高原礦井不同時期通風方式解析

鄭良忠

（西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧 810011）

1 大氣壓力、空氣密度和海拔高度之間的關聯(lián)性分析

對于高原地區(qū)來說，存在高寒缺氧的顯著特點，在高海拔的影響下，便會出現(xiàn)低氣壓及低氧分壓形成的現(xiàn)象[1]。而對于礦井作業(yè)工作人員來說，處于高海拔地區(qū)進行相對應的礦井生產(chǎn)作業(yè)，和在常規(guī)條件環(huán)境下進行礦井生產(chǎn)作業(yè)比較，顯然存在效率低、安全系數(shù)低等問題[2]。所以，基于高原資源開采過程中，確保生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境壓力的適宜顯得非常重要。如下表1所示，為大氣壓力和空氣密度隨海拔高度的變化情況：

表1 大氣壓力和空氣密度隨海拔高度的變化情況

相關研究顯示：在礦井井下壓力為海波3200m的大氣壓力環(huán)境條件下，較為符合井下工作人員生產(chǎn)作業(yè)的需求。此外，結合表1可知，隨著海拔標高的提升，大氣壓力逐漸下降。因此，在高原礦井生產(chǎn)作業(yè)過程中，需根據(jù)時期的不同，選擇不同的通風方式，從而確保高原礦井生產(chǎn)作業(yè)的可行性及安全性。

2 高原礦井不同時期通風方式的選擇分析

2.1 初期通風方式

在高原礦井生產(chǎn)過程中，通風方式可分為壓入式通風和抽出式通風兩種。考慮到高原礦井生產(chǎn)作業(yè)的可行性及安全性，對于其初期通風來說，需合理選擇通風方式。對于抽出式通風方式來說，屬于負壓通風形式，所以該通風方式的框架內(nèi)部空氣壓力要比外部環(huán)境的大氣壓力低。以某高原煤礦礦井初采工作面為例，選擇抽出式通風方式，其空氣壓力是62549.59Pa，大概為海拔3858m的大氣壓力；但選擇壓入式通風方式，其空氣壓力則為64028.47Pa，大概為海拔3671m的大氣壓力。

因此，壓入式通風方式和抽出式通風方式比較，可以使礦井井下空氣壓力得到一定提升；在兩種通風方式的空氣質(zhì)量流量一致的情況下，在空氣流速方面抽出式通風方式要比壓入式通風方式高；同時，在空氣密度偏低的情況下，隨著空氣膨脹的發(fā)生，會出現(xiàn)降溫的情況，進而導致井下作業(yè)環(huán)境更為復雜。

所以，綜合考慮，基于高原礦井初期通風方式選擇上，需擇優(yōu)選擇壓入式通風方式。

2.2 中后期通風方式

高原礦井生產(chǎn)作業(yè)中后期和初期比較，無論是在生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，還是在大氣壓力上均會發(fā)生很大程度的變化，主要體現(xiàn)為：在開采深度逐漸增大的情況下，礦井內(nèi)部大氣壓力也隨之升高，并且此時漏風管理難度越來越大；所以，在開采至一定深度條件下，需改變通風方式，即由初期采取的壓入式通風方式，轉變?yōu)槌槌鍪酵L方式，在中后期使用這種通風方式，能夠使通風管理更加安全可靠。

值得注意的是，在使用抽出式通風方式的條件下，需計算不同開采深度工作面末端的空氣壓力，進一步計算出轉變通風方式的目標海拔高度，在計算過程中可使用二次插值（Lagrange）方法進行計算，通過計算明確當開采深度達到海拔多少時，抽出式通風井下工作面大氣壓力符合通風方式轉變要求，進而便將由初期采取的壓力式通風方式轉變?yōu)橹泻笃谶m用的抽出式通風方式，從而確保中后期礦井生產(chǎn)作業(yè)的可靠性及安全性。

3 高原礦井不同時期通風方式應用期間相關建議分析

3.1 初期通風相關建議

在高原礦井初期作業(yè)過程中，采取壓入式通風方式，如果井下大氣壓力依然偏低，在沒有達到海拔3200m的空氣壓力的情況下，建議采取相對應的增壓方法，使工作面末端空氣壓力得到有效提升。一方面，可對礦井通風總阻力進行有效控制，把礦井總阻力的相關設計在總回風巷當中，讓工作面等用風地點形成比較高的空氣壓力，使人工增壓的目的得到有效實現(xiàn)。另一方面，優(yōu)化井下通風系統(tǒng)設計，結合礦井延伸的實際狀況，合理地對礦井回風段阻力進行調(diào)節(jié)，使工作面壓力得到有效增加，使適合井下生產(chǎn)作業(yè)的環(huán)境得到有效構建。而對于回風巷道，則可以采取人工增壓的方式，使礦井內(nèi)部整體壓力得到有效提升。總之，在初期通風采取壓入式通風方式過程中，可采取人工增壓及優(yōu)化井下通風系統(tǒng)設計的方式，使壓入式通風的效果增強，進而滿足高原礦井初期生產(chǎn)作業(yè)的需求。

3.2 中后期通風相關建議

高原礦井從初期作業(yè)，逐漸增加開采深度到中后期作業(yè)，便有必要從原來的壓入式通風方式轉變?yōu)槌槌鍪酵L方式。這個轉變過程除了需要通過插值法計算轉變的合理時期（即當開采深度達到海拔多少時合適轉變通風方式），還有必要在轉變過程中對通風系統(tǒng)進行一定的改進。即：從壓入式通風方式轉變?yōu)槌槌鍪酵L方式，有必要進行通風機的更換，然后把抽出式通風機轉移至回風井口，進一步基于回風井口做好相關風機附屬裝置的重新設置，包括：風硐、擴散器以及防爆井蓋等。此外，在應用壓入式通風系統(tǒng)過程中，需加強相關增壓設置拆除干凈，同時基于人工增強當中的調(diào)節(jié)風門也需拆除，以此確保壓入式通風系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及安全性。

4 結語

綜上所述，高原礦井生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境條件復雜，和海拔、大氣壓力、空氣密度等要素密切相關。因此，在高原礦井不同時期，需選擇不同的通風方式，即在高原礦井生產(chǎn)作業(yè)初期，采取壓入式通風方式較為合適；而在開采深度逐漸增加的情況下，壓入式通風方式的適用性會受到很大程度的影響，因此需通過科學的計算方法，在一定海拔高度改變通風方式，比如改變成抽出式通風方式，以滿足高原礦井中后期資源開采作業(yè)的需求，保證生產(chǎn)作業(yè)的效率質(zhì)量及安全性，進一步為高原礦井生產(chǎn)作業(yè)綜合效益的提高奠定夯實的基礎。