礦井通風系統優化研究

營亞輝

摘要：煤礦是否安全，內行人首先會觀察礦井的通風系統，可見礦井通風系統的設置與優化直接關系到礦井人員的安全和工作的質量。然而在現階段，我國許多礦井仍然沒有擺脫低效率、調節不合理、設備落后等問題，這給從事礦業工作的人員帶來了許多健康乃至生命的威脅。基于這樣的現狀，本文選取礦井通風系統的優化作為主要內容，集中探討通風系統優化的標準、選擇和措施，為礦井通風系統的設計提供一些寶貴思路。

關鍵詞：礦井通風；通風系統；系統優化；優化措施

盡管我國的科學技術發展已經引發了我國能源使用的結構，但是煤仍然是我國的支柱型能源。雖然煤的產量是逐年上升的，可我們已然要關注煤礦事故（尤其是瓦斯爆炸）等相關社會問題，這些問題歸根結底是由于煤礦通風系統不夠完善造成的，因此優化通風系統、降低事故比率、挽救工人生命已是當務之急。

一、礦井通風系統優化的標準和選擇

要想優化礦井通風系統，設計者首先應當熟悉優化的標準。在行業中，較為廣泛使用的標準主要是“專一原則”。而考慮利用這個原則優化通風系統的設計者，也應當根據礦井工程的進度、分布、地勢等因素，因地制宜地選擇和設計恰當的通風系統。

（一）通風系統應達到的標準

礦井的通風系統的優化標準不同于其他行業，其嚴格性是不言而喻的，一旦在設計和優化方面出現差錯，不僅會導致經濟效益下滑，還會加速一個企業的破產。因而，采礦行業將礦井通風系統優化的原則稱為“專一原則”，即礦井通風系統必須做到獨立使用、分區通風，既不能與其他通風設備混用，也不能將礦井中的粉塵、毒氣和煤塵等置之不理。也就是說，礦井生產的水平和開采區域的位置直接決定了通風系統的設計思路，且要將自然因素如風向、地勢等考慮在內，針對不同的礦井物質設計不同的通風管道，且這些管道應當彼此獨立，不可混合使用。

（二）通風系統的選擇

在確立了通風系統的標準之后，就要嚴格按照這些標準來選擇和設計通風系統。總的來說，一般的礦井通風系統包括四個設計思路：中央布置型、交叉布置型、對角布置型和區域布置型，這是基于氣體進出的方向和礦井的位置進行的分類。此外，關于通風所需要的主電機也相應地被分為氣體抽出、強制壓入和壓軸混合三種給礦井通氣的模式，選擇的依據主要是因地制宜。加入一個煤礦是剛開采的，那么，基于成本和工程量的考慮，要在確保生產速度和效率的同時采用中央布置型。如果一個礦井危險系數較高（比如瓦斯含量高、粉塵較多），且地質結構不穩定、煤層分布不均勻等，可以選擇對角布置型。

二、礦井通風系統優化的措施

通風系統能夠正常運行的一個重要保障就在于動態化的工程進度和工程要求，所以，通風系統設計的各個環節和各個時期必須要適應礦井工作的進度和相關要求。換句話說，風機設備、風硐設備和網格結構的優化，加上相關測量數據的支撐，能夠共同為通風系統的優化保駕護航。

（一）優化風機設備

由于風機的種類與功能的多樣化，設計者應當明白，并不是每一臺風機對礦井都具有普適性。例如剛開采的礦井在安裝風機之后會產生一些問題，包括風機工作效率低下、故障發生次數多等。因此對于這類礦井，設計者應當選擇工作效率較高、性能穩定、噪音較小且成本偏低的風機，這樣可以達到擴大覆蓋面積、安全運行的目標。從長遠來看，選擇這樣的風機也有利于減少維修和保養的成本，在杜絕頻繁更換風機的同時將礦井作業的安全系數大大提升。

（二）精確測量風速、風量、風阻、漏風面積

通風效果的好與壞最大的影響因素就是風阻，因而在優化通風系統的過程中可以將風阻作為設計的突破口。由于風阻是影響礦井生產安全的重要因素，因此相關工作人員要對這些數據進行動態且精密地測量，由此獲得優化通風系統的第一手科學數據。而對風速與風量的測量主要是為設計者選擇風機提供一定的依據，因而這兩項指標的準確性有利于保證礦井不會因為頻繁更換風機延誤工程進度。至于漏風面積的測量，主要是為工程的安全性進行強化。因為漏風面積的大小直接反映通風效果，所以對漏風面積的測量能實現節能減排，這將會給礦井的整體通風效果帶來質的提升。

（三）優化網格結構

風機選擇的恰當與否無疑是通風效果的一項重要指標，而網格結構是否與風機匹配，也是優化通風系統的一個重要方面。網格結構的優化主要是基于通風設備運作的穩定性、高效性和環保性，從一定意義上來說是一種可以數字表達的公式。一般情況下，網格結構的分風主要包括人為控制分風、自然狀況分風和常規分風三種。要想優化網格結構，設計者需要考慮這些分風與礦井之間“按需分配”的程度，要精確控制通風設備的位置和風量，探索出最佳的通風效果，從而降低通風主機的能耗；除此之外，礦井的通風面常常出現回風、留風和分風現象，網格結構也需要優化這一點，減少回風、留風和分風的發生；再者，連巷的網格安裝也不失為一個較少角連、縮短風程的好辦法。對于已經優化的網格，也應當采取定期檢查更換、降低漏風等措施，做好及時反饋和維修保養工作。

（四）優化風硐設備

風硐設備主要是通過自身具備的擴散器和反風裝置與主風機協同工作，達到高效運轉狀態的，因而屬于通風系統中必不可少的構成。然而根據我國礦井的相關調查數據，不難發現風硐設備無論是在新礦井還是老礦井的施工過程中都會出現一些問題，從而給通風效果造成負面影響。由此，設計者應當注意將風硐設備的通風斷面設計成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速控制在10-15m/s的范圍內；其次，風硐設備的優化也可以落實到安放位置上，比如采用單一斜上式安放法，將風硐設備與主風機合并的角度控制在60度以內，就能在減少彎曲度的同時對風硐管道進行一定程度的疏通和保潔，減少管道堵塞的現象發生。

三、總結

礦井的通風系統，尤其是煤礦的通風系統牽系著相關人員和企業的生產安全，因此礦井通風系統的研究需要考慮許多自然和人為的因素，且優化過程要貫穿于整個生產過程的始終。所以要重視每一個環節的研究與設計，在充分考慮成本的基礎上，因地制宜地安排和優化通風系統，這樣才能把開采風險降到最低，在增強和鞏固生產連續性的同時維護社會安定、創造更多更大的經濟效益。

（作者單位：淮北礦業股份公司朱仙莊煤礦）

參考文獻

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