浅析矿井通风系统优化设计的改进方向

摘　要：本文基于传统矿井通风系统的风机工作效率低，能耗比较大，系统数据处理工作量大等缺陷，提出采用新型多风机多级机站矿井通风系统，该系统采用可视化度高的通风网络仿真软件能够大大加强矿井通风的管理力度，提高了矿井通风系统的风机工作效率，降低了能耗，保证为矿井作业地点提供足够的新风量，优化了工作空间气候环境条件，具有较好的实用情景。

关键词：矿井通风系统、工作效率、能耗、数据处理、仿真软件、新风量

0前言
　　矿井通风系统是向作业地点供给新鲜空气，排出污浊空气的通风网络、通风动力和通风控制设施等构成的工程体系。它对全矿的通风安全状况具有全局性的影响。矿山安全规程规定，每个矿井必须有完整的合理的通风系统。
　　本世纪50年代开始，我国煤矿逐步建立机械通风系统；60年代，建立分区通风系统和棋盘式通风网络；70年代，出现梳式通风网络、爆堆通风，推广地温预热技术及云锡的排氡通风经验等；80年代，我国煤矿通风技术以节约能耗为中心有了比较快的发展；90年代，我国开展高产高效矿井建设，矿井自然发火预测系统，快速高效堵露风等技术突飞猛进；近时期我国取得的主要成就有：高效节能风机的研制与推广；矿井火灾时风流非稳定流动规律的研究不断深化，建立起若干典型风流控制方案；多风机多级机站通风新技术的应用；矿井通风网路的节能技术改造；建立矿井通风计算机管理系统和井下风流调控技术与手段的完善；深井热源、空气与围岩热交换和矿井热环境控制理论与技术有较大进展，初步形成矿内热力学理论体系等。
1矿井通风系统优化设计的重要意义
　　矿井通风的目的是为矿井各用风场所提供足够的新鲜风量，保证作业空间良好气候条件，冲淡或稀释有毒有害气体和矿尘等。而矿井通风状况的好坏，在很大程度上直接影响到矿井的安全生产、矿井的经济效益、矿井的稳产和高产及矿井灾害时期的应变能力等。因此，在矿井通风设计与生产期间，均应对矿井通风系统的稳定性及可靠性进行分析。
　　建立完善的矿井通风系统是矿井安全生产的基本保证。目前用通风方法排除井下瓦斯、粉尘和热量的平均能力，估计为：排除全矿井瓦斯量的80%-90%；排除回采工作面瓦斯量的70%-80%；排除装有抑尘装置回采工作面粉尘量的20%-30%；排除深井回采工作面热量的60%-70%。矿井通风系统设计是矿井设计的主要内容之一，是反映矿井设计质量和水平的关键因素之一。它不仅关系着矿井建设速度、投产时间、基建投资的多少，而且对矿井投入生产后的生产面貌和经济效益也有长远的影响。生产矿井由于生产布局的变化、自然条件的影响及生产能力的提高，必须进行矿井通风系统的改造。矿井通风系统改造是生产矿井改造的重要内容之一。
2传统矿井通风系统
　　我国煤矿自50年代开始采用机械通风，但风机的运转效率一直较低。据统计风机运转效率仅约40%，比设计的风机效率降低一半以上。通风能耗约占矿井总能耗的1/3，通风电费约占通风能耗的70%。大型矿井的风机装机功率高达数千千瓦，年通风电费达数百万元。造成矿井通风系统能耗高的主要原因是：①通风方法和设计手段；②风机性能；③管理水平。
　　我国矿井通风系统设计多数采用统一的主扇通风系统，漏风系数取得大以及按最困难时期的最大风压选择风机，使选取的风机风压过高，通风系统建成后，由于煤矿开采技术上的特点，致使主扇的工况点风压比设计的风压低得多。我国大多数煤矿所使用的70B2风机属于高、中风压和中流量风机，高效率区多在2000-3000Pa范围内。而煤矿当风量为40-90m3/s时，矿井总阻力多在600-900Pa之间。风机等积孔与矿井通风网络等积孔不匹配，使风机长期在低效率区运转。
3矿井通风系统优化设计研究
3.1矿井通风系统优化设计遵循的原则
　　新矿井在通风系统设计或生产矿井在进行通风系统技术改造设计时，必须根据矿井的地质条件、矿井开拓和生产布局可拟定出很多可行的设计一方案，并且各个方案各有优缺点。要从众多的方案中确定出最优的通风系统方案，必须首先确定矿井通风系统的评判指标。
3.2矿井通风系统优化设计进展
　　由于矿井通风系统非常复杂，通风系统的解算是相当复杂的，手工解算或是利用传统的通风网络解算软件解算工作量太大根本无法达到及时得到井下通风状况的目的。所以开发出一个功能强大、界面友好、操作简洁方便、可视化度高的通风网络仿真软件能够大大加强矿井通风的管理力度，为保证煤矿安全生产奠定良好的基础。
　　戚宜欣利用专家系统技术，符火灾救灾专家经过多年实践得出的经验和教训收集起来，经过整理加工，形成有关控风措施的知识库；此外，根据巷道供风作用为巷道分类，从而形成数据库，最后编制成推理机。
　　刘剑于1993年开发FortranCAD系统，可查询采场剖分信息，根据漏风源汇位置坐标，可查询对应的单元号，是否为边界单元等等；根据漏风源汇的漏风量，计算单元号，确定单元均质区号及渗透系数等；绘制二维或三维的采场域图、均质区划分图、漏风源汇位置及编号图、采场剖分图、流线或流管图、等压线或等压面图等。
　　谭国运开发Fortran77 Dbase-Ⅲ采用通路法进行风量调节，在计算风网调节的同时可以发现通风阻力最大的区段和地点，为降低阻力，改造通风系统提供途径；其次，该系统采用一体化通风管理方法，收到良好效果。
4新型多风机多级机站矿井通风系统
4.1新型多风机多级机站特点
　　多风机多级机站具有显著的优越性，它既可提高矿井有效风量率，又可节省电能消耗。我国自1983年开始该通风技术的试验研究以来，先后有几十个大中型非煤矿井采用此技术，改造原有的通风系统，都取得了明显的社会效益和经济效益。例如我国重庆煤科院研发的2BE1系列水环真空泵主要用于抽吸不含固体颗粒、不融于水、无腐蚀性的气体，通过改变叶轮材料、结构，亦可用于抽吸腐蚀性气体，广泛用于煤矿、石油化工、食品等各种粗真空系统行业。该系列泵采用轴向单作用结构形式，具有结构简单，维修方便，运行可靠，高效节能的优点，并能适应载荷冲击波动等恶劣工况。
　　所谓多风机多级机站，即是由几级(至少是三级以上)风机站接力地将地表新风直接送到井下作业区，将污风抽排到地表。其需风点的风量调节基本上由风机控制，尽量避免用风窗调节，以提高系统的可控性，使矿井通风系统真正做到按需供风。
4.2 矿井通风系统节能风机的推广应用
　　目前我国中煤科工集团重庆研究院自主生产的抽出式局部通风机与我国煤矿巷道通风机参数合理匹配，为新型掘进施工或引排瓦斯用通风机，该风机具有大流量、高风压、高效率、低噪声、系列化、结构简单、使用维修方便等特点，用于处理井下局部瓦斯积聚或与除尘装备联合使用用于工作面除尘。对于FQC系列矿用气动抽出式塑料叶轮轴流局部通风机，以其结构紧凑、体积小、重量轻等特点适用于煤矿井下作抽出式局部通风用，也可作为冶金矿山、隧道工程等局部通风设备。又如智能局部通风机是根据国内矿井通风现状，为了减少掘进巷道瓦斯事故及实现局部通风机节能降耗而研发的一种新型压入式局部通风机，为我国研究矿井通风节能技术有重要意义。
4.3矿井通风技术研究的进展和方向
　　新型矿井通风系统应为矿井各用风场所提供足够的新鲜风量，保证作业空间良好气候条件，冲淡或稀释有毒有害气体和矿尘等，矿井通风技术研究的进展和方向主要是：在矿井通风系统技术改造与建设中，不存在统一的技术模式，应根据各自系统的具体条件，沿着多种技术途径发展。这些途径主要是：分区通风系统、多风机多级机站通风系统、主—辅多风机系统、统一主扇通风系统；新型、高效、节能矿用风机的研制与应用；采用优化设计技术；矿井通风系统的微机自动控制技术研究等。
5 结语
　　实践表明，与传统的矿井通风系统比较，新型矿井通风系统风机运转效率高，可为矿井各用风场所提供足够的新鲜风量，保证作业空间良好气候条件下，具有高效、节能的特点， 简化了矿井风机数据量大的问题，提升了矿井通风系统的效率。
参考文献
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