淺析礦井通風技術及通風系統優化設計

李斐 周福

摘 要： 礦井通風情況對礦井作業安全有直接影響，需要根據各類作業面的特點，合理布設通風系統。本文首先對礦井通風技術的研究現狀進行分析，包括通風系統布設及分析計算方法、礦井通風節能技術等，在此基礎上，探討其通風系統優化設計策略，包括優化設計目標、監測點優化布局、通風能力核定以及自動設計支持系統的研發等。

關鍵詞： 礦井通風技術；通風系統；優化設計

前言：礦井作業的危險系數較高，在作業過程中會產生大量的粉塵和有害氣體，包括CO、CO2、NO2、NH3、硫化物和沼氣等。根據我國礦山作業安全規范的要求，一氧化碳濃度不能超過0.024%，氮氧化物含量不能超過0.00025%，硫化氫含量不能超過0.00066%，二氧化硫濃度不能超過0.0005%。要達到上述標準，必須確保礦井通風系統設計和安裝的合理性，同時保證其能夠穩定運行，從而為井下作業安全及施工人員的身體健康提供保障。

一、礦井通風技術的研究現狀

礦井通風技術的研究與應用直接關系著礦井作業安全，近二十年來，我國在礦井通風技術的研究上取得了重大進展。首先從礦井通風系統設計及分析計算方法的研究來看，相關研究者提出了多種通風阻力測定方法。通過建立作業面紊流傳質方程、污染物濃度計算方程等，可以為風量計算分析提供依據。在計算機技術的應用下，還可以通過建立復雜的礦井通風網絡模型，為通風系統設計提供依據。礦井通風系統設計的理論研究也不斷豐富，射流通風理論、風流動壓調節技術、火災情況下的非穩定風流規律研究等，都為礦井通風系統設計提供了重要基礎。

另一方面，礦井通風節能技術的研究也取得了重要突破。比如，通過設計多風機多級機站，可顯著提高井下有效風量率，根據需風量對風機進行調節，提高系統可控性，從而減少不必要的能源消耗。再比如，通過采取風阻降低技術，對最大阻力線路進行擴大巷道斷面處理，可以獲得較好的降阻效果。還可以通過采用流線型擴散塔，在機站出口處安裝擴散器等，降低局部風阻，改善井下作業面的空氣動力性能。總體而言，通過上述幾種礦井通風技術的綜合運用，能夠有效改善礦井通風條件，滿足相關規范要求，保證井下作業安全。

二、礦井通風系統的優化設計

（一）礦井通風系統優化設計目標

礦井通風系統設計是各類通風技術應用的集中體現，其系統布設的合理性直接決定著井下通風量及通風節能效率。某礦井通風系統設計示意圖如圖1所示，如何判斷其是否滿足設計要求，主要通過與設計目標進行比較，進而決定是否需要對設計方案進行優化。根據相關設計規范，礦井通風設計要滿足以下幾點基本要求：（1）通風系統設計應避免過于復雜，由于井下設備安裝空間有限，應盡可能通過簡單的布設，在滿足相關規范要求的前提下，減少空間占用；（2）礦井通風系統設計要滿足系統自身的穩定性和可靠性要求，具備較強的井下環境適應能力和抗災能力，能夠保證特殊狀況下的通風效率，從而降低井下作業風險；（3）在系統設計和優化過程中，應充分考慮系統運行的節能性，根據實際需要調節風量，減少資源能源浪費；（4）充分考慮系統設計的成本投入問題，同時合理劃分經費，保證通風設備質量和性能符合要求。綜合上述幾方面的考慮，在相關理論和技術的支持下，得出最優化的系統設計方案。

㈡ 礦井通風系統優化設計方法

⑴巷道選型設計

在具體的優化設計過程中，首先應將礦井通風系統設計與巷道選型設計結合起來，確保礦井通風系統能夠滿足作業面的實際需求。在分析過程中，如果原有巷道形式容易對通風系統布設產生制約，可以考慮采用新鑿專用進風斜井的方式，并采用計算機仿真分析方法，確保優化方案的可行性。比如某礦井通過將新鑿進風斜井與各中段的運輸巷聯絡石門相連，并增設一級機站，使其進風能力得到顯著提升。

⑵減少通風流程

在礦井通風系統優化設計過程中，應對各個巷道分段的通風流程進行精簡，過多的通風流程不僅會導致風量出現損失，還會因新風受到污染，導致礦井內的空氣指標超出標準范圍，進而對施工人員的身體健康及生產安全造成威脅。在此方面，應充分考慮風機選型問題，并對風流壓力進行測量，確保通風流程設計符合要求。

⑶局部降阻

針對巷道局部分段通風阻力較大的問題，在設計過程中，應對各分段風速進行測量，根據參數測量結果，確定具體的降阻措施。由于通風系統改造成本較高，需要在前期確保測算的準確性，實現對局部分段的有效優化。

⑷監測點優化布局

監測點的優化布局是礦井通風系統優化設計的一項重要內容，特別是在礦井生產規模不斷擴大的情況下，通風系統設計規模也越來越大，其監測和運行調控的復雜性明顯提升。比如在多級機站系統的設計和應用過程中，系統管理任務量大，采用人工經驗判斷方法難以滿足實際要求。因此，以計算機和通訊技術為核心的自動化監控系統在礦井通風系統設計中得到了廣泛應用。為獲取較好的自動監控效果，需要對監測點進行優化布置。首先應保障監測點數量的合理性，如果監測點數量不足，難以實現自動監控管理的全面覆蓋，若監測點數量過多，則會增加系統成本投入。因此，應通過對礦井作業面設計圖紙進行計算分析，合理確定監測點數量。在此基礎上，確保局部監測點設計的合理性，能夠反映出系統運行狀態，并及時捕獲系統運行的異常信息。通過對監測點進行優化設計，確保在線監測系統的正常使用，實現對礦井通風情況的實時掌控。

⑸通風能力核定

通風能力核定是礦井通風系統設計的一項重點工作，從近幾年來礦井生產作業的實踐情況來看，因通風系統導致的井下作業事故仍時有發生，這與前期設計階段的通風能力核定不到位有很大關系。在采煤技術快速發展下，實際工程采用的技術方法越來越多樣化，部分礦井在設計能力不足的狀態下進行開采施工，嚴重增加了施工安全隱患。其中，要實現礦井通風系統的正常運行，就需要對其通風能力進行準確核定。在此基礎上，通過對通風網絡、風機選型等進行優化，確保通風系統能夠滿足實際生產技術的要求。在井下作業過程中，也需要定期對通風系統進行核定，特別是在作業面推移的情況下，需要對通風系統作出同步調整，并再次核定其通風能力。

⑹研發自動設計支持系統

從礦井通風系統設計和優化的實際需求來看，研發一套自動設計支持系統十分必要。目前礦井通風系統的設計規模不斷擴大，采取傳統設計軟件進行設計，周期較長，而且難以保證系統功能性能能夠滿足實際要求。采取自動設計支持系統，可以利用計算機對通風系統進行規劃調節，將傳統的線性優化方法轉變為非線性優化方法，從而使最終的優化設計方案更加符合實際情況。以往的計算機軟硬件水平難以實現這一目標，但近年來計算機相關技術發展迅速，為自動設計支持系統的研發奠定了基礎?？赏ㄟ^采用人工神經網絡技術，以人的知識經驗為指導，通過計算機自學習，完成大量的重復性計算工作，快速完成通風系統設計和優化任務。這不僅可以提高前期通風系統設計質量，還能夠在作業面推移中，為通風系統的調整提供支持，減少設計時間，從而提高施工效率。

結束語：綜上所述，礦井通風技術及通風系統的研究與應用對礦井生產活動有重要影響，通過總結其技術研發成果，可以推動理論成果向應用成果的轉化。在此基礎上，通過采用先進的理念和技術方法對礦井通風系統進行優化設計，可以提升設計方案的合理性，同時降低通風系統的投入成本，獲得較高的綜合效益。

參考文獻

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