礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造應(yīng)用研究

鄧金凱

摘 要：礦井作業(yè)面通風(fēng)系統(tǒng)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的重要構(gòu)成要素，其運(yùn)行的安全、穩(wěn)定對礦井生產(chǎn)安全和綜合效益有著直接影響。以此為著手點(diǎn)，對井下作業(yè)面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化開展研究。結(jié)合具體工程實(shí)際，在分析礦井原有通風(fēng)系統(tǒng)不足的基礎(chǔ)上，對原有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了改良優(yōu)化，希望能夠?yàn)槠渌V井相似工程的開展提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：礦井;通風(fēng)系統(tǒng);優(yōu)化改造

0 引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)服務(wù)于整個(gè)礦山開采階段，是礦產(chǎn)生產(chǎn)最重要的輔助系統(tǒng)，其主要功能是調(diào)節(jié)井下氣候。礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要是指由一些通風(fēng)巷道、通風(fēng)機(jī)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)組成的系統(tǒng)。通風(fēng)機(jī)是通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)力裝置，通風(fēng)巷道是風(fēng)流動(dòng)的通道，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)決定了風(fēng)量的分配方式。通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況、通風(fēng)巷道的屬性及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的變化都會(huì)對通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生影響。在礦井建設(shè)初期，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)較為簡單，通風(fēng)系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)建原則

在礦井生產(chǎn)作業(yè)中充分發(fā)揮通風(fēng)系統(tǒng)的作用至關(guān)重要，明確相應(yīng)構(gòu)建原則是基本前提。結(jié)合當(dāng)前礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行需求，其在優(yōu)化構(gòu)建中需要遵循以下基本原則：首先，在通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)建中必須要充分考慮到礦井實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)狀況，了解其面臨的通風(fēng)需求，進(jìn)而才能夠設(shè)計(jì)更為合理的通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行能力，確保通風(fēng)條件能夠匹配以礦井生產(chǎn)作業(yè)要求，避免出現(xiàn)通風(fēng)能力較差帶來的威脅問題;其次，在礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化構(gòu)建中，往往還需要表現(xiàn)出較強(qiáng)的可靠性和穩(wěn)定性，需要確保其能夠伴隨著礦井生產(chǎn)作業(yè)，持續(xù)性發(fā)揮應(yīng)有通風(fēng)價(jià)值，并且在一些調(diào)控系統(tǒng)方面更是需要表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定運(yùn)行效果，降低通風(fēng)系統(tǒng)自身出現(xiàn)故障問題的幾率;另外，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化構(gòu)建往往還需要表現(xiàn)出較強(qiáng)的簡潔性特點(diǎn)，可以在最大程度上降低自身對于礦井生產(chǎn)作業(yè)影響的基礎(chǔ)上，保障其可以更好關(guān)注于礦井的各個(gè)區(qū)域，形成最為高效的通風(fēng)條件;最后，對于礦井中通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化構(gòu)建，往往還需要重點(diǎn)考慮到相關(guān)法律規(guī)范的基本要求，尤其是對于《礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《礦井安全規(guī)程》，更是需要設(shè)計(jì)人員深入研究，杜絕違規(guī)行為出現(xiàn)。

2 通風(fēng)控制系統(tǒng)存在問題分析

礦井現(xiàn)階段采用的以PLC及變頻器為基礎(chǔ)的通風(fēng)控制系統(tǒng)，存在結(jié)構(gòu)簡單、便于操控等優(yōu)點(diǎn)，在礦井生產(chǎn)初期，通風(fēng)系統(tǒng)簡單時(shí)可以有效對礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，但是隨著礦井開拓系統(tǒng)不斷擴(kuò)展，井下通風(fēng)系統(tǒng)、地質(zhì)構(gòu)造更趨復(fù)雜，采用的通風(fēng)控制系統(tǒng)逐漸難以滿足礦井通風(fēng)可靠需要，具體表現(xiàn)為：通風(fēng)控制系統(tǒng)受到自身結(jié)構(gòu)限制，對通風(fēng)參數(shù)監(jiān)控范圍有限，隨著礦井開拓延伸不斷擴(kuò)展，勢必會(huì)發(fā)生由于采集數(shù)據(jù)不足導(dǎo)致通風(fēng)控制系統(tǒng)分析結(jié)果偏差較大問題;隨著通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜程度增加，傳感器采集數(shù)據(jù)、PLC控制系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)以及變頻器執(zhí)行控制指令耗時(shí)增加，會(huì)出現(xiàn)無法及時(shí)對通風(fēng)異常情況即刻響應(yīng)問題：隨通風(fēng)系統(tǒng)延伸，通風(fēng)阻力變大，井下風(fēng)壓會(huì)有所降低，若PLC數(shù)據(jù)分析不及時(shí)，無法有效確保井下用風(fēng)需求。總之，隨著礦井開采深度不斷增加，地質(zhì)構(gòu)造更趨復(fù)雜，礦井通風(fēng)系統(tǒng)距離變大、構(gòu)成復(fù)雜，現(xiàn)采用的通風(fēng)控制系統(tǒng)時(shí)常出現(xiàn)分析失準(zhǔn)、響應(yīng)耗時(shí)過長問題，不能快速調(diào)整風(fēng)流，達(dá)不到減災(zāi)防災(zāi)目標(biāo)。為了克服現(xiàn)階段礦井變頻器以及PLC構(gòu)建的通風(fēng)控制系統(tǒng)存在不足基礎(chǔ)上，基于礦井煤炭生產(chǎn)地質(zhì)條件，提出采用現(xiàn)場總線控制方式的智能通風(fēng)系統(tǒng)，并采用CO2測試智能通風(fēng)系統(tǒng)可靠性。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造措施

3.1 優(yōu)化礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò) 改善主通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)決定著整個(gè)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力，它不僅影響著通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，還影響主通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)。在開采初期，礦井通風(fēng)系統(tǒng)只服務(wù)1個(gè)回采工作面，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)相對簡單。在開采中后期，礦井通風(fēng)面積增加，線路變長，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)變得復(fù)雜，漏風(fēng)量增加。對于中后期的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，需進(jìn)行優(yōu)化。由于礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜，改變礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)造成風(fēng)量的變化，這就需要對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)值模擬，找出最優(yōu)解決方案。串聯(lián)型通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)能增加通風(fēng)阻力，而并聯(lián)性通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)能降低礦井通風(fēng)，因此可采用并聯(lián)的方法來改善某些局部通風(fēng)阻力較大的巷道。對于某些礦井，增加巷道斷面面積實(shí)現(xiàn)起來也相對比較簡單，可利用廢棄巷道進(jìn)行通風(fēng)，這樣不僅可降低廢棄巷道中的瓦斯積聚，還可提高巷道利用率。主通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)與礦井通風(fēng)阻力及風(fēng)量有關(guān)。在對礦井通風(fēng)系統(tǒng)采取一些降阻措施后，還應(yīng)對礦井風(fēng)量進(jìn)行重新計(jì)算，從而對主通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，提升風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。

3.2 通風(fēng)方式的優(yōu)化布置

在礦井通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)建中，選擇適宜合理的通風(fēng)方式是關(guān)鍵條件，通風(fēng)方式不合理，不僅僅會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)效率較差，難以滿足通風(fēng)需求，還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的能耗損失，需要作為優(yōu)化的重要目標(biāo)。在通風(fēng)方式的優(yōu)化設(shè)置中，構(gòu)建人員往往需要充分考慮到進(jìn)出風(fēng)井的具體布置，確保形成較為協(xié)調(diào)有序的相互關(guān)系。一般而言，當(dāng)前比較常用的通風(fēng)方式有對角式進(jìn)出風(fēng)井、混合式進(jìn)出風(fēng)井以及中央式進(jìn)出風(fēng)井三類，需要結(jié)合不同礦井作業(yè)狀況進(jìn)行恰當(dāng)選擇和布置。從中央式進(jìn)出風(fēng)井的布置上來看，其又可以根據(jù)不同礦井特點(diǎn)合理劃分為分列式通風(fēng)方式以及并列式通風(fēng)方式，需要在綜合分析各個(gè)因素的基礎(chǔ)上予以恰當(dāng)選用和布置。在對角式進(jìn)出風(fēng)井的布置中，則主要針對出風(fēng)井設(shè)置在兩翼區(qū)域，進(jìn)而也就可以明顯降低通風(fēng)阻力，還可以表現(xiàn)出較高的安全性。當(dāng)然，因?yàn)楝F(xiàn)階段很多礦井都表現(xiàn)出了較強(qiáng)的復(fù)雜性特點(diǎn)，如此也就需要借助于混合式進(jìn)出風(fēng)井予以布置，以求達(dá)到最為理想的通風(fēng)條件。

3.3 智能通風(fēng)系統(tǒng)

系統(tǒng)內(nèi)的各功能模塊獨(dú)立運(yùn)行，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障不會(huì)給其他環(huán)節(jié)造成不利影響，控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性顯著提升;控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸采用工業(yè)以太網(wǎng)以及CAN總線兩種方式，工業(yè)以太網(wǎng)用以現(xiàn)場監(jiān)控PC與遠(yuǎn)程監(jiān)控PC間數(shù)據(jù)交互;CAN總線用以現(xiàn)場監(jiān)控PC對通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備控制。采用的信息交互方式確保了控制系統(tǒng)具有快速反應(yīng)能力;生產(chǎn)過程中面臨諸多不利因素影響，為應(yīng)對可能突發(fā)的各類問題給通風(fēng)控制系統(tǒng)造成的影響，確保智能通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，該智能通風(fēng)控制系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)配備有冗余系統(tǒng)，冗余系統(tǒng)可以在通風(fēng)構(gòu)筑物、通風(fēng)設(shè)備發(fā)生意外情況時(shí)及時(shí)、快速響應(yīng)，保證礦井通風(fēng)安全。選用的智能通風(fēng)控制系統(tǒng)可以對礦井通風(fēng)設(shè)備、構(gòu)造物運(yùn)行參數(shù)及通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行時(shí)實(shí)在線監(jiān)測，具備大量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)同時(shí)分析處理能力，依據(jù)智能算法作出更為合理的決策指令，遠(yuǎn)程對通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，掌握各個(gè)通風(fēng)節(jié)點(diǎn)變化情況，確保井下合理通風(fēng)。

3.4 優(yōu)化設(shè)置機(jī)械設(shè)備

對于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化布置而言，合理設(shè)置機(jī)械設(shè)備同樣也是重要手段，只有確保各個(gè)通風(fēng)設(shè)備能夠處于最優(yōu)位置，并且朝向和固定較為科學(xué)，進(jìn)而才能夠維系后續(xù)通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。針對通風(fēng)機(jī)械設(shè)備的選型需要嚴(yán)格把關(guān)，根據(jù)通風(fēng)參數(shù)要求選擇最為適宜的設(shè)備類型，避免出現(xiàn)型號不匹配問題;通風(fēng)機(jī)械設(shè)備數(shù)量以及布置位置也需要重點(diǎn)圍繞通風(fēng)方式以及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，以求形成更為高效的通風(fēng)條件。

4 結(jié)束語

伴隨著中國礦山生產(chǎn)規(guī)模及深度的不斷增大，礦井通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜性不斷提升。為確保礦井運(yùn)行安全，井下生產(chǎn)作業(yè)對通風(fēng)系統(tǒng)的性能有了更高的要求。鑒于此，礦井管理者必須高度重視相關(guān)問題，在生產(chǎn)實(shí)際中組織專業(yè)力量，開展針對性分析探究，總結(jié)行之有效的通風(fēng)方案，實(shí)現(xiàn)回采面通風(fēng)的高效、安全，為礦井綜合效益的提升提供保障。

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