礦井通風系統設置與安全性計算模式研究

李廣峰

【摘? 要】通常，影響煤礦通風安全的因素可分為三方面，即環境因素、設備因素和人為因素。其中針對人為因素，包括員工安全管理意識薄弱、企業安全管理措施落后在內的諸多問題均有可能造成嚴重的礦井通風安全事故。對此，論文通過分析常見的礦井通風系統管理問題，從通風系統設置與安全性計算模式構建兩方面進行了研究。

【Abstract】Generally， the factors affecting coal mine ventilation safety can be divided into three aspects： environmental factors， equipment factors and human factors. Among them， in view of human factors， including employees' weak awareness of safety management and backward enterprise safety management measures， many problems may cause serious mine ventilation safety accidents. In this regard， through the analysis of common management problems of mine ventilation system， this paper studies from two aspects： the setting of ventilation system and the construction of its safety calculation mode.

【關鍵詞】礦井通風系統;系統設置原則;安全性計算模式;安全管理措施

【Keywords】mine ventilation system; system setting principle; safety calculation mode; safety management measures

【中圖分類號】TD724? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）09-0190-02

1 引言

我國大多數煤礦生產企業的礦井通風系統仍不夠完善，加上相關安全管理措施的不足，導致實際的礦井通風安全難以得到保障。對此，需圍繞礦井通風系統構建一套行之有效的安全性計算指標體系，并以此在結合通風領域專業知識的基礎上探究現行礦井通風系統存在的安全漏洞。

2 礦井通風系統的設置原則

針對礦井通風系統，其設計、安裝、調試均需要建立在詳細勘測煤礦實際地質條件和生產情況之上，同時，考慮到煤礦生產過程一般可分為建井期、投產期、生產旺盛期和收縮期這四個階段，因此，應基于不同時期井下作業的用風量來就通風系統進行設計，進而滿足經濟性和實用性的通風系統設置原則。首先，基于煤礦投產初期及后期，該階段的煤礦產量和瓦斯涌出量均相對較少，并不需要依賴較多的通風量以實現對于有毒氣體瓦斯的稀釋，因此，通常采用小功率的通風機即可;其次，當煤礦生產進入生產旺盛期后，由于煤礦產量大大增加，導致瓦斯產出量也會隨之增多，同時，加上煤礦生產逐漸呈現出規模化和網絡化發展趨勢，使得生產系統愈發復雜，因此，煤礦投產初期及后期的小型通風機已經不再適用，而是應采用改造后的通風機進行作業，進而滿足現場的通風需求;最后，需注意的是，不同的地質條件往往也會直接帶來礦井通風需求的變化，例如，圍繞高瓦斯區、突水區和斷層區，為保障開采作業的安全進行，需就通風系統進行合理改造，進而一方面確保地震、塌方、瓦斯爆炸等事故發生時通風系統的及時反應，另一方面避免因通風系統所致的二次事故，最終從根本上保障現場作業人員的人身安全。

在此基礎上，以永煤集團順和煤礦為例，該礦區地質條件中等，瓦斯涌出量相對較大，所以可采用機械抽出式通風，但目前的問題在于未能實現分區通風，因此，仍需遵循整體性原則和適應性原則適當進行優化。

3 礦井通風系統的參數計算

3.1 礦井通風阻力計算

圍繞礦井通風阻力計算過程，一般需就礦井達到設計產量后通風容易及通風困難兩個時期的最大通風阻力進行計算，且計算時應根據通風線路不同井巷的實際通風阻力來計算總和。同時，考慮到煤礦生產過程中時常存有漏風現象，因此，應確保通風機主扇的風量始終大于總回風井的通風量，進而保障通風阻力計算的準確性。

3.2 礦井通風總阻力計算

一般來說，可將礦井通風阻力分為摩擦阻力和局部阻力兩個部分，其中，前者指的是風流與井巷圍巖壁摩擦以及空氣內部擾動所致的阻力，后者指的是風流經過井巷某些特定區域所致的阻力。而在實際觀測中不難發現，相較于局部阻力，摩擦阻力往往是造成礦井通風阻力的主要原因，一般可占到總阻力值的90%左右。因此，應著重從扇風機選擇等方面就摩擦阻力進行控制，進而以達到降低礦井通風阻力的目的。

4 礦井通風系統的安全性計算模式分析

4.1 通風機運轉安全性

通風機的運轉質量往往直接關系到通風系統的正常運行，因此，對通風機運轉安全性進行計算控制是保障礦井通風系統運行穩定性的關鍵所在。同時，通常來說，通風機的運轉效率一般在60%以上，而當主要通風機均達到60%運轉效率后，通風機的最高風壓約為通風機工作風壓的2倍，因此，應根據通風機的具體性能按照式（1）就其運轉安全性進行計算。

f1=0? ? ? ? ? ? ? ?Kli≥0.9或Kli≤0.2? ? 0.2≤Kli<0.51? ? ? ? ? ? ? ?0.5≤Kli<0.9? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，Kli為通風機工作風壓與通風機最高風壓的比值。

4.2 用風點風量

根據國家《煤礦安全規程》規定，應基于煤礦開采作業現場環境的溫度、風速和有害氣體含量來就用風點風量進行控制，即遵循式（2）計算用風點風量是否滿足通風系統設計要求。

f2=? ? ? ? ? （2）

其中，f2為用風點風量是否滿足設計要求的判定系數，n1為井下風量滿足設計要求用風地點的數量，N1為井下所有用風地點的數量。

4.3 通風系統合理性

針對礦井通風系統用風點風流，應確保其滿足井下安全生產的基本需要，即應兼具一定的穩定性和持續性，在此基礎上，構建數學模型如式（3）所示。

f3=0不合理1合理? ? ?（3）

其中，f3為通風系統合理性的判斷系數，該系數一般與通風系統的設計結構有關，例如，圍繞永煤集團順和煤礦，其采用分區通風方式構建通風系統，各用風地點間不存在角聯分支，因此，可基本排除串聯通風對于通風系統供風穩定性的影響。此外，為進一步避免風流紊亂問題發生，可借助控制風井阻力的方式進行調節，最終也可獲取較好的系統改造效果。

4.4 煤礦風量供需比

所謂煤礦風量供需比，其指的是煤礦風量供給量與煤礦風量需求量之間的比值，一般應控制在1.0～1.2，而當風量供需比小于1時，說明通風系統無法滿足井下作業的基本通風需求，需進一步加強通風以保證井下作業人員的生命安全。在此基礎上，煤礦風量供需比計算公式如式（4）所示。

f4=0? ? ? ? ? ? ? ?k2<1或k2<1.55-? ? 1.2≤k2<1.51? ? ? ? ? ? ? ?1≤k2<1.2? ? ? ? ? ?（4）

其中，k2為礦井實際風量與所需風量的比值。

4.5 通風設備可靠性

基于不同的煤礦開采作業現場情況，其對于通風設備可靠性的要求也會有所不同，因此，應圍繞礦井采掘設計、瓦斯以及生產水平等相關因素就通風設備的可靠性進行計算，最終形成計算公式，即式（5）。

f5=0不合理1合理? ? ?（5）

其中，f5為通風設備的可靠性判定系數，即當f5為1時，表示煤礦的通風設備滿足預定的作業要求。

5 礦井通風系統的安全管理措施

5.1 構建完善監測系統

應基于現代傳感器技術進一步就礦井通風安全監測系統進行構建，在有針對性就井下風速、氣體濃度及瓦斯含量進行檢測的基礎上，及時發現礦井內潛在的安全事故隱患，并在第一時間發出預警的同時，減少各種安全事故對于作業人員及煤礦生產企業的利益影響。其中，圍繞整個監測系統，井下子站是非常重要的一環，其不僅能夠承擔傳遞安全監測數據的重要作用，同時，也能在通風系統故障發生時及時連接故障電路，進而確保故障最快速度得到解決。

5.2 選用先進通風設備

在礦井通風系統中，通風設備的運轉穩定性往往直接關系到整個系統的通風性能，因此，除了應構建完善設備檢修機制以及時發現通風設備潛在的安全隱患外，還應根據上述安全性計算模型就通風設備的應用可行性進行精準判定，在圍繞現有通風設備形成定量、定性安全評價標準體系的基礎上，配備更加適合礦井作業現場環境的通風設備。

5.3 加強人員安全培訓

因人為因素所致的安全事故并不少見，因此，應進一步就開采人員的安全意識進行強化，通過開展定期的安全培訓以從根本上規避各種安全事故。其中，除了應借助完善的責任監督機制保障現場作業人員的操作規范性外，還應結合礦井通風系統的基本原理幫助作業人員了解礦井的整個通風過程，進而幫助其快速學習自救措施，并使其能夠認清礦井通風的重要性，并最終降低安全事故的發生概率。

6 結語

綜上，礦井安全通風是一項非常重要的工作，而安全可靠的通風系統往往是確保井下作業人員安全生產的關鍵所在。因此，需進一步圍繞現場作業情況構建更加完善的礦井通風系統，在及時查找系統潛在安全漏洞的同時，不斷就通風方案進行優化，進而以此保障井下作業的安全進行。

【參考文獻】

【1】何先庭.礦井通風系統信息化集成技術研究[J].煤礦現代化，2020（05）：70-72.

【2】秦鵬.礦井通風系統安全可靠性與預警機制及其動力學研究[J].礦業裝備，2020（04）：168-169.