高原礦井不同時(shí)期通風(fēng)方式解析

鄭良忠

（西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧 810011）

1 大氣壓力、空氣密度和海拔高度之間的關(guān)聯(lián)性分析

對(duì)于高原地區(qū)來(lái)說(shuō)，存在高寒缺氧的顯著特點(diǎn)，在高海拔的影響下，便會(huì)出現(xiàn)低氣壓及低氧分壓形成的現(xiàn)象[1]。而對(duì)于礦井作業(yè)工作人員來(lái)說(shuō)，處于高海拔地區(qū)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的礦井生產(chǎn)作業(yè)，和在常規(guī)條件環(huán)境下進(jìn)行礦井生產(chǎn)作業(yè)比較，顯然存在效率低、安全系數(shù)低等問題[2]。所以，基于高原資源開采過(guò)程中，確保生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境壓力的適宜顯得非常重要。如下表1所示，為大氣壓力和空氣密度隨海拔高度的變化情況：

表1 大氣壓力和空氣密度隨海拔高度的變化情況

相關(guān)研究顯示：在礦井井下壓力為海波3200m的大氣壓力環(huán)境條件下，較為符合井下工作人員生產(chǎn)作業(yè)的需求。此外，結(jié)合表1可知，隨著海拔標(biāo)高的提升，大氣壓力逐漸下降。因此，在高原礦井生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，需根據(jù)時(shí)期的不同，選擇不同的通風(fēng)方式，從而確保高原礦井生產(chǎn)作業(yè)的可行性及安全性。

2 高原礦井不同時(shí)期通風(fēng)方式的選擇分析

2.1 初期通風(fēng)方式

在高原礦井生產(chǎn)過(guò)程中，通風(fēng)方式可分為壓入式通風(fēng)和抽出式通風(fēng)兩種。考慮到高原礦井生產(chǎn)作業(yè)的可行性及安全性，對(duì)于其初期通風(fēng)來(lái)說(shuō)，需合理選擇通風(fēng)方式。對(duì)于抽出式通風(fēng)方式來(lái)說(shuō)，屬于負(fù)壓通風(fēng)形式，所以該通風(fēng)方式的框架內(nèi)部空氣壓力要比外部環(huán)境的大氣壓力低。以某高原煤礦礦井初采工作面為例，選擇抽出式通風(fēng)方式，其空氣壓力是62549.59Pa，大概為海拔3858m的大氣壓力；但選擇壓入式通風(fēng)方式，其空氣壓力則為64028.47Pa，大概為海拔3671m的大氣壓力。

因此，壓入式通風(fēng)方式和抽出式通風(fēng)方式比較，可以使礦井井下空氣壓力得到一定提升；在兩種通風(fēng)方式的空氣質(zhì)量流量一致的情況下，在空氣流速方面抽出式通風(fēng)方式要比壓入式通風(fēng)方式高；同時(shí)，在空氣密度偏低的情況下，隨著空氣膨脹的發(fā)生，會(huì)出現(xiàn)降溫的情況，進(jìn)而導(dǎo)致井下作業(yè)環(huán)境更為復(fù)雜。

所以，綜合考慮，基于高原礦井初期通風(fēng)方式選擇上，需擇優(yōu)選擇壓入式通風(fēng)方式。

2.2 中后期通風(fēng)方式

高原礦井生產(chǎn)作業(yè)中后期和初期比較，無(wú)論是在生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，還是在大氣壓力上均會(huì)發(fā)生很大程度的變化，主要體現(xiàn)為：在開采深度逐漸增大的情況下，礦井內(nèi)部大氣壓力也隨之升高，并且此時(shí)漏風(fēng)管理難度越來(lái)越大；所以，在開采至一定深度條件下，需改變通風(fēng)方式，即由初期采取的壓入式通風(fēng)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)槌槌鍪酵L(fēng)方式，在中后期使用這種通風(fēng)方式，能夠使通風(fēng)管理更加安全可靠。

值得注意的是，在使用抽出式通風(fēng)方式的條件下，需計(jì)算不同開采深度工作面末端的空氣壓力，進(jìn)一步計(jì)算出轉(zhuǎn)變通風(fēng)方式的目標(biāo)海拔高度，在計(jì)算過(guò)程中可使用二次插值（Lagrange）方法進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)計(jì)算明確當(dāng)開采深度達(dá)到海拔多少時(shí)，抽出式通風(fēng)井下工作面大氣壓力符合通風(fēng)方式轉(zhuǎn)變要求，進(jìn)而便將由初期采取的壓力式通風(fēng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹泻笃谶m用的抽出式通風(fēng)方式，從而確保中后期礦井生產(chǎn)作業(yè)的可靠性及安全性。

3 高原礦井不同時(shí)期通風(fēng)方式應(yīng)用期間相關(guān)建議分析

3.1 初期通風(fēng)相關(guān)建議

在高原礦井初期作業(yè)過(guò)程中，采取壓入式通風(fēng)方式，如果井下大氣壓力依然偏低，在沒有達(dá)到海拔3200m的空氣壓力的情況下，建議采取相對(duì)應(yīng)的增壓方法，使工作面末端空氣壓力得到有效提升。一方面，可對(duì)礦井通風(fēng)總阻力進(jìn)行有效控制，把礦井總阻力的相關(guān)設(shè)計(jì)在總回風(fēng)巷當(dāng)中，讓工作面等用風(fēng)地點(diǎn)形成比較高的空氣壓力，使人工增壓的目的得到有效實(shí)現(xiàn)。另一方面，優(yōu)化井下通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合礦井延伸的實(shí)際狀況，合理地對(duì)礦井回風(fēng)段阻力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使工作面壓力得到有效增加，使適合井下生產(chǎn)作業(yè)的環(huán)境得到有效構(gòu)建。而對(duì)于回風(fēng)巷道，則可以采取人工增壓的方式，使礦井內(nèi)部整體壓力得到有效提升?？傊?，在初期通風(fēng)采取壓入式通風(fēng)方式過(guò)程中，可采取人工增壓及優(yōu)化井下通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方式，使壓入式通風(fēng)的效果增強(qiáng)，進(jìn)而滿足高原礦井初期生產(chǎn)作業(yè)的需求。

3.2 中后期通風(fēng)相關(guān)建議

高原礦井從初期作業(yè)，逐漸增加開采深度到中后期作業(yè)，便有必要從原來(lái)的壓入式通風(fēng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)槌槌鍪酵L(fēng)方式。這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程除了需要通過(guò)插值法計(jì)算轉(zhuǎn)變的合理時(shí)期（即當(dāng)開采深度達(dá)到海拔多少時(shí)合適轉(zhuǎn)變通風(fēng)方式），還有必要在轉(zhuǎn)變過(guò)程中對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行一定的改進(jìn)。即：從壓入式通風(fēng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)槌槌鍪酵L(fēng)方式，有必要進(jìn)行通風(fēng)機(jī)的更換，然后把抽出式通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)移至回風(fēng)井口，進(jìn)一步基于回風(fēng)井口做好相關(guān)風(fēng)機(jī)附屬裝置的重新設(shè)置，包括：風(fēng)硐、擴(kuò)散器以及防爆井蓋等。此外，在應(yīng)用壓入式通風(fēng)系統(tǒng)過(guò)程中，需加強(qiáng)相關(guān)增壓設(shè)置拆除干凈，同時(shí)基于人工增強(qiáng)當(dāng)中的調(diào)節(jié)風(fēng)門也需拆除，以此確保壓入式通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高原礦井生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境條件復(fù)雜，和海拔、大氣壓力、空氣密度等要素密切相關(guān)。因此，在高原礦井不同時(shí)期，需選擇不同的通風(fēng)方式，即在高原礦井生產(chǎn)作業(yè)初期，采取壓入式通風(fēng)方式較為合適；而在開采深度逐漸增加的情況下，壓入式通風(fēng)方式的適用性會(huì)受到很大程度的影響，因此需通過(guò)科學(xué)的計(jì)算方法，在一定海拔高度改變通風(fēng)方式，比如改變成抽出式通風(fēng)方式，以滿足高原礦井中后期資源開采作業(yè)的需求，保證生產(chǎn)作業(yè)的效率質(zhì)量及安全性，進(jìn)一步為高原礦井生產(chǎn)作業(yè)綜合效益的提高奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。