礦井通風(fēng)技術(shù)和通風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)分析

黃旭利

摘 要：工業(yè)化進(jìn)程持續(xù)加快背景下，使得社會(huì)對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求不斷增加，采礦業(yè)也因此得以繁榮。通風(fēng)系統(tǒng)屬于礦井系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其主要功能是為井下提供良好的通風(fēng)環(huán)境，在保證人員正常工作的同時(shí)，也能夠?qū)ν咚?、粉塵等的濃度進(jìn)行控制，以確保井下開(kāi)采的安全性。本文從礦井通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展情況著眼，就礦井通風(fēng)系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化進(jìn)行了分析，希望能夠在充分保證安全的前提下，降低通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本，為企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：礦井；通風(fēng)技術(shù)；通風(fēng)系統(tǒng)；改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD724 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）05-0181-02

煤礦井下開(kāi)采中，會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，而礦井本身并沒(méi)有相應(yīng)的通風(fēng)條件，無(wú)法對(duì)這些氣體進(jìn)行及時(shí)排除，很容易引發(fā)相應(yīng)的安全隱患。基于此，需要設(shè)置相應(yīng)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，為井下輸送新鮮空氣的同時(shí)，及時(shí)將有毒有害氣體排除，保證井下職工的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 礦井通風(fēng)方式概述

礦井通風(fēng)方式大致可以分為三種不同類(lèi)型：（1）中央式通風(fēng)，簡(jiǎn)單來(lái)講，就是將通風(fēng)井和回風(fēng)井的位置設(shè)置在礦井走向的中央位置，如果對(duì)其進(jìn)行細(xì)化，還可以分為中央并列式和中央邊界式兩種方式。中央式通風(fēng)方式的應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，不僅初期成本低，而且方便對(duì)通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行管理和維護(hù)，通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性能夠得到保障，而且空間占用相對(duì)較小，不會(huì)引發(fā)或者很少引發(fā)壓煤?jiǎn)栴}，適用于煤層傾斜度大、礦井較短以及沒(méi)有在邊界位置設(shè)置安全出口的礦井。需要注意的是，中央式通風(fēng)方式在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)樵O(shè)備過(guò)于集中，噪音污染比較嚴(yán)重，需要技術(shù)人員采取有效措施進(jìn)行控制[1]；（2）對(duì)角式通風(fēng)，與中央式通風(fēng)不同，對(duì)角式通風(fēng)方式要求在礦井中央位置設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，而在礦井相對(duì)較淺的兩翼邊界設(shè)置出風(fēng)井。從實(shí)際運(yùn)用的角度分析，同樣可以將對(duì)角式通風(fēng)方式劃分為分區(qū)對(duì)角式和兩翼對(duì)角式，適用于一些煤礦走向長(zhǎng)、產(chǎn)量高的礦井。對(duì)角式通風(fēng)方式在運(yùn)行中基本不會(huì)產(chǎn)生噪聲，而且通風(fēng)順暢、阻力小，不過(guò)初期建設(shè)成本較高，系統(tǒng)整體構(gòu)建的周期相對(duì)較長(zhǎng)；（3）混合式通風(fēng)，這種通風(fēng)方式一般被用在大型礦井或者開(kāi)采時(shí)間較長(zhǎng)的礦井中，以三種甚至以上通風(fēng)方式構(gòu)筑相應(yīng)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，具備了中央式通風(fēng)和對(duì)角式通風(fēng)各自的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠?qū)ζ淙毕葸M(jìn)行彌補(bǔ)，應(yīng)用效果良好。

2 礦井通風(fēng)技術(shù)的新發(fā)展

現(xiàn)代礦井通風(fēng)技術(shù)在我國(guó)形成于上世紀(jì)初期，建國(guó)后，重工業(yè)的飛速發(fā)展使得政府部門(mén)開(kāi)始越發(fā)重視礦產(chǎn)開(kāi)采行業(yè)，組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)國(guó)外一些礦井通風(fēng)的著作進(jìn)行了翻譯，也引入了當(dāng)時(shí)較為先進(jìn)的礦井通風(fēng)技術(shù)，在結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，初步形成了現(xiàn)代礦井通風(fēng)的理論體系。20世紀(jì)60年代，有關(guān)礦井通風(fēng)的研究和著作出現(xiàn)了井噴，也使得礦井通風(fēng)理論以及相應(yīng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)體系變得越發(fā)完善[2]。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)的礦井通風(fēng)技術(shù)一再突破，在強(qiáng)調(diào)通風(fēng)效果的同時(shí)，節(jié)能降耗也被納入到了考慮的范圍內(nèi)，礦井通風(fēng)自動(dòng)化管理系統(tǒng)逐漸得到普及。就目前來(lái)看，礦井通風(fēng)技術(shù)的新發(fā)展體現(xiàn)在很多方面：

2.1 主輔扇聯(lián)合作業(yè)

主輔扇聯(lián)合作業(yè)能夠在切實(shí)保證礦井通風(fēng)效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。在研究實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)主扇與輔扇的相互配合，能夠在保證通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量不變、空氣中有毒有害物質(zhì)含量不超標(biāo)的情況下，將通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行能夠降低80%左右，節(jié)能效果十分明顯。

2.2 多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站

多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站技術(shù)的應(yīng)用，同樣可以在提升通風(fēng)效率的情況下，減少通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于電能的消耗。早在上世紀(jì)八十年代，我國(guó)就已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)于多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站技術(shù)的研究，并且取得了顯著成果，至今已有數(shù)十上百個(gè)大型礦井運(yùn)用了該技術(shù)，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益良好。多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站技術(shù)實(shí)際上就是包含了多級(jí)風(fēng)站的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，可以通過(guò)接力的方式，將地面的新鮮空氣傳輸?shù)骄?，將礦井中的有毒有害氣體、粉塵以及污濁空氣排放到地面，以此來(lái)保證井下空氣的持續(xù)更新[3]。在系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)可以對(duì)風(fēng)量大小進(jìn)行控制，通過(guò)減少風(fēng)窗數(shù)量的方式，能夠進(jìn)一步強(qiáng)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可控性。不僅如此，多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站技術(shù)還具備較好的節(jié)能效果，傳統(tǒng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)多采用大型單一風(fēng)機(jī)，雖然風(fēng)量和風(fēng)壓能夠得到保障，但是在運(yùn)行過(guò)程中，往往需要消耗更多的電能，與之相比，多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站技術(shù)可以通過(guò)機(jī)站內(nèi)部的風(fēng)機(jī)并聯(lián)以及不同機(jī)站之間的風(fēng)機(jī)串聯(lián)來(lái)保證通風(fēng)效果，不需要選擇大風(fēng)量大風(fēng)壓的風(fēng)機(jī)，能夠有效降低通風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的能源消耗。實(shí)踐證明，相比較單一大功率風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)，多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站通風(fēng)技術(shù)在使用環(huán)節(jié)的能耗要降低至少1/3。

2.3 降低風(fēng)阻技術(shù)

風(fēng)阻的存在是影響通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)效果的一個(gè)重要因素，通過(guò)降低風(fēng)阻的方式，不僅可以確保礦井通風(fēng)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，也可以有效減少系統(tǒng)的風(fēng)壓消耗，提升其經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)階段，技術(shù)人員可以在最大阻力路線上，計(jì)算出相應(yīng)的高阻力區(qū)域，然后通過(guò)擴(kuò)大井下巷道橫截面的方式來(lái)降低風(fēng)阻，東北大學(xué)等機(jī)構(gòu)也研究開(kāi)發(fā)了流線型通風(fēng)橋、流線型擴(kuò)散塔等通風(fēng)建筑，同樣可以降低風(fēng)阻，而這些技術(shù)已經(jīng)在部分礦山通風(fēng)系統(tǒng)中得到了應(yīng)用[4]。結(jié)合實(shí)踐結(jié)果分析，與直立型擴(kuò)散塔相比，流線型擴(kuò)散塔的局部阻力可以減少一半，而如果配合相應(yīng)的導(dǎo)流葉片，風(fēng)阻更是能夠降低至原本的20%左右。在馬鞍山礦山研究院的研究中指出，多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站中存在的局部風(fēng)阻可以分為進(jìn)口和出口兩部分，而且出口部分的風(fēng)阻較大，如果能夠在該位置設(shè)置相應(yīng)的擴(kuò)散器來(lái)降低風(fēng)阻，則能夠取得相當(dāng)顯著的節(jié)能降耗效果。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)措施

以新的通風(fēng)技術(shù)為支撐，針對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，是礦井設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的組成部分，甚至?xí)苯訉⒌V井整體設(shè)計(jì)水平體現(xiàn)出來(lái)，與礦井建設(shè)成本、建設(shè)效率、經(jīng)濟(jì)效益以及運(yùn)行安全都存在很大關(guān)聯(lián)。而在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)樯a(chǎn)活動(dòng)的變化，對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)的要求也會(huì)隨之改變，這就要求技術(shù)人員必須從礦井的實(shí)際情況出發(fā)，做好礦井通風(fēng)系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化[5]。

3.1 做好風(fēng)阻分析

風(fēng)阻分析是礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的一個(gè)重要前提，通過(guò)降低通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)阻的方式，能夠促進(jìn)其通風(fēng)效率的提高，保證良好的系統(tǒng)運(yùn)行效益。礦井通風(fēng)系統(tǒng)中存在很多可能對(duì)風(fēng)阻造成影響的因素，如風(fēng)量、風(fēng)壓、分支風(fēng)阻以及通風(fēng)系統(tǒng)本身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，考慮到實(shí)際礦井的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任何一條分支路徑出現(xiàn)變化，都可能影響通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效果，技術(shù)人員在對(duì)礦井通風(fēng)習(xí)題進(jìn)行改進(jìn)的過(guò)程中，應(yīng)該做好全面細(xì)致分析，在滿(mǎn)足通風(fēng)安全性的同時(shí)，減少能源的消耗，減低通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行成本。

3.2 重視現(xiàn)場(chǎng)勘查

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，涉及內(nèi)容眾多，需要技術(shù)人員從實(shí)際情況出發(fā)，深入到煤礦井下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，結(jié)合相應(yīng)的歷史資料，充分了解礦井通風(fēng)系統(tǒng)中的主風(fēng)機(jī)通風(fēng)性能、風(fēng)阻分布等，提出切實(shí)可行的優(yōu)化方案。在實(shí)際操作中，必須從礦井的生產(chǎn)狀況著眼，做好采掘工作的合理安排，通過(guò)風(fēng)機(jī)參數(shù)、通風(fēng)技術(shù)以及通風(fēng)建筑等的優(yōu)化調(diào)整，改善井下通風(fēng)條件，促進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行效益和效果的提高[6]。

3.3 優(yōu)化系統(tǒng)可靠性

在針對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，需要礦井系統(tǒng)本身具備較高的可靠性。就目前來(lái)看，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化主要體現(xiàn)在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)建筑以及維護(hù)措施等的可靠性，而作為通風(fēng)系統(tǒng)的核心，通風(fēng)機(jī)是礦井是否能夠保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵所在，需要管理人員定期做好通風(fēng)機(jī)的檢查維護(hù)工作。井下作業(yè)環(huán)境惡劣，通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后，可能會(huì)出現(xiàn)零部件損壞的問(wèn)題，導(dǎo)致其通風(fēng)能力和經(jīng)濟(jì)性能的下降，同時(shí)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，通風(fēng)機(jī)的電能損耗也會(huì)越發(fā)巨大，要求技術(shù)人員必須從實(shí)際情況出發(fā)，做好通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況的有效調(diào)節(jié)，以確保其能夠適應(yīng)新系統(tǒng)環(huán)境的要求[7]。

3.4 拓展監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局

伴隨著礦經(jīng)開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大，通風(fēng)系統(tǒng)的需要顧及的范圍也會(huì)不斷拓展，在這種情況下，系統(tǒng)管理難度會(huì)有所增加，尤其是在針對(duì)多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行管理的過(guò)程中，必須選擇恰當(dāng)位置布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，做好對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)工作，以此來(lái)保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，判斷井下空氣質(zhì)量是否能夠滿(mǎn)足人員作業(yè)需求，有毒有害氣體和粉塵的含量是否超標(biāo)，以此來(lái)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，確保系統(tǒng)的功能和作用能夠充分發(fā)揮出來(lái)。

3.5 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)

在針對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)的過(guò)程中，如果可以利用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計(jì)以及調(diào)節(jié)計(jì)算的綜合處理，配合非線性?xún)?yōu)化方法，則能夠進(jìn)一步提升優(yōu)化結(jié)果的合理性。新時(shí)期，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的改進(jìn)中，無(wú)論是理論的完善還是方法的優(yōu)化，都需要借助相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供支持，在這種情況下，可以構(gòu)建起基于決策支持系統(tǒng)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)，在保證通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時(shí)，搭配相應(yīng)的安全保障系統(tǒng)，能夠切實(shí)保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)的管理的規(guī)范化，提升系統(tǒng)運(yùn)行效果[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得各行各業(yè)對(duì)于能源資源的需求不斷增長(zhǎng)，礦產(chǎn)行業(yè)得以繁榮。在針對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，礦井設(shè)施的建設(shè)是基礎(chǔ)也是前提，完善的礦井通風(fēng)系統(tǒng)能夠?yàn)榈V井內(nèi)提供源源不斷的新鮮空氣，也可以將井下的有毒有害氣體及時(shí)排除，在保障礦井生產(chǎn)安全方面發(fā)揮著重要作用。新時(shí)期，礦井通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)和改進(jìn)提供了良好支撐，技術(shù)人員應(yīng)該從礦井的實(shí)際情況出發(fā)，積極引入先進(jìn)通風(fēng)技術(shù)，做好礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行效率的同時(shí)，促進(jìn)礦井安全性和整體效益的提高。

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