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矿井通风系统优化方法探讨孔令军(国能榆林能源有限责任公司，陕西榆林719000)摘要:为保证煤矿生产安全，必须发挥矿井通风系统的作用。矿井开采面积持续扩大，通风网络的复杂度提升，原有的通风设计与风量需求的差距大，要做好矿井通风系统的优化。本文研究分析矿井通风系统的优化方法。关键词:矿井通风系统;优化方法中图分类号:F4063;TD724文献标识码:B文章编号:10080155(2023)02001903矿井通风系统极大地影响了煤矿的稳定运行，如果系统不稳定，则会制约采矿，导致服务价值降低。为实现煤矿行业的发展，应当研究优化通风系统的方法。分析系统运行现状发现，设备隐患明显、监管不到位，已经严重危害了系统的运行效益，威胁通风系统的自然通风、机械通风效果。对于传统通风系统的问题，应当通过科学措施进行解决。在本次研究中，通过计算机网络、科学计算法建设全新的通风数据库，并通过数据库检查通风系统的各项设备。通风计算系统能够监管通风系统的运行状态，维护矿井开采的安全。优化通风系统的设计，深入分析开采地质、设备工具、技术水平等。为了维护网络通风数据的科学性，注重设计通风系统，探究数据模型的计算方法，开展论证试验，从而提高采矿效益。1 常用的矿井通风系统优化方法矿井生产布局改变之后，生产技术水平持续提高。优化改造通风系统，可以提高矿井生产技术的成熟度。在优化矿井通风系统时，应当深入分析多项影响因素，确保优化的可靠性、安全性，加强抗灾害能力，保证技术的合理，获得较高的经济效益。图 1 为矿井通风系统流程图。图 1通风系统运行流程图11 推广应用多级机站通风在井下的通风处理中，利用多级机站能够扩大通风范围、提高通风效率、减少电能消耗量、降低通风成本。随着开采技术的发展，通风技术获得了较多的技术支持。多级机站技术的经济性、优势性特点明显，通过多级风机输送新鲜风，将井下有害气体排出，维护井下空气的新鲜。也可通过风机调控多级基站的风量，从而实现转速，避免井下安装多个调节扇，降低风量的调控难度，简化调控操作。多级机站通风的优势在于可以提升系统的控制效果，合理配置矿井，以免损失大量的风量，致使运行成本增加。通过串联、并联的方式，联合多级风站，保障运行状态，减少电能损耗。图2 为系统的集中控制模式1。图 2多级机站通风的集中控制模式12 基于计算机技术，优化通风系统设计在信息技术的发展下，利用计算机技术，对系统的实用性进行改造。计算机技术可以维护通风系统的稳定性。在具体设计中，科学地开发和设计系统的计算软件，通过科学计算法转变线性优化方法，实行非线性优化方法。通过计算机技术的应用，保证系统优化的有效性，充分发挥计算机技术的优势。煤矿的计算机91DOI:10.13487/ki.imce.023168人才比较匮乏，导致系统设计优化难度加大。所以，企业要引入专业人才，开发系统的优化软件，维护系统的合理化设计，确保矿井通风效率。13 选择适宜的通风技术在通风系统优化之前，应深入分析通风阻力影响。对井下通风阻力进行实测后，可以设置不同部位的风量、风阻，为系统设计提供风阻值、通风阻力系数。在井下生产中，通风系统动态变化，所以需要采集系统的运行数据，掌握通风变化，以免浪费能源。此外，通风线路容易变化，会导致系统的通风状态变化，因此要分析系统的状态变化，维护系统的运行效果2。在优化通风系统时，风机主扇、辅扇的联合运行已经成为优化改造的趋势。有学者模拟主扇、辅扇的联合运行状态，计算不同方案的数据。结果显示，联合主扇、辅扇之后，可以估算井下污染物的浓度，降低设备运行成本。相比传统的运行模式，联合运行改造后，可以确保通风网络的有效。2 工程概况A 煤矿存在 2 个生产采区(一、二)，布置 2 个采煤工作面、6 个掘进工作面。独立通风的硐室有火药库、中央变电所、消防库等。21 矿井通风系统存在的问题211 深井环境控制不足我国煤炭企业的井下作业量较多，开采环境的危险性高。在开采操作中，如果遇到空气稀薄、粉尘、瓦斯爆炸问题，会加剧井下生产的安全隐患，尤其要对开采环境控制进行严格要求。煤炭企业采用传统技术，很难维护开采安全。当前，煤炭企业多应用通风系统调控井下环境，然而通风系统的设计很难满足开采环境要求，也无法维护人员安全。所以，通风系统要控制深井环境，处理好恶劣环境的问题3。212 井下空巷多煤矿通风系统利用风流、动力巷道、通风设备检测和控制风力，确保井下风向的正确性、风量的充足性。煤矿生产时间长，矿井留下了大量空巷道，未及时进行封闭处理，使通风系统运行时浪费新鲜空气，影响系统的运行效益。在通风系统优化时，要落实经济性原则。当井下的空巷较多时，则会加剧风量浪费，对通风系统的运行影响大。213 报废巷道多，加剧通风网络的复杂性在矿井的通风系统中，通风网络十分重要。通风网络的结构发生变化会扩大影响范围、延长影响时间。在通风网络理念之下，巷道的连接方式非常多，比如角联、并联、串联。通风网络有并联、串联之分，具备较强的稳定性，风机方向、数量变化时会引发风流反向现象。矿井通风网络是一种复杂的网络，既包括并联、串联法，也包括角联分支。角联风网的对角分支会降低风流的稳定性。单角联风网通过判别式明确角联分支的风流。针对复杂角联的风网角，使用判别式很难分析风流方向，要通过网络解算法确定。井下开采也可以实时测量风量。在巷道设置密封、密闭火区，能够使通风系统的网络结构发生变化，影响通风系统的整体运行。矿井开采强度持续加大，开采深度逐渐加深，矿井环境的恶化程度逐渐上升。企业在进行煤矿开采时，不注重通风系统的优化，也没有密闭处理报废巷道，致使开采区遗留大量报废巷道。报废巷道内可能存在气体分流现象，对开采巷道的用风量需求影响大，会出现风流短路、污风串联问题，如果井下的瓦斯抽采不及时，也会引发安全事故4。214 用风巷道断面减少，加大风阻企业没有安排人员清理巷道杂物，也没有检查通风安排，导致巷道断面减少，加大了通风阻力。在高粉尘巷道内，井下潮湿环境会堆积粉尘，如果处理不及时，会减少通风断面，阻塞巷道。分析阻力方程可知，断面减少之后，通风阻力增大，会加剧通风机的负担，减少风流，对正常用风量的影响大。215 通风构筑物失修，漏风严重在通风系统中，通风构筑物属于重要组成部分，能够维护井下风量的稳定性，合理调节风量。矿井通风构筑物的数量、质量都会影响井下的生产安全性。风窗、风门、风桥是井下常用通风构筑物。可以按照不同的风流调控方法分为以下几类:其一，阻断风流。比如，风门、密闭门可以阻断风流，所以对构筑物的结构、坚固性有较高要求。其二，便于风流通过。比如，反风设施、扇风机风筒、风桥具备不同的功能要求，使构筑物的漏风少、风阻小。其三，合理调控风量，比如调节风窗。针对不同的构筑物，使用不同、可靠的衡量方法。根据可靠性评价原则，风桥漏风率低于 1%、风门漏风率低于 3%、风墙无漏风。利用构筑物能够对风流大小进行调控。矿井开采量逐渐增加，如果通风构筑物长时间未检修，会存在严重的漏风，还会弱化调风功能，出现风流短路。出于经济考虑，企业很难处理通风构筑物的问题，这对用风需求的影响较大5。22 通风系统的优化改造2019 年，企业原计划产煤 120t。根据生产接续安排、生产能力，在采区布置工作面两个、备用工作面一个。综掘工作面(4 个)、开拓工作面(3 个)满足产量、接续的要求。计算风量为 5800m3/min，计算过程如下:第一，采煤工作面:考虑工作面气候、瓦斯涌量、作02业人数等因素，再以风速验算，工作面风量选择为370m3/min，基本合理。因此，两个工作面的需求风量为 740m3/min，备用工作面风量为 230m3/min，工作面的总风量需求即 970m3/min。第二，掘进工作面:一个掘进工作面的风量要参考局扇吸风量、瓦斯涌量、作业人数等因素，以风速验算，风量为 350m3/min，总风量为 1050m3/min。第三，硐室:中央变电所风量为 110m3/min，火药库风量为 90m3/min，变电所风量为 80m3/min，消防库风量为 50m3/min，315 移变风量为 50m3/min。硐室总风量为 380m3/min。第四，其他地点:经过计算，配风量为 380m3/min，总需风量为 4800m3/min。按照 1 2 配风比计算，风量为 5800m3/min，矿井生产总风量要求即 5800m3/min。主扇的排风量最大为 3740m3/min，原有主扇不满足产煤需求，需更换主扇。按照生产的接续安排，未来五年之内，通风困难集中在采区。要布置综采工作面、备用工作面各一个。巷道掘进 15km 时，工作面通风距离最长，此时风阻最大。所以，井下通风阻力参考工作面最难时期，保证主扇选型的合理。计算不同井巷的通风阻力，累加获得通风阻力，计算结果为 2218Pa。按照计算可知，在生产过程中，主扇工况点应按照(100、2500)点选择，功率应高于 400kW。井下等积孔则按照 222m2考虑，预留富余量。选择主扇后，验算通风的困难时期，开采三、四区以大巷道作为进风巷，因回风巷的回风、通风方式不同，无需建立回风立井。进风大巷的净断面为 122m2，回风巷的净断面为 905m2，斜井的净断面为 95m2。在通风容易时期，需分为多种情况考虑。第一，在三采区布置一个综采工作面、备用工作面;第二，在一采区布置回风斜井。计算不同段井巷的通风阻力，井巷的累加通风阻力为 220817Pa，明显低于标准规定。因此，开采三、四区时无需建立回风立井。2020 年完成风机更换，20202022 年，针对一、二采区的回风巷、回风井筒实行扩巷处理。在三采区布置综采工作面一个、备用工作面一个;在四采区布置综采工作面一个。以上布置方法可以缩短通风距离，形成通风容易期。在通风困难期，三采区布置综采工作面、备用工作面各一个;四采区布置综采工作面一个。回采三采区的最远工作面时，达到最大通风阻力，所以为通风困难期。23 通风效果分析在实行优化改造后，系统的通风效果如下:井下更换新的主扇后，扇叶角度的级、级分别为 49、41。主扇的排放量达到了 4840m3/min，电机的运行效率为40Hz，井下负压为 19kPa，能够满足年产量要求。主扇使用变频控制法，利用调节供电频率，能够改变主扇风量，无需使用扇叶调节方式，人力投入量减少。主扇具备刹车功能，需要反向风流时，能够缩短反风时间，确保井下安全。在井下的一采区，回风巷扩巷前的断面为 63m2，风速为 49m/s。扩大巷道之后的断面为 103m3，风速为 22m/s。这既可以满足矿井的需风量，还可以降低风速。在井下的二采区，回风巷扩巷前的断面为 53m2，风速为 46m/s。扩大巷道之后的断面为103m3，风速为 29m/s。这既可以满足矿井的需风量，还可以降低通风阻力，提高通风机运行效率6。3 结束语综上所述，优化改造矿井通风系统，能够简化系统的结构、技术构成，保障通风效率，加强抗灾害能力。通风系统优化之后，可以合理分配不同区域工作面的风量，抽采有害气体，减少安全事故隐患，提升开采效率与质量。参考文献:1 宋鹏矿井通风系统中轴流对旋式风机两级叶轮转速匹配特性的研究J 机械管理开发，2019，34(12):121123 2 王子云，张嘉男，赵东霖，等基于加权聚类分析法的矿井通风系统评价与优化研究 J 西部探矿工程，2019，31(12):7881 3 赖明照，王海宁，刘成敏，等基于矿井通风三维仿真系统的多级机站通风系统优化与应用 J 安全与环境学报，2016，16(05):125128 4 康雪，韩文骥，梁军，等矿井通风在线监测及动态分析预警系统在大同一矿的应用 J 山东科技大学学报(自然科学版)，2015，34(06):5257 5 陆军平，于军琪，杨宏刚基于 DEMATEL 和 ISM 的矿井通风系统脆弱性影响因素分析 J 煤炭技术，2018，37(08):152154 6 张庆禹，曹梦婷，钱智彬，等基于层次模糊法的矿井通风系统安全评价软件设计研究J 煤炭技术，2018，37(01):167169作者简介:孔令军(1981)，男，山东济南人，本科，从事生产技术工作。12