礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

營(yíng)亞輝

摘要：煤礦是否安全，內(nèi)行人首先會(huì)觀察礦井的通風(fēng)系統(tǒng)，可見礦井通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置與優(yōu)化直接關(guān)系到礦井人員的安全和工作的質(zhì)量。然而在現(xiàn)階段，我國(guó)許多礦井仍然沒(méi)有擺脫低效率、調(diào)節(jié)不合理、設(shè)備落后等問(wèn)題，這給從事礦業(yè)工作的人員帶來(lái)了許多健康乃至生命的威脅?；谶@樣的現(xiàn)狀，本文選取礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化作為主要內(nèi)容，集中探討通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)、選擇和措施，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一些寶貴思路。

關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)；通風(fēng)系統(tǒng)；系統(tǒng)優(yōu)化；優(yōu)化措施

盡管我國(guó)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)引發(fā)了我國(guó)能源使用的結(jié)構(gòu)，但是煤仍然是我國(guó)的支柱型能源。雖然煤的產(chǎn)量是逐年上升的，可我們已然要關(guān)注煤礦事故（尤其是瓦斯爆炸）等相關(guān)社會(huì)問(wèn)題，這些問(wèn)題歸根結(jié)底是由于煤礦通風(fēng)系統(tǒng)不夠完善造成的，因此優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)、降低事故比率、挽救工人生命已是當(dāng)務(wù)之急。

一、礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)和選擇

要想優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者首先應(yīng)當(dāng)熟悉優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)。在行業(yè)中，較為廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)主要是“專一原則”。而考慮利用這個(gè)原則優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，也應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦井工程的進(jìn)度、分布、地勢(shì)等因素，因地制宜地選擇和設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)耐L(fēng)系統(tǒng)。

（一）通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)

礦井的通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)不同于其他行業(yè)，其嚴(yán)格性是不言而喻的，一旦在設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面出現(xiàn)差錯(cuò)，不僅會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益下滑，還會(huì)加速一個(gè)企業(yè)的破產(chǎn)。因而，采礦行業(yè)將礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的原則稱為“專一原則”，即礦井通風(fēng)系統(tǒng)必須做到獨(dú)立使用、分區(qū)通風(fēng)，既不能與其他通風(fēng)設(shè)備混用，也不能將礦井中的粉塵、毒氣和煤塵等置之不理。也就是說(shuō)，礦井生產(chǎn)的水平和開采區(qū)域的位置直接決定了通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，且要將自然因素如風(fēng)向、地勢(shì)等考慮在內(nèi)，針對(duì)不同的礦井物質(zhì)設(shè)計(jì)不同的通風(fēng)管道，且這些管道應(yīng)當(dāng)彼此獨(dú)立，不可混合使用。

（二）通風(fēng)系統(tǒng)的選擇

在確立了通風(fēng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)之后，就要嚴(yán)格按照這些標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇和設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)。總的來(lái)說(shuō)，一般的礦井通風(fēng)系統(tǒng)包括四個(gè)設(shè)計(jì)思路：中央布置型、交叉布置型、對(duì)角布置型和區(qū)域布置型，這是基于氣體進(jìn)出的方向和礦井的位置進(jìn)行的分類。此外，關(guān)于通風(fēng)所需要的主電機(jī)也相應(yīng)地被分為氣體抽出、強(qiáng)制壓入和壓軸混合三種給礦井通氣的模式，選擇的依據(jù)主要是因地制宜。加入一個(gè)煤礦是剛開采的，那么，基于成本和工程量的考慮，要在確保生產(chǎn)速度和效率的同時(shí)采用中央布置型。如果一個(gè)礦井危險(xiǎn)系數(shù)較高（比如瓦斯含量高、粉塵較多），且地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、煤層分布不均勻等，可以選擇對(duì)角布置型。

二、礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的措施

通風(fēng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的一個(gè)重要保障就在于動(dòng)態(tài)化的工程進(jìn)度和工程要求，所以，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)和各個(gè)時(shí)期必須要適應(yīng)礦井工作的進(jìn)度和相關(guān)要求。換句話說(shuō)，風(fēng)機(jī)設(shè)備、風(fēng)硐設(shè)備和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，加上相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)的支撐，能夠共同為通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化保駕護(hù)航。

（一）優(yōu)化風(fēng)機(jī)設(shè)備

由于風(fēng)機(jī)的種類與功能的多樣化，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)明白，并不是每一臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)礦井都具有普適性。例如剛開采的礦井在安裝風(fēng)機(jī)之后會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，包括風(fēng)機(jī)工作效率低下、故障發(fā)生次數(shù)多等。因此對(duì)于這類礦井，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)選擇工作效率較高、性能穩(wěn)定、噪音較小且成本偏低的風(fēng)機(jī)，這樣可以達(dá)到擴(kuò)大覆蓋面積、安全運(yùn)行的目標(biāo)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，選擇這樣的風(fēng)機(jī)也有利于減少維修和保養(yǎng)的成本，在杜絕頻繁更換風(fēng)機(jī)的同時(shí)將礦井作業(yè)的安全系數(shù)大大提升。

（二）精確測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)阻、漏風(fēng)面積

通風(fēng)效果的好與壞最大的影響因素就是風(fēng)阻，因而在優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的過(guò)程中可以將風(fēng)阻作為設(shè)計(jì)的突破口。由于風(fēng)阻是影響礦井生產(chǎn)安全的重要因素，因此相關(guān)工作人員要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)且精密地測(cè)量，由此獲得優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的第一手科學(xué)數(shù)據(jù)。而對(duì)風(fēng)速與風(fēng)量的測(cè)量主要是為設(shè)計(jì)者選擇風(fēng)機(jī)提供一定的依據(jù)，因而這兩項(xiàng)指標(biāo)的準(zhǔn)確性有利于保證礦井不會(huì)因?yàn)轭l繁更換風(fēng)機(jī)延誤工程進(jìn)度。至于漏風(fēng)面積的測(cè)量，主要是為工程的安全性進(jìn)行強(qiáng)化。因?yàn)槁╋L(fēng)面積的大小直接反映通風(fēng)效果，所以對(duì)漏風(fēng)面積的測(cè)量能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，這將會(huì)給礦井的整體通風(fēng)效果帶來(lái)質(zhì)的提升。

（三）優(yōu)化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

風(fēng)機(jī)選擇的恰當(dāng)與否無(wú)疑是通風(fēng)效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是否與風(fēng)機(jī)匹配，也是優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的一個(gè)重要方面。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的優(yōu)化主要是基于通風(fēng)設(shè)備運(yùn)作的穩(wěn)定性、高效性和環(huán)保性，從一定意義上來(lái)說(shuō)是一種可以數(shù)字表達(dá)的公式。一般情況下，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的分風(fēng)主要包括人為控制分風(fēng)、自然狀況分風(fēng)和常規(guī)分風(fēng)三種。要想優(yōu)化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者需要考慮這些分風(fēng)與礦井之間“按需分配”的程度，要精確控制通風(fēng)設(shè)備的位置和風(fēng)量，探索出最佳的通風(fēng)效果，從而降低通風(fēng)主機(jī)的能耗；除此之外，礦井的通風(fēng)面常常出現(xiàn)回風(fēng)、留風(fēng)和分風(fēng)現(xiàn)象，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)也需要優(yōu)化這一點(diǎn)，減少回風(fēng)、留風(fēng)和分風(fēng)的發(fā)生；再者，連巷的網(wǎng)格安裝也不失為一個(gè)較少角連、縮短風(fēng)程的好辦法。對(duì)于已經(jīng)優(yōu)化的網(wǎng)格，也應(yīng)當(dāng)采取定期檢查更換、降低漏風(fēng)等措施，做好及時(shí)反饋和維修保養(yǎng)工作。

（四）優(yōu)化風(fēng)硐設(shè)備

風(fēng)硐設(shè)備主要是通過(guò)自身具備的擴(kuò)散器和反風(fēng)裝置與主風(fēng)機(jī)協(xié)同工作，達(dá)到高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的，因而屬于通風(fēng)系統(tǒng)中必不可少的構(gòu)成。然而根據(jù)我國(guó)礦井的相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)風(fēng)硐設(shè)備無(wú)論是在新礦井還是老礦井的施工過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，從而給通風(fēng)效果造成負(fù)面影響。由此，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)注意將風(fēng)硐設(shè)備的通風(fēng)斷面設(shè)計(jì)成C形或半圓形，這樣能在較低的阻力和較好的光潔度的共同作用下將風(fēng)速控制在10-15m/s的范圍內(nèi)；其次，風(fēng)硐設(shè)備的優(yōu)化也可以落實(shí)到安放位置上，比如采用單一斜上式安放法，將風(fēng)硐設(shè)備與主風(fēng)機(jī)合并的角度控制在60度以內(nèi)，就能在減少?gòu)澢鹊耐瑫r(shí)對(duì)風(fēng)硐管道進(jìn)行一定程度的疏通和保潔，減少管道堵塞的現(xiàn)象發(fā)生。

三、總結(jié)

礦井的通風(fēng)系統(tǒng)，尤其是煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)牽系著相關(guān)人員和企業(yè)的生產(chǎn)安全，因此礦井通風(fēng)系統(tǒng)的研究需要考慮許多自然和人為的因素，且優(yōu)化過(guò)程要貫穿于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的始終。所以要重視每一個(gè)環(huán)節(jié)的研究與設(shè)計(jì)，在充分考慮成本的基礎(chǔ)上，因地制宜地安排和優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，這樣才能把開采風(fēng)險(xiǎn)降到最低，在增強(qiáng)和鞏固生產(chǎn)連續(xù)性的同時(shí)維護(hù)社會(huì)安定、創(chuàng)造更多更大的經(jīng)濟(jì)效益。

（作者單位：淮北礦業(yè)股份公司朱仙莊煤礦）

參考文獻(xiàn)

[1]陳寅.礦井通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國(guó)化工貿(mào)易.2013.1：143.

[2]馬驪，王鵬軍，李晉生.淺析礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù).2009.5（4）：187-190.