礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置與安全性計(jì)算模式研究

李廣峰

【摘? 要】通常，影響煤礦通風(fēng)安全的因素可分為三方面，即環(huán)境因素、設(shè)備因素和人為因素。其中針對(duì)人為因素，包括員工安全管理意識(shí)薄弱、企業(yè)安全管理措施落后在內(nèi)的諸多問題均有可能造成嚴(yán)重的礦井通風(fēng)安全事故。對(duì)此，論文通過分析常見的礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理問題，從通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置與安全性計(jì)算模式構(gòu)建兩方面進(jìn)行了研究。

【Abstract】Generally， the factors affecting coal mine ventilation safety can be divided into three aspects： environmental factors， equipment factors and human factors. Among them， in view of human factors， including employees' weak awareness of safety management and backward enterprise safety management measures， many problems may cause serious mine ventilation safety accidents. In this regard， through the analysis of common management problems of mine ventilation system， this paper studies from two aspects： the setting of ventilation system and the construction of its safety calculation mode.

【關(guān)鍵詞】礦井通風(fēng)系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)置原則;安全性計(jì)算模式;安全管理措施

【Keywords】mine ventilation system; system setting principle; safety calculation mode; safety management measures

【中圖分類號(hào)】TD724? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）09-0190-02

1 引言

我國大多數(shù)煤礦生產(chǎn)企業(yè)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)仍不夠完善，加上相關(guān)安全管理措施的不足，導(dǎo)致實(shí)際的礦井通風(fēng)安全難以得到保障。對(duì)此，需圍繞礦井通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)建一套行之有效的安全性計(jì)算指標(biāo)體系，并以此在結(jié)合通風(fēng)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上探究現(xiàn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的安全漏洞。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置原則

針對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試均需要建立在詳細(xì)勘測(cè)煤礦實(shí)際地質(zhì)條件和生產(chǎn)情況之上，同時(shí)，考慮到煤礦生產(chǎn)過程一般可分為建井期、投產(chǎn)期、生產(chǎn)旺盛期和收縮期這四個(gè)階段，因此，應(yīng)基于不同時(shí)期井下作業(yè)的用風(fēng)量來就通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而滿足經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置原則。首先，基于煤礦投產(chǎn)初期及后期，該階段的煤礦產(chǎn)量和瓦斯涌出量均相對(duì)較少，并不需要依賴較多的通風(fēng)量以實(shí)現(xiàn)對(duì)于有毒氣體瓦斯的稀釋，因此，通常采用小功率的通風(fēng)機(jī)即可;其次，當(dāng)煤礦生產(chǎn)進(jìn)入生產(chǎn)旺盛期后，由于煤礦產(chǎn)量大大增加，導(dǎo)致瓦斯產(chǎn)出量也會(huì)隨之增多，同時(shí)，加上煤礦生產(chǎn)逐漸呈現(xiàn)出規(guī)?；途W(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)，使得生產(chǎn)系統(tǒng)愈發(fā)復(fù)雜，因此，煤礦投產(chǎn)初期及后期的小型通風(fēng)機(jī)已經(jīng)不再適用，而是應(yīng)采用改造后的通風(fēng)機(jī)進(jìn)行作業(yè)，進(jìn)而滿足現(xiàn)場(chǎng)的通風(fēng)需求;最后，需注意的是，不同的地質(zhì)條件往往也會(huì)直接帶來礦井通風(fēng)需求的變化，例如，圍繞高瓦斯區(qū)、突水區(qū)和斷層區(qū)，為保障開采作業(yè)的安全進(jìn)行，需就通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理改造，進(jìn)而一方面確保地震、塌方、瓦斯爆炸等事故發(fā)生時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)的及時(shí)反應(yīng)，另一方面避免因通風(fēng)系統(tǒng)所致的二次事故，最終從根本上保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的人身安全。

在此基礎(chǔ)上，以永煤集團(tuán)順和煤礦為例，該礦區(qū)地質(zhì)條件中等，瓦斯涌出量相對(duì)較大，所以可采用機(jī)械抽出式通風(fēng)，但目前的問題在于未能實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)，因此，仍需遵循整體性原則和適應(yīng)性原則適當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算

3.1 礦井通風(fēng)阻力計(jì)算

圍繞礦井通風(fēng)阻力計(jì)算過程，一般需就礦井達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量后通風(fēng)容易及通風(fēng)困難兩個(gè)時(shí)期的最大通風(fēng)阻力進(jìn)行計(jì)算，且計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)通風(fēng)線路不同井巷的實(shí)際通風(fēng)阻力來計(jì)算總和。同時(shí)，考慮到煤礦生產(chǎn)過程中時(shí)常存有漏風(fēng)現(xiàn)象，因此，應(yīng)確保通風(fēng)機(jī)主扇的風(fēng)量始終大于總回風(fēng)井的通風(fēng)量，進(jìn)而保障通風(fēng)阻力計(jì)算的準(zhǔn)確性。

3.2 礦井通風(fēng)總阻力計(jì)算

一般來說，可將礦井通風(fēng)阻力分為摩擦阻力和局部阻力兩個(gè)部分，其中，前者指的是風(fēng)流與井巷圍巖壁摩擦以及空氣內(nèi)部擾動(dòng)所致的阻力，后者指的是風(fēng)流經(jīng)過井巷某些特定區(qū)域所致的阻力。而在實(shí)際觀測(cè)中不難發(fā)現(xiàn)，相較于局部阻力，摩擦阻力往往是造成礦井通風(fēng)阻力的主要原因，一般可占到總阻力值的90%左右。因此，應(yīng)著重從扇風(fēng)機(jī)選擇等方面就摩擦阻力進(jìn)行控制，進(jìn)而以達(dá)到降低礦井通風(fēng)阻力的目的。

4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全性計(jì)算模式分析

4.1 通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)安全性

通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量往往直接關(guān)系到通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)安全性進(jìn)行計(jì)算控制是保障礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在。同時(shí)，通常來說，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率一般在60%以上，而當(dāng)主要通風(fēng)機(jī)均達(dá)到60%運(yùn)轉(zhuǎn)效率后，通風(fēng)機(jī)的最高風(fēng)壓約為通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓的2倍，因此，應(yīng)根據(jù)通風(fēng)機(jī)的具體性能按照式（1）就其運(yùn)轉(zhuǎn)安全性進(jìn)行計(jì)算。

f1=0? ? ? ? ? ? ? ?Kli≥0.9或Kli≤0.2? ? 0.2≤Kli<0.51? ? ? ? ? ? ? ?0.5≤Kli<0.9? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，Kli為通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓與通風(fēng)機(jī)最高風(fēng)壓的比值。

4.2 用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量

根據(jù)國家《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，應(yīng)基于煤礦開采作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的溫度、風(fēng)速和有害氣體含量來就用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量進(jìn)行控制，即遵循式（2）計(jì)算用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量是否滿足通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

f2=? ? ? ? ? （2）

其中，f2為用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量是否滿足設(shè)計(jì)要求的判定系數(shù)，n1為井下風(fēng)量滿足設(shè)計(jì)要求用風(fēng)地點(diǎn)的數(shù)量，N1為井下所有用風(fēng)地點(diǎn)的數(shù)量。

4.3 通風(fēng)系統(tǒng)合理性

針對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)流，應(yīng)確保其滿足井下安全生產(chǎn)的基本需要，即應(yīng)兼具一定的穩(wěn)定性和持續(xù)性，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型如式（3）所示。

f3=0不合理1合理? ? ?（3）

其中，f3為通風(fēng)系統(tǒng)合理性的判斷系數(shù)，該系數(shù)一般與通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，例如，圍繞永煤集團(tuán)順和煤礦，其采用分區(qū)通風(fēng)方式構(gòu)建通風(fēng)系統(tǒng)，各用風(fēng)地點(diǎn)間不存在角聯(lián)分支，因此，可基本排除串聯(lián)通風(fēng)對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)穩(wěn)定性的影響。此外，為進(jìn)一步避免風(fēng)流紊亂問題發(fā)生，可借助控制風(fēng)井阻力的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終也可獲取較好的系統(tǒng)改造效果。

4.4 煤礦風(fēng)量供需比

所謂煤礦風(fēng)量供需比，其指的是煤礦風(fēng)量供給量與煤礦風(fēng)量需求量之間的比值，一般應(yīng)控制在1.0～1.2，而當(dāng)風(fēng)量供需比小于1時(shí)，說明通風(fēng)系統(tǒng)無法滿足井下作業(yè)的基本通風(fēng)需求，需進(jìn)一步加強(qiáng)通風(fēng)以保證井下作業(yè)人員的生命安全。在此基礎(chǔ)上，煤礦風(fēng)量供需比計(jì)算公式如式（4）所示。

f4=0? ? ? ? ? ? ? ?k2<1或k2<1.55-? ? 1.2≤k2<1.51? ? ? ? ? ? ? ?1≤k2<1.2? ? ? ? ? ?（4）

其中，k2為礦井實(shí)際風(fēng)量與所需風(fēng)量的比值。

4.5 通風(fēng)設(shè)備可靠性

基于不同的煤礦開采作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況，其對(duì)于通風(fēng)設(shè)備可靠性的要求也會(huì)有所不同，因此，應(yīng)圍繞礦井采掘設(shè)計(jì)、瓦斯以及生產(chǎn)水平等相關(guān)因素就通風(fēng)設(shè)備的可靠性進(jìn)行計(jì)算，最終形成計(jì)算公式，即式（5）。

f5=0不合理1合理? ? ?（5）

其中，f5為通風(fēng)設(shè)備的可靠性判定系數(shù)，即當(dāng)f5為1時(shí)，表示煤礦的通風(fēng)設(shè)備滿足預(yù)定的作業(yè)要求。

5 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全管理措施

5.1 構(gòu)建完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

應(yīng)基于現(xiàn)代傳感器技術(shù)進(jìn)一步就礦井通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，在有針對(duì)性就井下風(fēng)速、氣體濃度及瓦斯含量進(jìn)行檢測(cè)的基礎(chǔ)上，及時(shí)發(fā)現(xiàn)礦井內(nèi)潛在的安全事故隱患，并在第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警的同時(shí)，減少各種安全事故對(duì)于作業(yè)人員及煤礦生產(chǎn)企業(yè)的利益影響。其中，圍繞整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，井下子站是非常重要的一環(huán)，其不僅能夠承擔(dān)傳遞安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的重要作用，同時(shí)，也能在通風(fēng)系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)及時(shí)連接故障電路，進(jìn)而確保故障最快速度得到解決。

5.2 選用先進(jìn)通風(fēng)設(shè)備

在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性往往直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的通風(fēng)性能，因此，除了應(yīng)構(gòu)建完善設(shè)備檢修機(jī)制以及時(shí)發(fā)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)備潛在的安全隱患外，還應(yīng)根據(jù)上述安全性計(jì)算模型就通風(fēng)設(shè)備的應(yīng)用可行性進(jìn)行精準(zhǔn)判定，在圍繞現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備形成定量、定性安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上，配備更加適合礦井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的通風(fēng)設(shè)備。

5.3 加強(qiáng)人員安全培訓(xùn)

因人為因素所致的安全事故并不少見，因此，應(yīng)進(jìn)一步就開采人員的安全意識(shí)進(jìn)行強(qiáng)化，通過開展定期的安全培訓(xùn)以從根本上規(guī)避各種安全事故。其中，除了應(yīng)借助完善的責(zé)任監(jiān)督機(jī)制保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的操作規(guī)范性外，還應(yīng)結(jié)合礦井通風(fēng)系統(tǒng)的基本原理幫助作業(yè)人員了解礦井的整個(gè)通風(fēng)過程，進(jìn)而幫助其快速學(xué)習(xí)自救措施，并使其能夠認(rèn)清礦井通風(fēng)的重要性，并最終降低安全事故的發(fā)生概率。

6 結(jié)語

綜上，礦井安全通風(fēng)是一項(xiàng)非常重要的工作，而安全可靠的通風(fēng)系統(tǒng)往往是確保井下作業(yè)人員安全生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。因此，需進(jìn)一步圍繞現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況構(gòu)建更加完善的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，在及時(shí)查找系統(tǒng)潛在安全漏洞的同時(shí)，不斷就通風(fēng)方案進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而以此保障井下作業(yè)的安全進(jìn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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