如何提高井下煤矿通风节能效果的思考_王立强.pdf

如何提高井下煤矿通风节能效果的思考王立强，王慧(内蒙古上海庙矿业有限责任公司新上海一号煤矿，内蒙古鄂尔多斯016200)摘要:城市化进程加快，社会对煤炭等化石能源的需求不断提升，需要推动煤矿开采行业的发展，而为以经济效益为追求的煤矿企业在发展过程中需要加强对井下煤矿通风节能的重视，降低煤矿通风成本，提升经济效益。井下煤矿结构复杂，在通风作业时还存在难点。本文从井下煤矿入手，浅谈提升通风节能效果的策略。关键词:井下煤矿;通风节能;影响因素;提升策略中图分类号:F4063;TD724文献标识码:B文章编号:10080155(2023)02015103煤矿作为现阶段社会发展的资源提供单位，具有重要作用。在煤矿开采环节，煤炭资源一般深埋地下，需要进行井下作业，为了保证井下工作人员的生命安全，通过通风作业排出井下有害气体成为煤矿开采的关键。在煤矿企业发展过程中，井下通风已成为企业发展的重要一环，设计人员应严格按照实际情况进行设计，以确保工作人员安全。作为经济性组织机构，煤矿以经济利益为主要追求，传统的煤矿通风设计成本较高，不符合企业发展要求。在此基础上，设计人员要结合煤矿实际来改进通风设计，提升通风设备的节能效果，在降低成本的基础上推动煤炭企业不断发展。1 煤矿井下通风节能概述煤矿是指富含煤炭资源的地方，一般分井工煤矿、露天煤矿，井下煤矿指煤层离地表远时，作业人员选择向地下开掘巷道、采掘煤炭，相较于露天开采，井下作业需要挖掘隧洞，导致难度更大。开采过程中，煤层中经常伴随瓦斯(甲烷等)，容易引起爆炸，如果气体中含有一定浓度的粉尘，还可能因为火星引起爆炸。瓦斯虽然对人体无害，但其时而伴随一氧化碳等有毒气体，容易导致慢性肺部疾病。如果大量瓦斯一次性喷出，会在很大程度上增加爆炸的可能性1。所以，在煤矿事业的发展过程中，对井下作业进行通风成为必然选择。井下煤矿作业结构较为复杂，通风设计具有一定的技术性，需要大量的设备，成本较高，给企业发展造成负担。所以，要加大对井下煤矿通风节能的重视程度，通过专业设计降低通风成本、节省损耗，为企业发展奠定基础。矿井通风设备示意图如图 1。2 煤矿井下通风重要性煤矿井下生产是地下作业，地面空气在进入井下并流经各作业场所时，会掺入有毒有害气体和矿尘，成分逐渐发生变化。同时，受到地热作用、人体和机械散热、图 1矿井通风设备示意图水分蒸发等影响，井下空气的温度和湿度都会显著提高，造成不良的作业条件。因此，矿井必须通过通风系统供给井下人员足够的新鲜空气，把有害气体和矿尘降到安全浓度以下，排到矿井之外，保证井下具备适宜的作业条件，创造良好的生产环境，可见井下煤矿通风具有重要作用。21 提供新鲜空气，保证作业人员需要井下煤矿作业中，需要深入地下，作业区域的氧气一般较为匮乏，而为了保证氧气供应，通风是必需的作业。设计人员要结合井下煤矿实际，对通风系统进行设计，把足够的氧气输送到作业场所中，保证氧气充足。此外，井下煤矿开采还经常伴随大量的瓦斯气体，其大量释放会在很大程度上降低氧气浓度，加之煤矿井下作业对氧气的需求更大，通风设备的建设成为必然，需要结合实际情况进行设计。22 排出有害气体煤矿生产属于地下作业，工作环境异常复杂，空气进入到矿井，流经各个作业场所时，会掺入粉尘与有害151DOI:10.13487/ki.imce.023210气体，在这个过程中，空气成分慢慢发生变化。同时，受地热作用、机械设备散热的影响，井下空气的温度与湿度也会发生变化，影响作业环境。现阶段，井下煤矿的开采过程中经常出现瓦斯、粉尘等气体，还伴随有毒有害气体，严重威胁身体健康甚至生命安全。在此基础上，需要进行井下通风，及时将有害气体排出井外，避免工作人员吸入有害气体，确保安全生产的。23 改善工作环境井下煤矿作业中，环境十分复杂。一方面，矿洞含有大量的有害气体或易燃易爆气体，在很大程度上增加了施工危险性。另一方面，在作业的时需要足够的氧气，但是在井下氧气十分稀缺，严重制约开采，需运用专业设备输送氧气。然而受矿洞内部易燃易爆气体的影响，氧气的输入也为灾害的发生提供条件。在此基础上，需要结合实际进行通风设计，一方面排出矿洞内部的各种有毒有害气体，一方面适当进行氧气输送，在保证工作人员氧气需要的基础上控制氧气含量，营造合适的作业环境。24 为救灾提供便利一旦发生灾害或者安全事故，通风系统能够有效控制风流，为救灾工作创造良好环境。井下采煤作业具有一定风险，预防及控制灾害也成为煤矿企业的发展要点。通风设计能够引导、控制风的流向及速度，保证其按照指定线路流动与分配，这样就能通过对风险的控制，尽可能地降低灾害影响，保证作业安全。3 井下煤矿通风节能的影响因素31 布局影响通风系统作为空气的供应设施，要按照矿洞规划进行设计，所以在井下煤矿通风设计中，矿道布局会对通风效果产生很大影响。在井下采矿作业中，要结合矿产资源的分布情况进行矿洞设计。而通风作为改善矿洞环境、为工作人员提供必要氧气的设施，也要跟随矿洞的走向进行系统设计，所以在矿洞不断变化的过程中，矿井内部通风道和通风设备的布置也不断发生变化。而矿洞变动较为频繁，还存在废弃矿洞，通风系统设计要时刻变化，不仅加大了通风系统设计难度，还增加了通风系统设计设计成本，不利于矿产企业发展2。而在煤矿行业的发展过程中，部分企业还未注意矿洞布局对通风的影响，在很大程度上影响了井下煤矿通风设计，产生大量消耗，不利于节能。32 地表漏风及采空区影响在井下煤矿的发展过程中，通风设备及系统负责井下空气排出及氧气供给，工作量较大。井下煤矿作业中，经常出现地表漏气及采空区，产生大量无用空间，增加气体供给量，在很大程度上增加了通风成本。一方面，地表漏风会使通风系统输送的气体经漏风处大量排出，降低通风效率，提高通风系统能耗，难以保证风量供给，不仅会增加作业成本，还会在很大程度上影响作业环境，不利于安全作业。另一方面，采空区是影响通风节能的关键，我国目前主要利用导风板和空气幕隔风技术手段增大过风量，但采空区空间较大，不仅浪费了大量风量，还影响工作人员对压力参数的计算，在很大程度上影响通风量的选择和设备功能的发挥。33 通道构筑物的影响研究表明，通风构筑物能对风量起到调节作用，矿井内部的通风构筑物可以使风道内部风得到更有效的流通，提高了风道通风效率，对矿井内部通风系统有极其重要的作用。所以合理地进行通风构筑物的设计，能在保证通风量的基础上实现通风节能，推动采矿企业发展。然而，部分企业仍未认识到通风构筑物的重要性，设计环节普遍存在缺失科学性、合理性等问题，导致通风效率大大降低。风硐、反风装置、闸门、扩散器等扇风机安装位置的不合理性，使矿井通风阻力大、漏风严重，这些都是矿井通风系统长期存在的问题。为了满足井下作业人员需求，不得不通过高能耗的方式获得更多风量，造成大量的资源浪费3。此外，技术问题也是制约通风节能的关键，部分矿区的工作人员整体素质较差，一般不具有构筑物意识及足够的技术，导致通风构筑物的作用得不到有效发挥，在很大程度上制约了通风节能。34 巷道断面的影响井下作业需要巷道的支持，所以巷道的设计很大程度上影响通风效果。部分矿道在设计之时忽视通风的重要性，由于设计不合理导致断面较小，另有部分巷道年久失修，造成风路不畅，使得风阻明显变大，风压增高而风量下降，这不但会加大通风能耗，且风量也无法提升，从而使通风系统始终以较低的工作效率运行。巷道年久失修还会导致不同断面的突变，这些突变会对风阻产生影响，在这些突变点风流会形成紊乱涡流现象，造成风流的能量损失。4 提高井下煤矿通风节能效果的策略41 优化通风系统井下煤矿的发展过程中，要实现通风节能，关键在于优化通风线路，应尽可能在降低通风量的基础上实现足够的空气供给。一方面，工作人员要结合实际，对通风线路进行优化，降低通风道内部的通风阻力，在保证通风系统正常作业的基础上提高通风效率。通过调节通风系统的规划设计，通风道还能摒弃无用设计，降低设计成本和通风成本，从而实现通风节能。另一方251面，井下矿区开采的深度不断增加，矿道内部也会越来越曲折，送风作业时会面临更多阻力，降低作业效率。所以通风系统的优化还需对矿道路线进行设计，结合实际选择最短路线，保证矿道平直、避免崎岖，及时地封堵废弃矿道，避免设施影响通风量及通风效率4。此外，作业人员还要设计通风巷，结合矿道的布置单独设置风力通道，集中地进行风力输送，避免矿道内部存在的漏风或风阻，在降低风力损失的基础上提高通风效率。42 充分利用自然风在井下煤矿开采中，对自然风的利用也是通风节能的关键一环。相较于人力布置的通风机械，自然风的利用降低了设备使用效率，一定程度上降低了通风成本，实现通风节能。自然风可以为矿井风道提供充足的空气流动力，抵消风阻带来的影响，从而创造更多的经济效益。在利用该方式进行通风时，要提前对矿产区域风向、流速、压力等进行调查，在明确风压及其规律的基础上，利用风压对矿井进行通风，能够降低通风消耗，增加经济效益5。但需要注意的是，自然风也是矿井通风事故频发的主要原因，需要尽可能对矿洞及风压进行研究，规避风压对矿井产生的不良影响，在通风节能的同时规避风险。43 风机节能风机是矿井通风的主要设备，要实现通风节能，还要对风机进行优化，在保证功能的基础上降低能耗。在现阶段，矿产企业井下一般使用传统的风扇，虽然能满足矿洞通风需要，但是能耗较大，占通风系统近 90%能耗，且效率较低，严重制约企业发展。在此基础上，需要加强对风机的重视，积极引入先进设备。新型风机的能耗只有传统风机的一半，但是效率明显高于传统风机，在很大程度上提升了通风效率6。此外，为了保证井下通风系统的安全性和连续性，我们还可以对扇风机进行改造、简化机械调节，避免机械调节与电机轴的同心度差造成电机的烧毁，从而引发重大事故。通过及时更换风机，实现通风节能。扇风机是否能保持高效运转，除取决于风机本身的机械效率特性外，还取决于风机与通风网路的匹配状况，只有高效能的风机并与其通风网路保持良好的匹配时，才能实现扇风机的高效运转。这就需要加强设备和电路的重视，结合合理的设计，在保证通风需要的基础上降低能耗。44 强化技术管理井下煤矿通风管理过程中，要实现通风节能，关键在于对通风系统的技术管理，煤矿企业要加强对风机系统的重视程度，积极地进行日常巡检及维护，及时地解决风机问题，保证设备功能的发挥。一方面，可以对原有的设备进行技术改进，针对轴流式扇风机来说，可以对其扇叶的安装角度以及扇叶的形状进行优化设计，比如将原平板型叶片更换为扭曲型叶片，改变其气动特性。通过这种手段，能够在不改变风量的基础上降低设备负压，从而降低消耗。而对离心式的扇风设备来说，可以通过串级调速等技术改变扇风机的工作特性，尽可能的规避通风中存在的大马拉小车现象。另一方面，企业还需要加大新技术的引进，及时对传统系统进行技术升级，在保证通风的基础上降低能耗。比如将 K 系列新型矿用节能风机引进到井下作业中，该设备具有风量大、风压低、机械效率高以及噪音低等优势，十分契合矿产行业的发展。根据研究，新设备的使用将原本 37%的作业效率提升到了 847%。5 结语城市化进程加快、工业化快速发展，社会对煤炭资源的需求不断提升，煤矿企业飞速发展，实现规模的扩大、效益的提升。在煤矿开采环节，井下通风作为效益发展的重要一环，会产生很大消耗，不利于提升企业经济。在此基础上，需要煤矿企业的管理人员加强对通风系统的重视程度，通过优化通风结构、利用自然风、风机节能及技术管理等手段，实现降低通风环节能耗的目标，从而推动企业经济效益的提升。参考文献:1 李金石煤矿地面瓦斯抽采泵节能监控系统设计与应用 D 中国矿业大学，2019 2 张治仓，贺涤润，郜力，等煤矿通风瓦斯(乏风)氧化技术应用实践 J 中国高新技术企业，2016(29):130131 3 王学超煤矿井下通风系统的优化设计分析J 中国高新区，2019(09):25 4 彭明辉简析煤矿安装现场主通风机风量测试装置布置注意事项 J 内蒙古煤炭经济，2018(07):810 5 韩耀廷，刘振，冯博七五煤矿节能高效型通风系统改造实践研究 J 煤炭技术，2018，37(09):228230 6 于阳对旋轴流式风机在矿井通风系统中的应用研究 J 百科论坛电子杂志，2019(18):419420作者简介:王立强(1976)，男，山东平邑县人，本科，工程师，研究方向:安全管理。351