礦井通風系統的安全性分析

孫 鑫， 朱建峰

（山西寧武大運華盛能源集團有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

一直以來，煤炭安全生產問題備受煤炭企業管理者的關注，盡管目前工作面支護效果已經得到很大提升，但是由于通風效果不佳仍會導致工作面瓦斯濃度較大以及粉塵濃度較大，對工作面安全生產造成隱患，同時也會影響工作面作業人員的人身安全[1-2]。因此，對于工作面通風系統的設計及布置而言，需在理論分析的基礎上結合實踐經驗實現對工作面通風系統的最優化設計，為工作面的安全生產奠定基礎。

1 工程概況

目前，某煤礦采用抽出式混合通風方式，副斜井、人行斜井以及提升井為工作面的進風，與其相對應的共有兩個回風井。該礦回風井的相關設備及巷道的參數如表1所示。

表1 回風井及其通風機參數

2 通風系統安全性分析的理論基礎

2.1 礦井通風系統安全性基本要求

1）要求優化后通風系統結構合理且整個系統穩定可靠；

2）要求優化后通風系統能夠根據工作面的實時分量需求控制通風機的通風量；

3）要求優化后通風系統能夠將稀釋甚至消除工作面的瓦斯、粉塵濃度；

4）要求優化后的通風系統具備控制自然災害的能力，甚至抑制相關事故的發生[3]。

2.2 礦井通風系統最優化思路

為滿足上述的礦井通風系統安全性的基本要求，針對通風系統的最優化設計可從以下幾個方面著手實施：

1）確保工作面通風系統的串聯風路盡可能少，且所有通風設置的布置應合理、可靠；針對已經開采完畢的工作面應將其巷道封閉，進而提升整個工作面的抗自然災害能力。

2）確保所選通風機的性能相對穩定，能夠滿足在各種工況下的運行狀況，并且保證多個風井之間不存在干擾。

3 煤礦通風系統的安全性的分析

3.1 工作面通風阻力的情況

根據工作面情況設定兩條通風阻力的測定路線圖，其中1號風井的相對靜壓為1 676 Pa，2號風井的相對靜壓為1 958 Pa。但是，目前工作面1號風井所選型通風機的相對靜壓為1 714 Pa，2號風井所選型通風機的相對靜壓為2 001 Pa。即說明，現場測定的風阻存在一定的誤差。經分析可知，導致阻力測定存在誤差的原因包括有：工作面巷道的面積測量有誤；工作面某些部位的風量不穩定，導致對風速的測量不準確；風阻測量設備本身存在誤差。

在多次核算的基礎上，得出1號風井的準確通風阻力為1 720 Pa；2號風井準確的通風阻力為2 016 Pa。

3.2 工作面通風系統的有效性

礦井工作面通風系統主要有通風設備（風機）和通風風路組成，該煤礦共有四個進風井，兩個回風井，有兩套通風機。經對工作面兩條通風路線中斷面面積、風速、風量、瓦斯濃度、濕度以及溫度等參數進行測定可知：工作面除了運輸大巷外，其余位置的溫濕度參數均滿足《煤炭安全規程》的要求。此外，礦井工作面的分區通風方式不明顯，且工作面角聯分支較多[4]。

3.3 工作面通風機運行穩定性

經對1號風井和2號風機風機運行狀態進行分析，分別得出兩個風井中風機的性能曲線和工況點，如圖1所示。

圖1 通風機性能曲線和工況點

其中：1號風井的風阻曲線函數為H=0.188176Q2；2號風井的風阻曲線函數為H=0.138451Q2。而且在當前通風條件下，1號風井通風機工作時的風量為94.4 m3/min，對應的負壓值為1 676.9 Pa；2號風井通風機工作時的風量為118.9m3/min，對應的負壓值為1 957.3 Pa。

當前實時通風條件下通風機的運行參數與圖1中通風機性能曲線和工況點對比后可知，1號風井和2號風井的通風機的運行狀態均在合理區間內，且兩臺通風機的運行效率均較高。

3.4 工作面通風系統風流的可靠性和穩定性分析

某礦產煤能力為每年90萬t。根據煤礦生產能力得出工作面所需的風量約為6 477 m3/min。根據《煤炭安全規程》的相關標準要求，要求工作面的通風量為基于生產能力所得通風量的1.8倍，即該煤礦的理論所需通風量為6 477 m3/min×1.8=11 658 m3/min。

通過對兩個風井中風量進行實際測量可知，1號風井的風量為5 334 m3/min。2號風井的風量為6 912 m3/min，則整個工作面的風量為12 096 m3/min。即說明，工作面通風系統的風量供需比滿足要求。

3.5 工作面通風系統抗災能力

判斷工作面通風系統是否具備滿足要求的抗自然災害能力，需為通風系統配置相應的防護措施和設備。

由于該煤礦為高瓦斯礦井，為了預防瓦斯突出事故在掘進巷道內安裝了防突柵欄，在掘進巷道中間位置安裝有防逆風裝置和相應的防突風門。

鑒于高瓦斯礦井容易導致瓦斯爆炸事故的發生，該煤礦從瓦斯抽采、通風可靠以及監控等方面提升其對瓦斯爆炸的抗災能力[5]。具體措施是為通風系統增設相應加大風門的自動裝置和監控設施，使得當災害發生時能夠在第一時間內實現自動控制風門，進而減少甚至避免災害的進一步擴散。

綜上所述，該煤礦通風系統其有效性、風機運行效率、風流可靠性及穩定性以及抗自然載荷的能力等方面均滿足《煤炭安全規程》的相關標準要求，即說明煤礦的通風系統與工作面相匹配。

4 結語

礦井通風系統號稱為煤礦的“呼吸系統”，其主要功能為工作面稀釋或者消除瓦斯、粉塵濃度的同時，還具備一定的抗自然災害的能力。針對煤礦安全生產的相關標準要求，要求其通風系統具備相應的功能尤其是針對其安全性要求。經對1號和2號風井通風系統安全性分析得知：該煤礦的通風系統安全性、可靠性以及相關設備的有效性滿足工作面生產要求。