煤矿矿井通风系统优化措施探讨

2022-12-06

1. 前言

煤矿的井下通风系统是保证煤矿企业安全生产和经济效益的关键性技术。随着我国煤矿开采规模扩张以及开采难度的增加，对矿井通风系统性能技术的要求也越来越高。而在现有通风系统基础上进行科学、合理的技术优化改造是最具有经济效益的技术升级方案。

2. 煤矿通风系统技术

煤矿矿井的通风系统指的是在煤矿开采过程中，利用优异的通风动力向煤矿井下矿井工作面提供新鲜的空气、调控矿井工作面工作区域温度以及稀释、排放排出矿井中的粉尘、瓦斯等有害组成。矿井通风系统的稳定、高效的运行不仅能够深度优化煤矿矿井工作面的的工作环境，保障相关工作人员的生理健康，还是煤矿安全生产的重要技术支撑。因此，通风技术系统是整个煤矿开采中非常重要的技术环节。

煤矿井下气流的通风动力根据外加能量性质的不同可以分为自然通风和机械通风两种。自然通风的风量和风相位受环境中的气温、压强影响很大，一些环境下无法形成稳定、足量的自然风气流，满足不了煤矿矿井对通风性能的要求。机械通风是一种利用机械通风机产生强劲的气流促使煤矿矿井中空气高速流动的通风技术，根据所使用的通风机的结构不同，可以分为离心式通风机和轴流式通风机，根据所使用的通风机功能，可以分为主要通风机、辅助通风机和局部通风机。其中，主要通风机的功能是为全矿井或者矿井的一个独立区域提供通风气流;辅助通风机的功能是辅助于主要通风机通风，为采矿区提供通风气流;局部通风机的功能是为煤矿井下局部区域、地点提供通风气流。

3. 煤矿通风系统优化的原则与步骤

(1)煤矿通风系统优化的原则

煤矿通风系统的优化改造技术应当遵循安全性和稳定性原则。

(1)安全性原则

安全生产是煤矿开采的核心要素，在煤矿通风系统运行过程中，要保证通风系统的每个运行环节都充分的发挥出安全防护功能。然而受到煤矿通风同系统的动态性和随机性等特性影响，通风系统在实际运行过程中会不可避免的受到煤矿矿井中各种内、外因素的影响，而导致产生不稳定运行的工况。具体来说，优化改造后的通风系统要保证系统单位时间内能够提供足量的新鲜空气;保证井下的各类有害物质、危险易燃物质、粉尘颗粒物等浓度降低到安全线以下;保证煤矿井下出现突发安全事故时能够迅速、有效的提供超额的空气流量以及控制气流相位;保证通风系统的管道和设备易于检查，最大程度的减少安全隐患。

(2)稳定性原则

煤矿通风系统极其复杂，在进行通风系统的优化改造过程中，必须要保证通风系统的各个环节性能的稳定性，保证通风系统根据矿井分支的风阻变化而能够做出灵活的气体流量和气体相位调整。具体来说，一些大型的综合型煤矿的通风系统通常具有几千个通风网络节点，矿井分支的数量可达几千条之多，具有气流方向改变功能的角联分支最高占比可达45%以上，矿井中用风位置至少在几百个。因此，当矿井中的风阻发生变化时，所带动的通风系统网络分支中的气体流量和气流相位变化是很复杂的，只有保证煤矿通风系统运行的稳定性，才能有效的保证通风系统提供的风能满足用风位置需求。

(2)煤矿通风系统优化的步骤

不同的煤矿所处的地质环境和气候环境的差异性导致其使用的通风系统性能和各项指标上也有所差异。在进行通风系统优化改造技术设计开展时，应当遵循基本的优化步骤，在此基础上根据煤矿的地质特点和实际生产情况，灵活的调整优化措施。一般来说，煤矿通风系统的基本优化步骤包括了以下几方面内容：

(1)明确调查和分析矿井中现使用的通风系统现状、矿井通风阻力、主要通风机性能和通风网路结构，根据整理得到的资料进行综合分析、总结和研究，并深度挖掘现阶段使用的通风系统存在的安全隐患或者性能缺陷。

(2)根据挖掘得到的通风系统安全隐患或者性能缺陷，邀请相关技术专家对安全隐患和性能缺陷进行研究分析，并由专家提出科学、合理的技术方案。相关技术人员，根据专家意见，初步拟定几个符合国家、行业技术标准规范的且具有技术改造可行的通风系统优化改造方案。

(3)组织会议，由煤矿通风系统工程设计技术人员、专家顾问以及煤矿企业相关技术主管，对拟定的几个优化改造方案进行分析对比，结合实际生产情况，选择最佳的优化方案。同时在此方案的技术改造项目基础上，继续针对性的深入优化，并利用计算机仿真程序等现代化信息技术从技术、经济和安全性等角度对优化的方案进行评价。

4. 煤矿矿井通风系统优化设计策略

矿井通风系统的具体优化措施要根据矿井的实际生产情况来评定。首先分析矿井现阶段使用的通风系统和结构特点，在满足通风系统改造的安全性和稳定性两大基本原则下，设计和制定适宜的改造优化措施。下面重点介绍矿井通风措施的具体方面。

(1)优化矿井通风设备性能

机械设备是矿井通风系统的核心组成部分，为了保证通风系统的性能和开采作业的安全性能，必须要强化机械设备资源的配置，提高设备的性能和先进性。例如，通风系统使用的机械通风机设备的功率较小，无法满足深度矿井作业所需要的通风量时，就会引发严重的安全事故和粉尘污染情况，因此需要对机械设备进行改造或者升级。我国目前深度矿井中使用的高性能通风机设备主要为G4-73型、4-73型和K4-73型离心式通风机和轴流式通风机。上述几种型号风机均能满足煤矿井下的通风需求，且具有风机功率高、环境适应能力强、占地面积小和噪音低等优势。

(2)改革创新通风技术

随着煤矿开采深度增加和开采规模的扩大，其对通风系统规模和技术要求也越来越高，设计的通风系统的网络结构也越来越复杂。很多深井煤矿使用的通风系统主要采用多级机站通风系统，系统管理工作量很大，如果过度依赖人工操作管理，则无法满足当前复杂系统的管理要求。因此，使用现代化计算机技术、人工智能技术和自动化系统工程技术，可以有效的实现系统的自动化监控和管理。从而保证通风系统安全、高效、稳定、经济的运行。

(3)强化系统的检修维护工作

煤矿通风系统使用的机械设施复杂，专业技术水平高，为了延长通风系统的寿命以及保证通风系统的性能，在技术优化改造中应当制定完善机械设备的维护和管理制度。例如：为了降低煤矿通风系统在输送过程中的损耗，在现有的矿井通风系统基础上，关闭闲置的矿井，并彻底检查通风网络中的漏风位置，并进行治理，从而减少通风流量的损失，并在此基础上重新标定矿井实际风量的使用值。根据标定的风量结果，调整通风机的叶片角度和转速，从而降低通风机的功率，节约通风系统的运行成本。

(4)加大矿井通风管理投入力度

煤矿的矿井通风系统优化设计改造不仅依赖于先进技术、设备以及资金的支持，更离不开煤炭生产企业完善的管理系统，通过整合企业各种资源，优化通风设施配置，加强技术实践与培训，保证通风系统长期、安全、稳定、高效的运行。在煤矿的通风系统中，一方面需要加强机械设备的维护与管理，另一方面还需要加强其他辅助设施的治理。为了能够降低煤矿通风系统在输送过程中的消耗率，在现有的矿井通风系统基础上，将闲置巷道或者采后区域完全关闭，并对可能存在漏风地方进行治理，从而减少无效风量，并重新计算矿井总的风量需求值。然后根据计算的矿井总需风量值来调整风机的角度和转速，从而降低通风机的功率，节约通风系统的运行费用。