煤礦通風系統(tǒng)性能評定與優(yōu)化分析

【摘要】在正常的煤礦生產過程中，有害氣體以及煤灰塵的大量聚集都會導致火災、爆炸等安全事故，給生產和人員安全帶來巨大的威脅。礦井通風是解決這些問題的最有效方法，因此，煤礦通風系統(tǒng)性能的好壞成為煤礦安全生產的重要指標。本文主要通過描述煤礦通風系統(tǒng)性能的各項指標，分析系統(tǒng)評定和優(yōu)化方式、措施，確保煤礦通風系統(tǒng)安全。

【關鍵詞】煤礦；通風系統(tǒng)；指標；評定與優(yōu)化

1、煤礦通風系統(tǒng)優(yōu)化的特點

煤礦通風是由多個部分組成的系統(tǒng)，具有較強的動態(tài)性、開放性，因此通風系統(tǒng)的優(yōu)化需要從以下幾個基本特點進行：（1）通風系統(tǒng)優(yōu)化屬于大型工程，其過程具有不可描述性，體現(xiàn)了通風系統(tǒng)的復雜性特點；（2）通風系統(tǒng)優(yōu)化具有鮮明的個性特點，準對不同的煤礦環(huán)境和系統(tǒng)設計人員，具有不同的優(yōu)化設計方案，通常通風系統(tǒng)優(yōu)化是設計員根據基本理論知識結合實踐經驗以及煤礦現(xiàn)狀進行的；（3）優(yōu)化過程的處理對象具有動態(tài)性，不是簡單的圖形、數字、公式所能描述出來的，并且這些處理對象往往是系統(tǒng)優(yōu)化效果的決定因素；（4）系統(tǒng)優(yōu)化是單個進行的，具有整體相異和局部相似性，每個礦井通風系統(tǒng)具有獨特之處，但又具有相似性；（5）通風系統(tǒng)所處的環(huán)境不同，其優(yōu)化選擇亦不相同，影響通風系統(tǒng)優(yōu)化的因素主要有開拓方式、煤層賦存條件、地質條件等，并且還有些因素具有模糊性、不完備性，因此其系統(tǒng)優(yōu)化的指標也不盡相同。

2、礦井通風系統(tǒng)改造與優(yōu)化的要求

在煤礦通風系統(tǒng)的優(yōu)化過程中，受限于礦井的開采階段、開采方式、煤層賦存條件、地質條件、有害氣體或煤塵的儲量等因素的影響，其優(yōu)化方案和方法、途徑不盡相同，因此，煤礦通風系統(tǒng)優(yōu)化很難有統(tǒng)一的模式。在礦井通風系統(tǒng)改造與優(yōu)化工程中，具有一些基本的要求：（1）要求通風能力應和礦井生產能力相適應；（2）通風系統(tǒng)優(yōu)化方案合理可靠，保證具有穩(wěn)定持續(xù)運行且風量充足穩(wěn)定的通風系統(tǒng)前提下，綜合考慮成本、工程量、材料消耗等，以最小的投入獲得做大經濟效益；（3）根據本地區(qū)、本單位的財力、物力，盡可能采用先進技術和設備，抗災能力強，能在災害發(fā)生時使災情不擴大，使之減少到最小范圍。

3、礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化研究

3.1通風阻力

在礦井通風系統(tǒng)中，通風阻力是其中一個研究重點，通風阻力的研究在礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化、管理、維護等程序中占據重要地位，阻力越低，實現(xiàn)的通風效果越好。因此降低通風阻力的研究是關系到礦井生產安全和經濟效益的關鍵因素。礦井通風阻力的影響因素一般來說主要有以下幾個方面：

（1）風量對阻力的影響。通風系統(tǒng)中風阻力為：，其中h為通風總阻力，R為風阻系數，Q為風量。由公式可見，通風系統(tǒng)風阻力與風量成正比，風量直接決定了通風總阻力的大小。各分支通風的風量越保持穩(wěn)定平衡、保持自然風量，通風總阻力越小。另外，多風機聯(lián)合運轉時，同樣會對通風總阻力產生影響。

（2）分支風阻對通風總阻力的影響公式為：，其中：L為風道長度，S為通風道截面積，U為周長。由公式可見，風阻與風道長度、截面積、周長有關，并且當風通過井巷時，風阻系數越大，風流所消耗的能量越大，通風總阻力越大。

（3）通風系統(tǒng)以及礦井的網絡結構同樣會對阻力產生影響，當通風系統(tǒng)的網絡結構不相同時，即使分支風阻、風量相同，系統(tǒng)總風量和總阻力也不相同。因此在礦井數和參數已確定的情況下，應該選擇合理的風流路線，避免串聯(lián)。

（4）減小礦井通風系統(tǒng)通風阻力的主要措施有：①避免串聯(lián)通風，采用并聯(lián)通風方式，已達到降低通風阻力的效果；②開掘新井巷，縮短通風線路長度；③改變通風網絡，合理調配風機負擔；④適時增減風機，改善礦井通風；⑤擴大巷道斷面，減小局部阻力。

3.2系統(tǒng)可靠性

可靠性和安全性是兩個不同的概念，但二者之間存在密切聯(lián)系。可靠性通常指系統(tǒng)在預先設定的范圍內，完成規(guī)定的功能，實現(xiàn)規(guī)定的能力，安全性則是指識別系統(tǒng)危險所在，并排除。從通風系統(tǒng)工程上講，可靠性高的系統(tǒng)其安全性通常也較高。雖然在實際工作研究中，人們也提出一些有效的評價模型，但離真正實際使用還未形成普遍認同。因此在現(xiàn)在的礦井通風系統(tǒng)可靠性研究中，人們經常從以下幾個方面進行定性考慮研究：①自然風壓；②礦井通風系統(tǒng)的網絡分支和角聯(lián)網絡的風流穩(wěn)定性；③礦井通風動力系統(tǒng)安全可靠性；④通風建筑物的安全可靠性。

3.3主通風機工況優(yōu)化

礦井通風系統(tǒng)中，主通風機是重要的環(huán)節(jié)，其直接影響到通風效果和安全效益。通風主機在長時間運轉作業(yè)中，設計不合理的維護會導致其出現(xiàn)磨損、腐蝕等狀況，使其整體性能下降，甚至不能正常工作。另外，在礦井掘進尾期，隨著開采工作量和掘進面的縮小，主通風機能力過大浪費電能，因此必須適時調整工況點。綜上可見，通風系統(tǒng)優(yōu)化的主要內容是主通風機工況點的優(yōu)化和調整。對通風主機工況的優(yōu)化主要從降低或提高其運轉效率方面進行，通過調整已達到最需要的狀態(tài)。

（1）降低主通風機通風能力：①從節(jié)能角度講，通過調節(jié)主通風機的前導器，進而改變通風量，這種方式比放下閥門省電，但只適合于幅度較小的調節(jié)；②最節(jié)電的方法時降低風機轉速，其即適用于離心式風機，也使用于軸流式風機；③對軸流式風機，通過減小葉片安裝角達到降低通風能力的效果；④通過調節(jié)軸流式風機的動輪段來調節(jié)通風能力；⑤對于軸流式風機，拆除部分葉片可實現(xiàn)降低通風能力的效果；⑥換用小能力風機。

（2）提高主通風機通風能力：①增大軸流式風機的葉片安裝角；②增加風機轉速；③更換老舊葉片，增加運行效率；④改造擴散器，回收部分動壓，轉換為風機靜壓，更換高新型高效風機或機芯。

參考文獻

[1]陶鐵軍.大安山煤礦通風系統(tǒng)安全檢測與優(yōu)化研究[D].北京：首都經濟貿易大學，2010.3

[2]趙麗芳，陳開巖，劉吉高等.五陽煤礦通風系統(tǒng)方案優(yōu)化決策研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保.2009.4

[3]褚紅偉，王洪存，郭志偉.關于煤礦通風系統(tǒng)優(yōu)化的研究[J].山東煤炭科技，2011.8

[4]陳開甜.天湖巖煤礦通風阻力分布與通風系統(tǒng)優(yōu)化方案[J].能源與環(huán)境，2010.6