礦井通風系統優化改造應用研究

鄧金凱

摘 要：礦井作業面通風系統是礦井通風系統的重要構成要素，其運行的安全、穩定對礦井生產安全和綜合效益有著直接影響。以此為著手點，對井下作業面通風系統優化開展研究。結合具體工程實際，在分析礦井原有通風系統不足的基礎上，對原有通風系統進行了改良優化，希望能夠為其他礦井相似工程的開展提供借鑒與參考。

關鍵詞：礦井;通風系統;優化改造

0 引言

礦井通風系統服務于整個礦山開采階段，是礦產生產最重要的輔助系統，其主要功能是調節井下氣候。礦井通風系統主要是指由一些通風巷道、通風機、通風網絡組成的系統。通風機是通風系統運行的動力裝置，通風巷道是風流動的通道，通風網絡決定了風量的分配方式。通風機運行工況、通風巷道的屬性及通風網絡的變化都會對通風系統的運行狀態產生影響。在礦井建設初期，礦井通風網絡較為簡單，通風系統處于最優狀態。

1 礦井通風系統構建原則

在礦井生產作業中充分發揮通風系統的作用至關重要，明確相應構建原則是基本前提。結合當前礦井通風系統的運行需求，其在優化構建中需要遵循以下基本原則：首先，在通風系統的設計構建中必須要充分考慮到礦井實際生產作業狀況，了解其面臨的通風需求，進而才能夠設計更為合理的通風系統運行能力，確保通風條件能夠匹配以礦井生產作業要求，避免出現通風能力較差帶來的威脅問題;其次，在礦井通風系統的優化構建中，往往還需要表現出較強的可靠性和穩定性，需要確保其能夠伴隨著礦井生產作業，持續性發揮應有通風價值，并且在一些調控系統方面更是需要表現出較強的穩定運行效果，降低通風系統自身出現故障問題的幾率;另外，礦井通風系統的優化構建往往還需要表現出較強的簡潔性特點，可以在最大程度上降低自身對于礦井生產作業影響的基礎上，保障其可以更好關注于礦井的各個區域，形成最為高效的通風條件;最后，對于礦井中通風系統的優化構建，往往還需要重點考慮到相關法律規范的基本要求，尤其是對于《礦井設計規范》以及《礦井安全規程》，更是需要設計人員深入研究，杜絕違規行為出現。

2 通風控制系統存在問題分析

礦井現階段采用的以PLC及變頻器為基礎的通風控制系統，存在結構簡單、便于操控等優點，在礦井生產初期，通風系統簡單時可以有效對礦井通風系統運行狀況進行監控，但是隨著礦井開拓系統不斷擴展，井下通風系統、地質構造更趨復雜，采用的通風控制系統逐漸難以滿足礦井通風可靠需要，具體表現為：通風控制系統受到自身結構限制，對通風參數監控范圍有限，隨著礦井開拓延伸不斷擴展，勢必會發生由于采集數據不足導致通風控制系統分析結果偏差較大問題;隨著通風系統復雜程度增加，傳感器采集數據、PLC控制系統處理數據以及變頻器執行控制指令耗時增加，會出現無法及時對通風異常情況即刻響應問題：隨通風系統延伸，通風阻力變大，井下風壓會有所降低，若PLC數據分析不及時，無法有效確保井下用風需求。總之，隨著礦井開采深度不斷增加，地質構造更趨復雜，礦井通風系統距離變大、構成復雜，現采用的通風控制系統時常出現分析失準、響應耗時過長問題，不能快速調整風流，達不到減災防災目標。為了克服現階段礦井變頻器以及PLC構建的通風控制系統存在不足基礎上，基于礦井煤炭生產地質條件，提出采用現場總線控制方式的智能通風系統，并采用CO2測試智能通風系統可靠性。

3 礦井通風系統優化改造措施

3.1 優化礦井通風網絡 改善主通風機工況點

礦井通風網絡決定著整個系統的通風阻力，它不僅影響著通風系統的運行方式，還影響主通風機工況點。在開采初期，礦井通風系統只服務1個回采工作面，礦井通風網絡相對簡單。在開采中后期，礦井通風面積增加，線路變長，礦井通風網絡變得復雜，漏風量增加。對于中后期的礦井通風網絡，需進行優化。由于礦井通風網絡比較復雜，改變礦井通風網絡會造成風量的變化，這就需要對礦井通風網絡進行數值模擬，找出最優解決方案。串聯型通風網絡能增加通風阻力，而并聯性通風網絡能降低礦井通風，因此可采用并聯的方法來改善某些局部通風阻力較大的巷道。對于某些礦井，增加巷道斷面面積實現起來也相對比較簡單，可利用廢棄巷道進行通風，這樣不僅可降低廢棄巷道中的瓦斯積聚，還可提高巷道利用率。主通風機工況點與礦井通風阻力及風量有關。在對礦井通風系統采取一些降阻措施后，還應對礦井風量進行重新計算，從而對主通風機工況點進行調節，提升風機運行效率。

3.2 通風方式的優化布置

在礦井通風系統的構建中，選擇適宜合理的通風方式是關鍵條件，通風方式不合理，不僅僅會導致通風效率較差，難以滿足通風需求，還會產生嚴重的能耗損失，需要作為優化的重要目標。在通風方式的優化設置中，構建人員往往需要充分考慮到進出風井的具體布置，確保形成較為協調有序的相互關系。一般而言，當前比較常用的通風方式有對角式進出風井、混合式進出風井以及中央式進出風井三類，需要結合不同礦井作業狀況進行恰當選擇和布置。從中央式進出風井的布置上來看，其又可以根據不同礦井特點合理劃分為分列式通風方式以及并列式通風方式，需要在綜合分析各個因素的基礎上予以恰當選用和布置。在對角式進出風井的布置中，則主要針對出風井設置在兩翼區域，進而也就可以明顯降低通風阻力，還可以表現出較高的安全性。當然，因為現階段很多礦井都表現出了較強的復雜性特點，如此也就需要借助于混合式進出風井予以布置，以求達到最為理想的通風條件。

3.3 智能通風系統

系統內的各功能模塊獨立運行，任一環節出現故障不會給其他環節造成不利影響，控制系統的可靠性、穩定性顯著提升;控制系統數據傳輸采用工業以太網以及CAN總線兩種方式，工業以太網用以現場監控PC與遠程監控PC間數據交互;CAN總線用以現場監控PC對通風系統設備控制。采用的信息交互方式確保了控制系統具有快速反應能力;生產過程中面臨諸多不利因素影響，為應對可能突發的各類問題給通風控制系統造成的影響，確保智能通風系統運行平穩，該智能通風控制系統采用冗余設計配備有冗余系統，冗余系統可以在通風構筑物、通風設備發生意外情況時及時、快速響應，保證礦井通風安全。選用的智能通風控制系統可以對礦井通風設備、構造物運行參數及通風參數進行時實在線監測，具備大量監控數據同時分析處理能力，依據智能算法作出更為合理的決策指令，遠程對通風設備運行狀態進行控制，掌握各個通風節點變化情況，確保井下合理通風。

3.4 優化設置機械設備

對于礦井通風系統的優化布置而言，合理設置機械設備同樣也是重要手段，只有確保各個通風設備能夠處于最優位置，并且朝向和固定較為科學，進而才能夠維系后續通風系統的穩定運行。針對通風機械設備的選型需要嚴格把關，根據通風參數要求選擇最為適宜的設備類型，避免出現型號不匹配問題;通風機械設備數量以及布置位置也需要重點圍繞通風方式以及通風網絡進行優化，以求形成更為高效的通風條件。

4 結束語

伴隨著中國礦山生產規模及深度的不斷增大，礦井通風系統復雜性不斷提升。為確保礦井運行安全，井下生產作業對通風系統的性能有了更高的要求。鑒于此，礦井管理者必須高度重視相關問題，在生產實際中組織專業力量，開展針對性分析探究，總結行之有效的通風方案，實現回采面通風的高效、安全，為礦井綜合效益的提升提供保障。

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