统改造方案，并运用当前一种最优的模糊综合评判的新方法——模糊优选分析法对这4个方案进行了综合分析比较，得出了最优方案。研究结果对田陈煤矿北七采区下一步的开拓开采具有指导意义。
《矿业安全与环保》 （李刚、王德明、周福宝）
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