摘要：分析了矿井通风系统的复杂性、稳定性差的原因和其对矿井安全生产和其他方面管理带来的不利因素，提出采用“收缩战场，合理布局”的方式来提高矿井通风系统的稳定性，对矿井通风系统的简化、优化和管理有一定的现实指导意义。
关键词：杨庄煤矿；通风系统；稳定性；改造
中图分类号：TD724文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0017－02
矿井通风系统是矿井生产系统的一个关键组成部分，它对矿井的安全生产和经济效益都起着重要的作用。但在实际生产过程中，煤矿通风系统经常会遇到以下两种情况：①原有的通风系统经常因为要适应生产布局的需要而被动作出调整，而这种调整往往很难有效兼顾全局，致使通风系统的防灾、抗灾能力逐渐降低。②矿井不断被开采，井下必然会产生废旧巷道，随着时间的推移，大量废旧巷道导致矿井的生产布局愈发散乱，通风系统日趋复杂、通风流程不断延长、通风阻力逐渐增大、漏风量日渐攀升，矿井主要通风机长期不在高效区域内运行等问题，同时也导致通风效率低下，造成了极大的电力浪费，加大了生产成本。
鉴于此，如何使矿井通风系统达到正规合理、稳定可靠的要求，就成了许多煤矿所面临的棘手问题。以下试图通过对淮北矿业（集团）杨庄煤矿简化、优化矿井通风系统进行分析，来做一些有益的探索。
杨庄煤矿通过采用“收缩战场、合理布局”的方式来简化、优化矿井通风系统，不仅保证了井下安全，同时也取得了良好的经济效益。
1杨庄煤矿的概况和背景
杨庄煤矿投产于1966年，改建、扩建后，年最大生产能力可达2.2×106 t，矿井的主采煤层系5#，6#煤层，系属高瓦斯矿井。煤矿绝对瓦斯涌出量为36.58 m3/min，相对瓦斯涌出量为11.6 m3/t。煤层的自然发火等级属于Ⅲ类（不易自燃），煤尘爆炸指数为17.74%～18.71%.
该矿井采用的是立井多水平开拓、上下开采的方式。目前，一水平业已报废，二水平、三水平属于生产水平，四水平则为开拓延伸水平。
该矿井的通风方式为抽出式，即中央边界对角分区的通风方式。矿井采用多风井复杂通风系统，新、老副井为进风井，土型、东二和西二3个风井是回风井。目前，土型风井系统资源已基本枯竭，采掘工作面主要布置在东二和西二2个风井。
在改造前，该矿井的风门和封闭等通风设施总计达400余
的变化，θ，δ，T的变化如表3所示（其中，θ" =90－θ是摇摆角）。
表3负浮力变化引起的参数变化
ΔG/Nθ/°δ/°T/Nθ"/°
76683.605 379.314 5765.095 232 76.394 7
78084.828 279.502 4781.587 086 35.171 8
79684.889 879.712 7797.460 318 15.110 2
80684.927 679.840 0807.384 732 55.072 4
82685.001 680.085 5827.241 426 54.998 4
从表3中可以看出，随着正浮力的增大，θ和δ呈上升趋势，锚链对水下平台的系泊力T也在逐渐增大，而摇摆角θ" 却在明显减小。由此可见，可以通过增加水下平台的负浮力使水下平台的系留更加稳定。但是，随着负浮力的增大，锚链所受的拉力也在同步增加，所以，通过增加水下平台的负浮力来提高水下平台的系留稳定性时，一定要注意锚链可以承受的最大拉力。
综上所述，为了保证在水下系留状态水下平台具有稳定的姿态，我们可以通过以下几种方法实现：①改变重心与浮心之间的距离。重心、浮心之间的距离越大，水下平台系留姿态的稳定性就越好。②增大正浮力。此方法也可以提高水下平台系留姿态的稳定性，但是，与正浮力同时增大的锚链系泊力T对锚链的要求也在相应提高。
此外，xt与Δxp的变化也会对水下平台系留姿态的稳定性产生影响，本文在此不作研究。
3结束语
对单点水下系留平台的系留方式作了深入分析、计算、研究，并对如何通过水下平台衡重参数的改变来提高平台系留姿态稳定性作了计算证明，得出了切实、可行的方法和结论。目前，对水下系留平台的动力学方法计算结果虽然可以满足工程的要求，但是，其满足程度也是相对准静定法而言的，其本身也存在一些还没有解决的难题，需要作更深入的分析、研究。
参考文献
［1］汤小霞.波浪作用下锚泊系统动力响应的数值模拟［D］.大连：大连理工大学，2006.
［2］吴亚军，雷江涛，王珲.基于遗传算法的AUV壳体环肋模糊可靠性优化设计［J］.鱼雷技术，2006（3）.
［3］杜度，张宁，马骋，等.系泊系统的时域仿真及其非线性动力学特性分析［J］.船舶力学，2005（4）.
〔编辑：白洁〕
Stability of Single Point Mooring Underwater Platform
Ding Baojun
Abstract: The single-point mooring system of underwater platform gave way and remains static stability analysis, and thus affects the balance weight parameters discussed tethered to the platform stability. The method used to calculate the static equilibrium analysis of system stability remain underwater platform, a comprehensive understanding of the underwater platform features in terms of movement and mooring forces, thus providing the theoretical basis for decision making underwater platform design and practical use.
Key words: single-point mooring; underwater platform; stability; static analysis
道，且风流路线较长，最大流程可达11 000 m。回风巷道长4 000，且年久失修，通风断面严重不足。3个回风井始终处于高阻运行状态，特别是西二风井，其最大负压达到3 250 Pa。3个风井共服务6个采区，用风地点分散，通风设施数量多，通风系统复杂，通风管理困难。因此，对矿井通风系统进行改造是很有必要的。
2通风系统简化、优化的依据和方法
实现通风系统的正规、合理，且实现主要通风机的安全、经济运行，是搞好矿井通风管理和实现矿井安全生产的前提和基础。
鉴于杨庄煤矿的井巷工程和通风设备已形成定局，本着投资少、效益高的目的，在现有矿井通风系统的基础上进行简化和优化成为必然的选择。具体的简化、优化技术路线有以下三条：①需要对矿井通风系统的现状进行一个比较全面的调查，调查内容主要包括通风系统的网路结构，测定主要通风机的性能数值、测定通风阻力数值、测定井下风量数值和对漏风原因进行分析。②需要对矿井的通风现状进行客观、科学的分析，主要包括矿井的核定生产能力，矿井的采掘接替如何安排，矿井的通风网路结构是否合理，主要通风巷道的断面、长度和支护形式，最大阻力路线的分布范围，通风系统目前存在的问题。③拟出几个简化、优化通风系统的可行性方案，通过计算机模拟对比，选取最优。
3通风系统简化、优化的实践和效果
3.1通风系统的现状测定和分析
杨庄煤矿通风系统属于多水平、多风井的复杂通风系统，通风设施比较多，全矿通风设施总计400余道，其中，风门共计160道，挡风墙共计240道。由于该通风系统漏风点较多，因此管理非常困难。
土型风井担负着Ⅱ57和Ⅱ65两个采区的通风任务，因资源枯竭，这两个采区都面临报废。Ⅱ57和Ⅱ65采区报废后，将出现通风资源浪费现象。
东二风井分别担负着Ⅱ61，Ⅲ51和Ⅲ63 3个采区的通风任务，所需风量较大，通风比较困难。
西二风井只担负着Ⅲ62采区的通风任务，但该风井后期需要担负起Ⅳ2采区和城下煤柱的通风任务，届时将无法满足生产所需要的风量。
Ⅱ57采区的人行上山回风巷、Ⅲ63采区的人行上山回风巷、611采区的轨道上山回风巷和Ⅲ62采区的回风上山回风巷均已出现局部垮落、变形等情况，成为高风阻段。
3.2通风系统简化、优化的实施
通风系统简化、优化的实施分为以下几步：①关闭、简化不必要的生产系统。报废Ⅱ65、Ⅱ57两个采区，并拆除封闭，同时将原有的6个采区减少为4个，5 个采煤工作面减为4 个，21个掘进工作面减为17个，从而实现“收缩战场，合理布局”。②扩修巷道，疏通网络，降低矿井通风阻力，保证通风系统畅通。新建Ⅲ51采区辅助进风巷（220 m），修护Ⅱ52采区运输上山回风巷（1 100 m），Ⅰ采区水平东大巷（2 000 m）和Ⅱ57采区、Ⅲ62采区、Ⅲ63采区3个采区的回风道（5 230 m）。③简化矿井的通风系统，精简矿井的通风设施，从而提高矿井通风系统的稳定性和可靠性。风门从原先的160道减至96道，封闭（挡风墙）由原有的240道减至160道。风门和封闭总计减少了144道，与原先相比，减少了36%. ④调整通风负担，合理安排通风任务。Ⅲ63采区通风任务原先由东二风井担负，通过新建井巷（360 m）和扩修巷道（2 000 m），将其调整为由土型风井来担负通风任务，从而解决了东二风井通风能力较为紧张的问题，同时也解决了土型风井通风资源严重浪费的问题。
3.3改造西部通风系统
方案一：启用原西一风井。
方案二：建造新西风井，关闭西二风井。新西风井回风道井巷工程252 m，井筒231 m。
利用计算机进行模拟试验，方案一中，风机初选工况点数值Q为72.5 m/s，H为4 116 Pa，最大通风流程为13 554 m；而方案二中，风机初选工况点数值Q为80. 19 m/s，H为2 601 Pa，最大通风流程为11 216 m。
通过比较经济技术可知，方案二的风机初选工况点中Q值大于方案一，H值和最大通风流程均小于方案一，因此，方案二通风效果比方案一要好，最终选择方案二，即建造新西风井，关闭西二风井。
3.4通风系统最终简化、优化效果
改造前后的效果主要体现在以下几方面：①改造前，有效风量率为87.5%；改造后，有效风量率提高至89.7%，漏风量明显的降低。②改造前，土型风井的负压为2 750 Pa；改造后，土型风井的负压下降至2 350 Pa，年用电量降低，每年可节省电费支出14. 74万元。③改造后，东二风井年用电量降低，每年可节省电费支出17. 51 万元。④经过改造，西部通风系统在满足Ⅲ62采区通风任务的同时，还有效担负起Ⅳ2采区和城下煤柱的通风任务，实现了通风资源的优化配置。不仅如此，同方案一比较，方案二大大降低了通风系统的年用电量，每年节省电费支出66. 93万元。⑤从整体运行效果来看，改造后，整个矿井的通风设施大为减少，通风流程大大缩短，通风阻力明显降低，所有测定数据均达到了预期值。由此可见，改造后整个通风系统正规、合理，而且运行可靠、稳定、高效、节能，满足安全生产的实际需要。
4总结和体会
结合杨庄煤矿矿井通风系统的简化和优化实际案例可知，简化、优化的目的、原则和方法概括起来就是“收缩战场、合理布局”。通过简化、优化矿井的通风系统，大大提升了矿井的防灾和抗灾能力，整个矿井通风系统正规合理、稳定可靠，并能将生产安全和经济效益这两者有效地统一起来。
当前，我国很多老矿存在着同杨庄煤矿一样的问题。另外，一些新矿新设备和新技术的运用在大大提高生产效率的同时，也逐渐出现了同杨庄煤矿一样的问题，因此，杨庄煤矿的改造经验具有一定的普适性。同时，分析和总结杨庄煤矿的矿井通风系统改造经验，对我国矿井通风系统效能的整体提升有着不可或缺的作用。
参考文献
［1］黄元平.矿井通风［M］.徐州：中国矿业学院出版社，1986.
［2］吴中立.矿井通风与安全［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1989.
［3］俞启香.矿井瓦斯防治［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1992.
〔编辑：刘晓芳〕
Analysis and Experience of Yangzhuang Mine Ventilation System Transformation
Li Xiaoxia
Abstract: The complexity of the causes of poor stability and unfavorable factors for mine safety and other aspects of management to bring the mine ventilation system, proposed a“shrink battlefield, rational distribution,”the way to improve the stability of the mine ventilation system , to simplify the mine ventilation system, optimization and management has some practical significance.
Key words: Yangzhuang Mine; ventilation system; stability; transformation