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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
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。
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-4-
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
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。
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
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。
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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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
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
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 技术研究报告
临沂矿业集团邱集煤矿 二〇一〇年四月
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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。
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。
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
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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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 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
二〇一〇年四月-
