谈煤矿通风系统及风量优化

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摘要：通过矿井通风系统和局部通风系统构成进行分析研究，提出采取优化通风网络、降低巷道通风摩擦阻力系数等措施来优化矿井井下通风系统，为矿井安全高效生产提高了通风保障。

关键词：煤矿；通风网络；摩擦阻力；优化 

1概述

通风系统在煤矿井下安全生产中起着至关重要的作用，通风系统的稳定可靠是井下一切生产作业的前提。随着我国煤矿井下开采深度的不断增加和开采水平的延伸，矿井通风线路也随之不断增长，导致井下通风阻力增大、通风系统更加复杂，进而造成原有的通风系统和通风设施不能满足矿井采掘工作面作业需求[1-4]。因此，矿井必须对井下通风系统和通风设施定期进行检查测定，针对通风系统存在的问题及时制定合理的措施进行优化改进，减小通风阻力，保证通风系统稳定可靠，保障矿井通风能力满足采掘工作面安全生产需求，是井下通风工作的重要环节。

2煤矿井下通风系统

井下通风系统是由矿井进风井和回风井布置方式，即通风方式，矿井主风机的工作方法，即通风方法，完成通风工作的各项设施，即通风设备,风流流动形成的线路结构形式，即通风网络等四个方面组合起来的总称。它的主要任务是为井下采掘工作面、巷道硐室等用风地点提供新鲜空气，保证井下作业人员正常呼吸所需氧气；冲走稀释井下瓦斯、CO等有毒有害气体及煤岩尘，防止积聚造成灾害事故，保证井下安全生产；降低井下温度，为井下人员创造良好的生产作业环境。下面将从通风网络和通风设施两个主要方面进行分析研究矿井通风系统优化方法。

2.1煤矿井下通风网络

在对矿井通风系统进行分析研究过程中，为便于研究分析，经常采用平面布置图的方法，把通风系统抽象成点为一个由点与线组合而成的网状线路系统，这个系统通常称为煤矿井下通风网络[1]。通风网络一般不考虑巷道的实际几何要素（巷道的位置、长度、宽度、高度等），它是利用比较简单的图形来进行描述。在绘制的几何图形中，各个线段表示实际井下用于通风的巷道，线段上的箭头指向表示巷道中风流流动的方向。见图1，该几何图形代表的是一个矿井简单的并联通风网络。图中所画的实线段是通风巷道风流路线的分支，即实际通风巷道，虚线代表的是风流路线伪分支，即表示是虚拟的通风巷道。在通风网络中，分支与分支相交形成的交叉点，通常被称为通风网络的节点。通风网络中各分支沿同一方向首尾相接组成的线路，将其称为通风网络的通路。

2.2煤矿井下通风设施

在煤矿井下生产作业过程中，为保证作业地点风量满足生产作业需求，通常会在井下选定某个合适的位置构筑一些通风设施或安装通风设备用来引导风流流向和调节风量大小。通常将这些用于引导、遮挡风流方向和调节风量大小的通风设施设备统称为通风构筑物[3]。按照构筑物能否允许井下风流通过情况，可以将其分为允许风流通过和隔断风流通过共两种类型的通风构筑物。允许风流通过的构筑物主要有风硐、风桥、导风板、调节风窗、反风装置等；隔断风流通过的构筑物主要有风门、密闭、挡风墙等[1]。在井下开采过程中，由于通风系统建设需要，在部分巷道某些位置需要构筑阻断或调节风流的通风设施，但井下人员或车辆还需从此处位置通过，这时就需要在此处构建风门。井下永久性风门系统主要由钢质材料加工的风门、用砖石砌筑而成的风墙和用于调节巷道内风量大小的调节风窗等部分组成（如图2所示）。在煤矿井下巷道内构筑永久性风门时，要求一组风门不能少于2道，主要用于运输车辆通过的风门其2道风门之间的间距要求不低于12m，主要用于井下人员通过的风门其2道风门之间的间距一般要求不低于5m。有煤与瓦斯突出倾向的矿井，要求在建立风门时必须建立反向风门。

3矿井局部通风系统

煤矿井下巷道在掘进过程中，因巷道未贯通前其为独头巷道，因此不能形成独立的全负压通风。为保证掘进工作面的正常掘进，需采用局部通风机配合导向风筒等通风设备设施对掘进工作面迎头进行供风。根据井下局部通风机工作方式的不同，局部通风一般可分为压入式（也叫正压式）和抽出式两种通风方式。压入式通风有效射程远，对有毒有害的气体及煤（岩）尘冲淡、稀释作用较强，是目前我国煤矿井下选取的主要通风方式[4]。煤矿井下掘进工作面通风采用压入式时，其所需要的风量采用公式（1）进行计算：煤矿井下掘进工作面采用抽出式通风时，所需风量采用计算公式（2）进行计算：

4井下通风系统优化

矿井井下通过不断对通风系统的改造和优化，可以保证井下各个用风地点的风量需求，保证生产作业安全，同时可以节省通风设施的耗能。优化矿井通风系统主要有两个目的：一是对通风网络进行优化，减小井下通风复杂程度，增大巷道的有效风量；二是降低矿井井下通风系统在允许过程中所受到的各种阻力，降低通风能耗，延长通风设备使用寿命，减少矿井成本投入。下面主要从优化通风网络和减小矿井通风阻力等方面来探讨分析。

4.1井下通风网络优化

当巷道掘进施工距离较长时，原构建的通风网络结构已无法满足掘进工作面迎头所需风量，为了保障掘进作业安全，需要对原有的通风网络进行合理优化。本文采用在掘进巷道与回风巷道之间施工巷道穿透钻孔的方式，将掘进巷道内的回风通过钻孔流入到回风巷道（原理结构图见图3），从而有效降低通风阻力，对掘进工作面瓦斯和粉尘治理起到较好作用。

4.2减小井下通风阻力

减小通风阻力，是提高矿井通风效率，满足井下通风安全需求的有效方法。从采取减小巷道通风摩擦阻力系数的方法来降低矿井通风阻力进行分析研究。减小巷道通风阻力摩擦系数主要措施有缩短巷道距离、加大巷道通风断面等。煤矿井下在进行巷道断面及支护方式设计时，要充分考虑巷道摩擦阻力对巷道通风的影响，巷道施工时，要最大可能地保证巷道表面平滑，从而减少巷道通风阻力摩擦系数。同时，在设计巷道时，合理增加巷道宽度和高度，增大巷道断面，能有效提高矿井通风效率。有研究表明，在巷道其他支护参数不变的情况下，巷道断面加大33%，巷道通风阻力将减小一半，通风能耗降低50%。虽然加大巷道断面会增大初期建设投资，但从矿井长远发展来看，增大巷道断面，既能降低矿井通风阻力，提高矿井通风效能，保证矿井安全高效生产，同时也能减少矿井后期对巷道二次扩修维护成本，减少了矿井后期的成本投入。

参考文献：

[1]高颖渊.煤矿通风系统优化研究[J].江西化工，2019，8（4）：76-79.

[2]王惠雅.矿井通风系统阻力的测定解析[J].当代化工研究，2019，6（6）:88-89.

[3]余方超.矿井通风系统可靠性研究[J].煤炭科技，2019,6（3）:9-12.

[4]郑仰伦.煤矿通风系统优化研究[J].内蒙古煤炭经济，2018,4（7）:85，114.

作者：张海军 单位：山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司