淺析影響礦井通風系統穩定性和可靠性的因素

張玉鳳

（河南省平頂山市平煤神馬集團安培中心，河南 平頂山 467000）

每一礦井必須有完善的獨立通風系統。礦井通風系統是礦井生產的重要組成部分，是實現煤礦安全生產的命脈，而確保礦井通風系統的穩定性、可靠性是通風管理工作的重中之重。本文主要分析多風機聯合運行時影響礦井通風系統穩定性和可靠性的因素。

1 概述

礦井通風系統由礦井通風方式、礦井通風動力及其裝置、通風網絡及礦井通風設施等組成。其任務是利用通風動力，以最經濟的方式向井下各用風地點提供優質足量的新鮮空氣，保證井下作業人員的生命安全，改善礦井氣候條件，而且一旦發生災變能有效控制風量，縮小災害范圍，減少礦井損失。

礦井通風系統的穩定性和可靠性是指礦井通風系統在運行過程中保持持續供給用風地點所需清潔風量的能力。如果礦井通風系統穩定性和可靠性失效，就會直接導致礦井風流不穩定，風流不穩定是導致煤礦事故發生的重要原因。礦井內風流穩定與否，在某種程度上反映了礦井通風動力和網絡結構的合理程度與協調狀況。礦井通風風流不穩定表現為井巷中風流方向發生變化或風量大小發生變化，且其變化幅度超過了允許范圍。

2 影響礦井通風系統穩定性和可靠性的因素

影響礦井通風系統穩定性和可靠性的主要因素包括通風網絡、通風設施和通風動力裝置3大部分。通風網絡結構及通風阻力分布的合理性、通風設施質量和布置的合理性、通風動力裝置（包括主要通風機和局部通風機）運行的可靠性，是通風系統穩定可靠的基礎。

2.1 自然風壓

自然風壓與通風機產生的風壓一樣是通風的動力。通風機與自然風壓聯合工作，類似于兩個通風機串聯工作。自然風壓在各個時期內影響著礦井通風工作，因此在礦井通風管理工作中應給予高度重視。

2.2 主要通風機不穩定運行

圖1 軸流式通風機特性曲線

圖2 對角式通風礦井

目前我國煤礦大多數采用軸流式通風機。在圖1中，軸流式通風機的 “風壓—風量特性曲線”中有一段是不穩定運行區域。當風機工況點進入該區域時，風壓和風量減少，并產生強大的空氣動力，使通風機附件振動，造成風機和驅動裝置嚴重損壞，這種現象稱之為風機的喘振現象。因此，風機的工況點必須處于一個合理范圍內，軸流式主要通風機的合理運行范圍是：上限，通風機的實際工作風壓不得超過最高風壓的90%；下限，通風機的運轉效率不應低于60%。

如果礦井通風機工況點超出了其合理運行范圍就可能會出現通風機不穩定運行現象，而導致主要通風機進入不穩定區域的因素主要有以下幾點。

2.2.1 風阻變化對通風機運行的影響

在圖2所示礦井中，東西兩翼通風機除擔負著各自的分支風路23段、24段外，還共同擔負著公共路段12段的通風任務。

當公共段風阻和分支段風阻分別發生變化時，當分支風路風阻一定時，公共段風阻增大，東西兩翼的風機各自工況點都將上移；當公共段風阻一定時，某分支風阻增大，若23段風阻增大，則西翼系統通風機的工況點將上移，而東翼系統通風機的工況點將下移。這說明多風機運行的礦井當公共路段或分支路段風阻發生變化（尤其是風阻增大時），兩臺通風機相互影響，都有可能導致通風機進入不穩定運行區域，導致風機出現喘振現象，從而出現主要通風機運行不穩定的情況。

2.2.2 風量變化對通風機運行的影響

在對角式通風的礦井中，某一分支的風量如果發生變化，對整個礦井的通風系統都會產生影響。例如，在圖1所示的通風系統中，如果123所在風路的風井通風系統風量發生改變，此時不但會改變Ⅰ號風機的運轉特性，同時也會改變Ⅱ號風機的運轉特性，直接影響兩個主要通風機的穩定運行。同理，改變124風路所在通風系統風量也會有同樣的結果。因此，在調整風量時，應合理調整，保證兩個主要通風機的穩定運行。

2.3 網絡結構及阻力分布的不合理

2.3.1 礦井通風網絡結構

礦井通風網絡結構是指礦井通風網絡的分支數量及其連接形式。其結構的復雜程度和合理性取決于礦井開拓開采系統設計、巷道布置和礦井瓦斯、地溫等因素。它對通風網絡風流的穩定性起著重要作用。

隨著礦井生產的進行，礦井具體情況不斷發生變化，如：采區的準備、投產與結束，采掘工作面的推進與接替，礦井開拓延深等工程的不斷進展等。這使得通風系統在網絡結構上隨時間發生變化，導致風阻分別發生相應的變化。

通風網絡的基本連接形式有串聯風路、并聯風路、角聯風路，復雜的通風網絡都是由這3種形式構成，在這3種基本連接形式中，串聯風路和角聯風路都會直接影響通風系統的穩定性。串聯風路增大了風路的風阻，增大了通風阻力，通風費用增高；從安全上來講，串聯風路前段風道的污染風流必然流經后段風道，后段風道難以得到新鮮風流，在串聯風路中若有一地點發生事故時，容易波及整個風流，安全性差。另外，串聯通風中的各個工作點不能進行風量調節，不能有效地利用風量。因此，《煤礦安全規程》規定：采、掘工作面應實行獨立通風。角聯分支具有流向不穩定的特性，即角聯網絡中邊緣分支風阻變化對角聯分支的風量和方向均產生影響，角聯分支的存在為風流的不穩定創造了客觀條件，使安全受到威脅。

2.3.2 礦井通風網絡阻力分布不合理

礦井通風網絡阻力分布是指礦井通風阻力在網絡各關鍵風路上所占的比例。

目前有些礦井存在通風阻力較高，而且阻力分布也不合理的現象。由于考慮到采掘、運輸等大型設備的外形尺寸，礦井進風段的巷道斷面較大，通風阻力較小，而回風段常受采動、支護變形、失修等影響，致使巷道斷面難以符合通風要求。對設計院設計的新井進行統計分析表明，礦井通風系統中，進風段阻力占總阻力的25%、用風段占45%、回風段占30%為宜。但實際測定表明，大多數礦井回風段的阻力占總阻力的60%～85%，只有少數礦井采區的通風阻力占總阻力的40%～50%，回風段阻力偏大，直接導致回風風流排出困難，容易導致事故發生。

2.4 通風設施對通風系統穩定性的影響

為了保證風流按擬定的路線流動，就必須在巷道中的合適位置設置相應的通風設施對風流加以控制。在生產礦井中，礦井通風設施的建造質量、數量以及安設位置和通風設施的管理好壞等都直接影響通風系統的穩定性。

礦井中常見的通風設施主要有風門、擋風墻和風橋等。

在礦井通風管理工作中，如果通風設施設置的數量、質量不符合要求，位置設置不合理，對通風設施的管理維護又不及時，勢必會造成風流短路或大量漏風，直接影響各用風地點風流的穩定性。因此合理地建造通風設施并保證其建造質量，同時生產過程中加強對通風設施的管理和維護是礦井通風管理的重要工作之一。

3 確保通風系統穩定、可靠的措施

礦井要確保通風系統合理，應該從以下幾方面入手：

3.1 保證礦井通風系統有足夠的通風能力，保證有效地通風。

3.2 合理安排生產布局，力求均衡，確保通風網絡結構合理、穩定。

3.3 要有可靠的通風安全設施。

4 結語

煤礦安全生產過程中，確保礦井通風系統穩定、可靠是十分重要，也是很有必要的。影響礦井通風系統穩定性的因素較多，也比較復雜。本文重點以對角式通風的礦井為例分析了影響通風系統穩定性和可靠性的因素，并提出了確保通風系統穩定可靠的措施，對指導礦井的通風管理和安全生產有重要意義。

[1]李樹剛，邵海.礦井通風[M].徐州：中國礦業大學出版社，2006.

[2]徐景德.煤礦安全生產管理人員安全培訓教材[M].徐州：中國礦業大學出版社，2004.