淺析影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的因素

張玉鳳

（河南省平頂山市平煤神馬集團(tuán)安培中心，河南 平頂山 467000）

每一礦井必須有完善的獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的命脈，而確保礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性是通風(fēng)管理工作的重中之重。本文主要分析多風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的因素。

1 概述

礦井通風(fēng)系統(tǒng)由礦井通風(fēng)方式、礦井通風(fēng)動(dòng)力及其裝置、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)及礦井通風(fēng)設(shè)施等組成。其任務(wù)是利用通風(fēng)動(dòng)力，以最經(jīng)濟(jì)的方式向井下各用風(fēng)地點(diǎn)提供優(yōu)質(zhì)足量的新鮮空氣，保證井下作業(yè)人員的生命安全，改善礦井氣候條件，而且一旦發(fā)生災(zāi)變能有效控制風(fēng)量，縮小災(zāi)害范圍，減少礦井損失。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性是指礦井通風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中保持持續(xù)供給用風(fēng)地點(diǎn)所需清潔風(fēng)量的能力。如果礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性失效，就會(huì)直接導(dǎo)致礦井風(fēng)流不穩(wěn)定，風(fēng)流不穩(wěn)定是導(dǎo)致煤礦事故發(fā)生的重要原因。礦井內(nèi)風(fēng)流穩(wěn)定與否，在某種程度上反映了礦井通風(fēng)動(dòng)力和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理程度與協(xié)調(diào)狀況。礦井通風(fēng)風(fēng)流不穩(wěn)定表現(xiàn)為井巷中風(fēng)流方向發(fā)生變化或風(fēng)量大小發(fā)生變化，且其變化幅度超過了允許范圍。

2 影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的因素

影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的主要因素包括通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)設(shè)施和通風(fēng)動(dòng)力裝置3大部分。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通風(fēng)阻力分布的合理性、通風(fēng)設(shè)施質(zhì)量和布置的合理性、通風(fēng)動(dòng)力裝置（包括主要通風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)機(jī)）運(yùn)行的可靠性，是通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)。

2.1 自然風(fēng)壓

自然風(fēng)壓與通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓一樣是通風(fēng)的動(dòng)力。通風(fēng)機(jī)與自然風(fēng)壓聯(lián)合工作，類似于兩個(gè)通風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作。自然風(fēng)壓在各個(gè)時(shí)期內(nèi)影響著礦井通風(fēng)工作，因此在礦井通風(fēng)管理工作中應(yīng)給予高度重視。

2.2 主要通風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)行

圖1 軸流式通風(fēng)機(jī)特性曲線

圖2 對(duì)角式通風(fēng)礦井

目前我國煤礦大多數(shù)采用軸流式通風(fēng)機(jī)。在圖1中，軸流式通風(fēng)機(jī)的 “風(fēng)壓—風(fēng)量特性曲線”中有一段是不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。當(dāng)風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，風(fēng)壓和風(fēng)量減少，并產(chǎn)生強(qiáng)大的空氣動(dòng)力，使通風(fēng)機(jī)附件振動(dòng)，造成風(fēng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置嚴(yán)重?fù)p壞，這種現(xiàn)象稱之為風(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象。因此，風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)必須處于一個(gè)合理范圍內(nèi)，軸流式主要通風(fēng)機(jī)的合理運(yùn)行范圍是：上限，通風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作風(fēng)壓不得超過最高風(fēng)壓的90%；下限，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率不應(yīng)低于60%。

如果礦井通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)超出了其合理運(yùn)行范圍就可能會(huì)出現(xiàn)通風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)行現(xiàn)象，而導(dǎo)致主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)域的因素主要有以下幾點(diǎn)。

2.2.1 風(fēng)阻變化對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的影響

在圖2所示礦井中，東西兩翼通風(fēng)機(jī)除擔(dān)負(fù)著各自的分支風(fēng)路23段、24段外，還共同擔(dān)負(fù)著公共路段12段的通風(fēng)任務(wù)。

當(dāng)公共段風(fēng)阻和分支段風(fēng)阻分別發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)分支風(fēng)路風(fēng)阻一定時(shí)，公共段風(fēng)阻增大，東西兩翼的風(fēng)機(jī)各自工況點(diǎn)都將上移；當(dāng)公共段風(fēng)阻一定時(shí)，某分支風(fēng)阻增大，若23段風(fēng)阻增大，則西翼系統(tǒng)通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)將上移，而東翼系統(tǒng)通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)將下移。這說明多風(fēng)機(jī)運(yùn)行的礦井當(dāng)公共路段或分支路段風(fēng)阻發(fā)生變化（尤其是風(fēng)阻增大時(shí)），兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)相互影響，都有可能導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，從而出現(xiàn)主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定的情況。

2.2.2 風(fēng)量變化對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的影響

在對(duì)角式通風(fēng)的礦井中，某一分支的風(fēng)量如果發(fā)生變化，對(duì)整個(gè)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生影響。例如，在圖1所示的通風(fēng)系統(tǒng)中，如果123所在風(fēng)路的風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量發(fā)生改變，此時(shí)不但會(huì)改變Ⅰ號(hào)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，同時(shí)也會(huì)改變Ⅱ號(hào)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，直接影響兩個(gè)主要通風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。同理，改變124風(fēng)路所在通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量也會(huì)有同樣的結(jié)果。因此，在調(diào)整風(fēng)量時(shí)，應(yīng)合理調(diào)整，保證兩個(gè)主要通風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及阻力分布的不合理

2.3.1 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是指礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的分支數(shù)量及其連接形式。其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和合理性取決于礦井開拓開采系統(tǒng)設(shè)計(jì)、巷道布置和礦井瓦斯、地溫等因素。它對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)流的穩(wěn)定性起著重要作用。

隨著礦井生產(chǎn)的進(jìn)行，礦井具體情況不斷發(fā)生變化，如：采區(qū)的準(zhǔn)備、投產(chǎn)與結(jié)束，采掘工作面的推進(jìn)與接替，礦井開拓延深等工程的不斷進(jìn)展等。這使得通風(fēng)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上隨時(shí)間發(fā)生變化，導(dǎo)致風(fēng)阻分別發(fā)生相應(yīng)的變化。

通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的基本連接形式有串聯(lián)風(fēng)路、并聯(lián)風(fēng)路、角聯(lián)風(fēng)路，復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)都是由這3種形式構(gòu)成，在這3種基本連接形式中，串聯(lián)風(fēng)路和角聯(lián)風(fēng)路都會(huì)直接影響通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。串聯(lián)風(fēng)路增大了風(fēng)路的風(fēng)阻，增大了通風(fēng)阻力，通風(fēng)費(fèi)用增高；從安全上來講，串聯(lián)風(fēng)路前段風(fēng)道的污染風(fēng)流必然流經(jīng)后段風(fēng)道，后段風(fēng)道難以得到新鮮風(fēng)流，在串聯(lián)風(fēng)路中若有一地點(diǎn)發(fā)生事故時(shí)，容易波及整個(gè)風(fēng)流，安全性差。另外，串聯(lián)通風(fēng)中的各個(gè)工作點(diǎn)不能進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，不能有效地利用風(fēng)量。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：采、掘工作面應(yīng)實(shí)行獨(dú)立通風(fēng)。角聯(lián)分支具有流向不穩(wěn)定的特性，即角聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中邊緣分支風(fēng)阻變化對(duì)角聯(lián)分支的風(fēng)量和方向均產(chǎn)生影響，角聯(lián)分支的存在為風(fēng)流的不穩(wěn)定創(chuàng)造了客觀條件，使安全受到威脅。

2.3.2 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力分布不合理

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力分布是指礦井通風(fēng)阻力在網(wǎng)絡(luò)各關(guān)鍵風(fēng)路上所占的比例。

目前有些礦井存在通風(fēng)阻力較高，而且阻力分布也不合理的現(xiàn)象。由于考慮到采掘、運(yùn)輸?shù)却笮驮O(shè)備的外形尺寸，礦井進(jìn)風(fēng)段的巷道斷面較大，通風(fēng)阻力較小，而回風(fēng)段常受采動(dòng)、支護(hù)變形、失修等影響，致使巷道斷面難以符合通風(fēng)要求。對(duì)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的新井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明，礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，進(jìn)風(fēng)段阻力占總阻力的25%、用風(fēng)段占45%、回風(fēng)段占30%為宜。但實(shí)際測定表明，大多數(shù)礦井回風(fēng)段的阻力占總阻力的60%～85%，只有少數(shù)礦井采區(qū)的通風(fēng)阻力占總阻力的40%～50%，回風(fēng)段阻力偏大，直接導(dǎo)致回風(fēng)風(fēng)流排出困難，容易導(dǎo)致事故發(fā)生。

2.4 通風(fēng)設(shè)施對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

為了保證風(fēng)流按擬定的路線流動(dòng)，就必須在巷道中的合適位置設(shè)置相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)施對(duì)風(fēng)流加以控制。在生產(chǎn)礦井中，礦井通風(fēng)設(shè)施的建造質(zhì)量、數(shù)量以及安設(shè)位置和通風(fēng)設(shè)施的管理好壞等都直接影響通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

礦井中常見的通風(fēng)設(shè)施主要有風(fēng)門、擋風(fēng)墻和風(fēng)橋等。

在礦井通風(fēng)管理工作中，如果通風(fēng)設(shè)施設(shè)置的數(shù)量、質(zhì)量不符合要求，位置設(shè)置不合理，對(duì)通風(fēng)設(shè)施的管理維護(hù)又不及時(shí)，勢必會(huì)造成風(fēng)流短路或大量漏風(fēng)，直接影響各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)流的穩(wěn)定性。因此合理地建造通風(fēng)設(shè)施并保證其建造質(zhì)量，同時(shí)生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對(duì)通風(fēng)設(shè)施的管理和維護(hù)是礦井通風(fēng)管理的重要工作之一。

3 確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的措施

礦井要確保通風(fēng)系統(tǒng)合理，應(yīng)該從以下幾方面入手：

3.1 保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)有足夠的通風(fēng)能力，保證有效地通風(fēng)。

3.2 合理安排生產(chǎn)布局，力求均衡，確保通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定。

3.3 要有可靠的通風(fēng)安全設(shè)施。

4 結(jié)語

煤礦安全生產(chǎn)過程中，確保礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠是十分重要，也是很有必要的。影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素較多，也比較復(fù)雜。本文重點(diǎn)以對(duì)角式通風(fēng)的礦井為例分析了影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的因素，并提出了確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的措施，對(duì)指導(dǎo)礦井的通風(fēng)管理和安全生產(chǎn)有重要意義。

[1]李樹剛，邵海.礦井通風(fēng)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[2]徐景德.煤礦安全生產(chǎn)管理人員安全培訓(xùn)教材[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.