田陳煤礦北區開拓通風系統優化改造
1 問題的提出
田陳煤礦是棗莊礦業集團公司下屬的一座現代化大型礦井，設計生產能力120萬t/a，現在實際生產能力為150萬t/a左右。礦井現采用中央并列式通風、通風方式為抽出式。由位于井田工業廣場的主、副井進風，中央風井回風。田陳煤礦隨著開采的逐步深入，礦井向北翼采區，尤其是北七采區的開拓延伸，通風距離不斷加長。同時，生產過分向北翼采區的集中，導致北翼采區用風量過大，改造通風系統將使通風阻力增高。礦井通風系統阻力過大，不僅消耗過高的風機的能耗，而且造成礦井漏風量增大。降低了礦井的有效風量，不利于通風系統的穩定性與可靠性。為減輕現有主要通風機井下通風阻力，決定開掘北區回風井，待北七采區投產后，采用主、副井進風，中央風井和北風井回風的通風方案。
2 通風系統的測定與分析
礦井通風阻力淀定是礦井通風管理技術工作的重要內容。通過阻力測定不僅可以了解礦井通風系統的阻力分布狀況、功率消耗情況，實現礦井通風的科學管理，而且為礦井通風系統調整、設計，以及實施各項安全技術措施提供可靠的技術依據。采用基點氣壓計法對全礦井進行了通風系統阻力測定，主要測定路線為南二、北三和北五。
田陳煤礦目前由主、副井進風，回風則主要由中央風井完成；礦井當前主要生產采區為北五、北三、南二采區。由于北部采區是礦井今后開拓開采的重點區域，因此根據礦井生發展的需要，結合下一步通風系統優化研究工作的需要，側重對北五采區的最大通風阻力路線分布進行了分析，見表1。
表1 田陳煤礦518工作面通風路線阻力分布表
類 別
進風段
用風段
回風段
總計
通風阻力/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，進風、用風和回風段的各自通風阻力的比例分布不合理。回風段阻力占最大阻力路線的69.23％，明顯過高，不僅增大了通風機的電耗，還表明通風系統的老化與失調。而且，隨著礦井向深部區域的延伸，通風阻力必將繼續增加，因此，必須結合通風系統的改造工作，采取合理、有效的措施，降低礦井的通風阻力。
3 通風系統方案的優化分析
針對田陳煤礦的實際情況，初步擬定了4個通風系統優化方案，即方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。各方案簡要描述見表2。
表2 各方案通風機型號表
方案號
方案描述
通風機型號
中央風井
北風井
Ⅰ
-370m水平＋單風機
2K60-4No.28
Ⅱ
-370m水平＋雙風機
2K60-4No.28
BDK60-8No.24
Ⅲ
-547m水平＋單風機
2K60-4No.28
Ⅳ
-547m水平＋雙風機
2K60-4No.28
BDK60-8No.24
礦井通風網絡解算采用最新研制的基于windows的礦井通風網絡解算程序Mine進行解算，其結果如表3所示。
表3 通風系統優化方案的計算機解算結果
方案號
名 稱
風機參數
通 風 機 工 況
風量/(m3/min)
風壓/Pa
效率/%
輔功率/kW
Ⅰ
中央風井
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td="14284">θ＝39°n=600r/min
9 076
2 920
84.6
532.83
Ⅱ
中央風井
北風井
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
中央風井
θ＝39°n=600r/min
9 127
2 880
85.2
524.91
Ⅳ
中央風井
北風井
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
模糊綜合評判是一處對礦井通風系統作客觀公正評判的較好優選方法，它適用于礦井通風系統優化評判的原因在于：在進行礦井通風系統優化時，會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，即在質上沒有確切的含義，在量上沒有鐵邊界。評價礦井通風方式、礦井風量供需比、礦井風流穩定性的程度、礦井抗災能力等指標都是模糊的，因在評價礦井通風系統是涉及到模糊概念，因此，礦井通風系統方案的優化適宜采用模糊評判方法。在研究中采用模糊優選分析法對以上4個方案進行分析比較。
模糊優選分析法具有下列優點：
1）模糊優選分析法采用非線性模型，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）模糊優選分析法通過設定各個指標的上下限，有效地避免了單個指標積分過高或偏離值過小的問題；
3）模糊優選分析法易于程序化，其應用可以使得礦井通風系統方案的評判更為科學。
正是因為模糊優選分析較現廣泛應用的模糊綜合評判（加權平均模型）有不可比擬的優勢，故采用該分析法進行通風系統優化評判，優化結果見表4。
表4 各方案的模糊優選分析結果
類 別
方案Ⅰ
方案Ⅱ
方案Ⅲ
方案Ⅳ
“優”的隸屬度
0.138
0.814
0.205
0.863
最優方案
方案Ⅳ
由以上采用模糊優選分析法對4個方案的分析比較，可看出最優方案為方案Ⅳ，該方案具有如下突出優點：
1）充分利用了現正在生產的北五采區一階段的軌道、膠帶、回風3條下山，布置在-547m水平大巷，煤炭運輸和輔助運輸能力大，大巷與北五下山連接簡單。
2）打北風井后，兩套通風設施實施分區式通風，通風系統簡單，便于風路的調節和管理，對礦井安全生產極為有利。
3）施工和安裝設備期間不影響礦井的正常生產。
4）主要開拓大巷均為進風，有新鮮風流，井下的環境較好。
5）不用對原中央風井設施進行更新改造，且通風系統管理容易。
在此，針對田陳煤礦的實際情況，對田陳煤礦通風系統改造提出如下建議：
1）北風井完工之前是礦井通風最困難的時期，一定要切實加強礦井瓦斯，煤塵的監測，重視礦井的安全生產、落實“按風定產”的原則。
2）由于所期礦井風壓較高，風量較大，應切實加強通風構筑物的管理。
3）北風井完工后，-547m總回風巷道是礦井極其重要的回風巷。由于風量大，風速高，應經常維護，并清除巷道內的一切雜物，防止堵塞。
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td="14284">bsp;4 結束語
根據田陳煤礦通風系統改造的需要，中國礦業大學聯合田陳煤礦對礦井當前通風系統進行了全面的測試與優化分析。根據測定的結果提出了相應的4個通風系統改造方案，并運用當前一種最優的模糊綜合評判的新方法——模糊優選分析法對這4個方案進行了綜合分析比較，得出了最優方案。研究結果對田陳煤礦北七采區下一步的開拓開采具有指導意義。
《礦業安全與環保》 （李剛、王德明、周福寶）
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