礦井通風(fēng)技術(shù)及通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

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（太原東山東興煤業(yè)有限公司，山西 太原 030009）

在煤炭礦井的生產(chǎn)過程中，井下通風(fēng)系統(tǒng)是關(guān)乎礦井生產(chǎn)的重中之重，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否具有科學(xué)性、合理性直接關(guān)乎礦井的生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，因此我們要不斷地對(duì)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，通風(fēng)系統(tǒng)也引進(jìn)了先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，為礦井的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了更高的保障。礦井通風(fēng)系統(tǒng)所涵蓋的范圍比較廣，涉及礦井生產(chǎn)的各個(gè)區(qū)域，因此只有對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，才能夠保證通風(fēng)效果。

1 我國礦井通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

1.1 我國礦井通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展歷程

煤炭礦井的通風(fēng)技術(shù)在我國具有悠久的歷史，可以追溯到先秦時(shí)期。在六七十年代，我國的煤炭礦井通風(fēng)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，在八十年代走上了節(jié)能環(huán)保的道路，直至如今的礦井通風(fēng)系統(tǒng)。我國通風(fēng)系統(tǒng)的理論研究主要是參照國外的通風(fēng)技術(shù)，再根據(jù)科學(xué)理論制定適合于我國實(shí)際情況的通風(fēng)技術(shù)和工藝。隨著信息科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，通風(fēng)系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步建立了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方法，并利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)建立了詳細(xì)的通風(fēng)模型，通過模擬分析數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)一些災(zāi)害事故進(jìn)行分析和研究。[1]

1.2 我國礦井通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國正處于礦井通風(fēng)技術(shù)的高速發(fā)展階段，并取得了很多的研究成果，包括對(duì)通風(fēng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)、推廣應(yīng)用高效、可靠的節(jié)能型風(fēng)機(jī)、利用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研制模擬軟件進(jìn)行防災(zāi)救災(zāi)工作等等，為礦井的正常穩(wěn)定生產(chǎn)提供更多的保障。盡管我們?cè)诘V井的通風(fēng)技術(shù)方面取得了不錯(cuò)的進(jìn)步，但是目前我國煤炭礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性和環(huán)保節(jié)能性都還欠缺。尤其是目前大量使用的綜采放頂?shù)姆椒ǎm然提高了生產(chǎn)效率，但是因所需通風(fēng)量較大，且礦井內(nèi)的瓦斯溢出量較大，使得傳統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)備并不能夠滿足這種生產(chǎn)方式，導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生，因此我們要對(duì)煤炭礦井通風(fēng)技術(shù)和通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

2 礦井通風(fēng)技術(shù)及通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要意義

煤炭礦井的通風(fēng)技術(shù)是為礦井內(nèi)的各個(gè)用風(fēng)場所提供新鮮足夠的空氣，來保證礦井工作人員的工作空氣條件，減低礦井內(nèi)的有毒、有害物質(zhì)對(duì)井下工作者的身體造成危害。另外礦井的通風(fēng)系統(tǒng)還直接影響著礦井的穩(wěn)定生產(chǎn)，穩(wěn)定的生產(chǎn)能夠給礦井帶來穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)收益，一旦出現(xiàn)生產(chǎn)事故不僅會(huì)造成人員和設(shè)備的損傷，還會(huì)延誤生產(chǎn)工期，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此我們要定期地對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行檢查，建立完善的煤炭礦井通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)機(jī)制，來保證礦井的順利開采和生產(chǎn)。在當(dāng)前我國煤炭礦井常用的通風(fēng)系統(tǒng)檢測(cè)中，主要是對(duì)礦井井下瓦斯、粉塵和熱量進(jìn)行測(cè)定，并根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，來確定通風(fēng)系統(tǒng)的工作效能。通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)煤炭礦井的整體設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用，它直接關(guān)系到礦井的建設(shè)時(shí)長、投產(chǎn)時(shí)間、資金投入和礦井后期的生產(chǎn)效能和經(jīng)濟(jì)效益，因此礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)礦井具有十分重要的意義。[2]隨著煤炭礦井的不斷開采，我們要對(duì)煤炭礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行不斷地改造與優(yōu)化，以適應(yīng)礦井生產(chǎn)環(huán)境的變化和自然條件的改變，因此我們說礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化也是煤炭礦井改造的重要條件之一。

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

在我國當(dāng)前的煤炭礦井的開采工作中，通風(fēng)系統(tǒng)主要的作用是向井下輸送新鮮空氣，同時(shí)對(duì)井下的有毒有害氣體進(jìn)行稀釋，例如稀釋瓦斯、減低粉塵濃度等，新鮮的空氣輸送至煤炭礦井之中還能夠?qū)ΦV井內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，來保障井下作業(yè)者的工作環(huán)境，使他們處于穩(wěn)定的環(huán)境之中，來保障生產(chǎn)效率。礦井的通風(fēng)技術(shù)主要包括以下幾種：

3.1 中央式通風(fēng)

在礦井之中設(shè)置進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井，并將二者設(shè)立在不同的位置，一般為中央邊界式和中央并列式兩種。中央邊界式的通風(fēng)方式主要適用于井內(nèi)瓦斯氣體較多，且煤層和地表水平面的距離較近的礦井之中。中央并列式的通風(fēng)方式主要適用于井內(nèi)瓦斯氣體較少，煤層與地表水平面的距離較大或者角度較大的礦井之中。在我國大多數(shù)的礦井都是選用的中央式的通風(fēng)方式，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行中央邊界式和中央并列式的選擇，這樣的通風(fēng)方式通風(fēng)效果很好。

3.2 對(duì)角式通風(fēng)

與中央式通風(fēng)方式相比，對(duì)角式的通風(fēng)方式只是在進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井的位置上有所不同，它主要分為兩翼對(duì)角式和分區(qū)對(duì)角式兩種。兩翼對(duì)角式的通風(fēng)方式主要適用于徑向距離較大的井田，這種井田容易產(chǎn)生瓦斯和火災(zāi)災(zāi)害。分區(qū)對(duì)角式的通風(fēng)方式主要適用于埋藏較淺的煤礦，這種煤礦的地表滾動(dòng)較大，更容易進(jìn)行分區(qū)。

3.3 混合式通風(fēng)

在一些地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，礦井內(nèi)瓦斯?jié)舛确浅８?，且需要進(jìn)行大量、長時(shí)間開采的礦井中，需要將中央式通風(fēng)和對(duì)角式通風(fēng)進(jìn)行混合應(yīng)用，利用各種通風(fēng)方式的優(yōu)點(diǎn)，來彌補(bǔ)各自的不足，因此混合式通風(fēng)方式的效果十分不錯(cuò)，并得到了廣泛的應(yīng)用。[3]

3.4 通風(fēng)系統(tǒng)

在我國煤炭礦井的通風(fēng)系統(tǒng)中，主要使用的有自然分風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和控制分風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化兩種，同時(shí)我國也在不斷地對(duì)這兩種通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性的研究，因?yàn)樗鼈儾粌H能夠降低能耗和成本，還能夠?qū)ΦV井的生產(chǎn)效能進(jìn)行優(yōu)化。但是隨著礦井生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，自然分風(fēng)和控制分風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)都只能是進(jìn)行靜態(tài)化的研究，因此不適應(yīng)礦井的動(dòng)態(tài)化生產(chǎn)，所以必須要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的設(shè)計(jì)。

4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)所面臨的技術(shù)問題

礦井通風(fēng)系統(tǒng)在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中主面臨兩個(gè)方面的技術(shù)問題：首先是礦井內(nèi)的空巷道較多，通風(fēng)系統(tǒng)主要是通過通風(fēng)設(shè)備對(duì)井下環(huán)境進(jìn)行新鮮空氣的補(bǔ)充和有毒有害氣體的稀釋，同時(shí)對(duì)設(shè)備的動(dòng)力、巷道的風(fēng)流進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。當(dāng)煤礦開采的某一階段完成時(shí)，會(huì)留下許多的空巷道，但是并沒有對(duì)空巷道進(jìn)行封閉處理，這就導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)輸送的新鮮空氣在空巷道中存留，浪費(fèi)了大量的空氣資源和通風(fēng)效能，從一定程度上嚴(yán)重影響了通風(fēng)系統(tǒng)的效果。其次在煤炭深井開采中，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合格。在煤炭深井的開采中，其工作環(huán)境更為惡劣，表現(xiàn)為空氣稀薄、瓦斯?jié)舛雀摺⒎蹓m濃度超標(biāo)等，對(duì)深井開采工作者的身體健康造成了極大的危害，因此需要更為科學(xué)先進(jìn)的通風(fēng)技術(shù)來滿足深井生產(chǎn)的需要。[4]我們要根據(jù)深井生產(chǎn)的特點(diǎn)，利用先進(jìn)的通風(fēng)技術(shù)，構(gòu)建科學(xué)合理的通風(fēng)系統(tǒng)，來完成對(duì)深井開采環(huán)境的優(yōu)化，降低風(fēng)險(xiǎn)，保障深井作業(yè)人員的工作環(huán)境。

5 礦井通風(fēng)節(jié)能技術(shù)研究

5.1 多風(fēng)機(jī)多級(jí)基站技術(shù)

隨著我國煤炭的大規(guī)模開采，通風(fēng)技術(shù)的研究也在不斷地進(jìn)行，多風(fēng)機(jī)多級(jí)基站技術(shù)不僅能夠提高井下作業(yè)的工作效率，還能夠有效地節(jié)省電能的消耗，因此得到了大范圍地推廣和使用。多風(fēng)機(jī)多級(jí)基站技術(shù)指的是由二級(jí)及以上風(fēng)基站將地表的新鮮空氣輸送至井下，同時(shí)將井下的污染空氣排放至地表。這種技術(shù)的風(fēng)量是通過風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，相比較于傳統(tǒng)風(fēng)窗調(diào)節(jié)的方式，其穩(wěn)定性和可靠性都增加了很多，它能夠保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能夠準(zhǔn)時(shí)、按時(shí)進(jìn)行通風(fēng)；同時(shí)具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，符合當(dāng)前對(duì)節(jié)能環(huán)保建設(shè)的要求。在多風(fēng)機(jī)多級(jí)基站技術(shù)中，風(fēng)機(jī)的功率和風(fēng)量是一致的，風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量小，它的功率就小，因此對(duì)能源的消耗就會(huì)降低。

5.2 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)

在我國礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)還不成熟，正處于研究探索階段，但是其研究的目的也是為了對(duì)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的管理，對(duì)礦井各個(gè)時(shí)期的通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來滿足煤炭礦井的生產(chǎn)需求。[5]對(duì)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠在很大程度上提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)的質(zhì)量。

6 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

在煤炭礦井的開采工作中，通風(fēng)系統(tǒng)是關(guān)鍵所在，對(duì)礦井的生產(chǎn)環(huán)境，穩(wěn)定生產(chǎn)都具有直接的重要影響，因此想要促進(jìn)煤炭礦井的穩(wěn)定、可靠發(fā)展就必須采用科學(xué)合理的通風(fēng)技術(shù)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行不斷地優(yōu)化，以促進(jìn)煤炭礦井的生產(chǎn)。以下我們將通過三個(gè)方面對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

6.1 準(zhǔn)確把握不同通風(fēng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)已有的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化

任何的通風(fēng)方式都存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)，我們要對(duì)這些優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的分析，并對(duì)其進(jìn)行利用，來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果。針對(duì)中央式通風(fēng)方式，我們通過分析研究得出其優(yōu)點(diǎn)是：通風(fēng)方式簡單、建設(shè)周期較短、工程成本較低。其缺點(diǎn)是：利用中央式通風(fēng)的方式會(huì)在過程中產(chǎn)生風(fēng)流折返的問題，因此導(dǎo)致礦井底部出現(xiàn)漏風(fēng)的情況，且容易將送入井內(nèi)的新鮮空氣污染。針對(duì)對(duì)角式通風(fēng)方式，我們得知其優(yōu)點(diǎn)為：風(fēng)流線路短、阻力小、安全出口設(shè)置隨意，在生產(chǎn)的過程中，巷道的風(fēng)量可以進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，因此保障了風(fēng)壓的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是安全系數(shù)較低、投資成本較大、通風(fēng)風(fēng)量大等。通過對(duì)不同通風(fēng)方式優(yōu)缺點(diǎn)的分析，我們能夠根據(jù)實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，來提高通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)效性和節(jié)能性。

6.2 提高通風(fēng)設(shè)備的整體性能

在整個(gè)煤炭礦井的通風(fēng)系統(tǒng)中，通風(fēng)設(shè)備是基礎(chǔ)的組成部分，為了保證礦井的作業(yè)深度，必須要提高通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備的整體性能。首先要對(duì)老舊的通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行更換或者技術(shù)升級(jí)改造，因?yàn)樯罹鳂I(yè)中，瓦斯氣體和粉塵以及火花都是影響生產(chǎn)的重要因素，高效的通風(fēng)系統(tǒng)能夠在很大程度上解決這些問題。其次選用適應(yīng)性強(qiáng)的新設(shè)備，深井作業(yè)需要大量的通風(fēng)量，傳統(tǒng)的自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)的方式?jīng)]有辦法滿足對(duì)通風(fēng)量的需求，因此我們選擇適應(yīng)性強(qiáng)的新設(shè)備，例如對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)和軸流式通風(fēng)機(jī)，它們具有高效率、小體積、噪聲低和適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，非常適用于深井煤炭作業(yè)對(duì)通風(fēng)量的要求。

6.3 提高通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)效性

對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)將空巷道進(jìn)行封閉處理，避免因過多新鮮空氣進(jìn)入空巷道而導(dǎo)致作業(yè)區(qū)空氣不足的問題。隨著開采深度的不斷加深，會(huì)需要越來越多的通風(fēng)量，這時(shí)在巷道內(nèi)增加一些調(diào)節(jié)的措施，對(duì)通風(fēng)路徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，使空氣更大限度地進(jìn)入到工作生產(chǎn)區(qū)域，降低通風(fēng)量的浪費(fèi)，進(jìn)而提高通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)效性。同時(shí)還要結(jié)合礦井內(nèi)巷道的實(shí)際特點(diǎn)，選擇具有針對(duì)性的措施，來對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

6.4 加強(qiáng)對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)管

通風(fēng)系統(tǒng)不僅會(huì)受到通風(fēng)設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、礦井實(shí)際情況等因素的影響，同時(shí)還會(huì)受到監(jiān)管體系的影響，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的通風(fēng)系統(tǒng)能夠保障其高效運(yùn)行，嚴(yán)格完善的監(jiān)管制度能夠提高監(jiān)管人員的專業(yè)能力，進(jìn)而提高通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)效性，保證其工作的穩(wěn)定性和高效性。[6]

7 結(jié)語

綜上所述，我們不難看出通風(fēng)技術(shù)和通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)礦井作業(yè)的重要性，通過對(duì)各種通風(fēng)技術(shù)和通風(fēng)系統(tǒng)模式的研究，我們遇到了一些技術(shù)難題，但是相信利用通風(fēng)節(jié)能技術(shù)，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)不斷地進(jìn)行各種優(yōu)化，一定能夠解決這些難題，實(shí)現(xiàn)煤炭礦井生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。