礦井通風技術及通風系統優化設計探討

張田隆

（太原東山東興煤業有限公司，山西 太原 030009）

在煤炭礦井的生產過程中，井下通風系統是關乎礦井生產的重中之重，通風系統的設計是否具有科學性、合理性直接關乎礦井的生產和國民經濟的穩定發展，因此我們要不斷地對礦井的通風系統進行優化。隨著經濟的發展和科學技術的進步，通風系統也引進了先進的技術設備，為礦井的穩定生產提供了更高的保障。礦井通風系統所涵蓋的范圍比較廣，涉及礦井生產的各個區域，因此只有對通風系統進行科學合理的設計，才能夠保證通風效果。

1 我國礦井通風技術的發展歷程及現狀

1.1 我國礦井通風技術的發展歷程

煤炭礦井的通風技術在我國具有悠久的歷史，可以追溯到先秦時期。在六七十年代，我國的煤炭礦井通風技術得到了快速的發展，在八十年代走上了節能環保的道路，直至如今的礦井通風系統。我國通風系統的理論研究主要是參照國外的通風技術，再根據科學理論制定適合于我國實際情況的通風技術和工藝。隨著信息科學技術的不斷發展，通風系統通過計算機網絡技術逐步建立了計算機設計方法，并利用計算機輔助技術建立了詳細的通風模型，通過模擬分析數據結果對一些災害事故進行分析和研究。[1]

1.2 我國礦井通風技術的發展現狀

目前我國正處于礦井通風技術的高速發展階段，并取得了很多的研究成果，包括對通風機械設備進行科學檢測、推廣應用高效、可靠的節能型風機、利用信息網絡技術研制模擬軟件進行防災救災工作等等，為礦井的正常穩定生產提供更多的保障。盡管我們在礦井的通風技術方面取得了不錯的進步，但是目前我國煤炭礦井通風系統的可靠性和環保節能性都還欠缺。尤其是目前大量使用的綜采放頂的方法，雖然提高了生產效率，但是因所需通風量較大，且礦井內的瓦斯溢出量較大，使得傳統的通風設備并不能夠滿足這種生產方式，導致生產事故的發生，因此我們要對煤炭礦井通風技術和通風系統進行優化設計和改進。

2 礦井通風技術及通風系統優化設計的重要意義

煤炭礦井的通風技術是為礦井內的各個用風場所提供新鮮足夠的空氣，來保證礦井工作人員的工作空氣條件，減低礦井內的有毒、有害物質對井下工作者的身體造成危害。另外礦井的通風系統還直接影響著礦井的穩定生產，穩定的生產能夠給礦井帶來穩定的經濟收益，一旦出現生產事故不僅會造成人員和設備的損傷，還會延誤生產工期，造成更大的經濟損失。因此我們要定期地對礦井通風系統的穩定性和可靠性進行檢查，建立完善的煤炭礦井通風系統監測機制，來保證礦井的順利開采和生產。在當前我國煤炭礦井常用的通風系統檢測中，主要是對礦井井下瓦斯、粉塵和熱量進行測定，并根據一定的標準對這些數據進行判斷，來確定通風系統的工作效能。通風系統的設計對煤炭礦井的整體設計有著至關重要的作用，它直接關系到礦井的建設時長、投產時間、資金投入和礦井后期的生產效能和經濟效益，因此礦井通風系統的優化設計對礦井具有十分重要的意義。[2]隨著煤炭礦井的不斷開采，我們要對煤炭礦井的通風系統進行不斷地改造與優化，以適應礦井生產環境的變化和自然條件的改變，因此我們說礦井通風系統的優化也是煤炭礦井改造的重要條件之一。

3 礦井通風技術和通風系統分析

在我國當前的煤炭礦井的開采工作中，通風系統主要的作用是向井下輸送新鮮空氣，同時對井下的有毒有害氣體進行稀釋，例如稀釋瓦斯、減低粉塵濃度等，新鮮的空氣輸送至煤炭礦井之中還能夠對礦井內的溫度進行調節，來保障井下作業者的工作環境，使他們處于穩定的環境之中，來保障生產效率。礦井的通風技術主要包括以下幾種：

3.1 中央式通風

在礦井之中設置進風井和回風井，并將二者設立在不同的位置，一般為中央邊界式和中央并列式兩種。中央邊界式的通風方式主要適用于井內瓦斯氣體較多，且煤層和地表水平面的距離較近的礦井之中。中央并列式的通風方式主要適用于井內瓦斯氣體較少，煤層與地表水平面的距離較大或者角度較大的礦井之中。在我國大多數的礦井都是選用的中央式的通風方式，根據實際情況進行中央邊界式和中央并列式的選擇，這樣的通風方式通風效果很好。

3.2 對角式通風

與中央式通風方式相比，對角式的通風方式只是在進風井和回風井的位置上有所不同，它主要分為兩翼對角式和分區對角式兩種。兩翼對角式的通風方式主要適用于徑向距離較大的井田，這種井田容易產生瓦斯和火災災害。分區對角式的通風方式主要適用于埋藏較淺的煤礦，這種煤礦的地表滾動較大，更容易進行分區。

3.3 混合式通風

在一些地質環境復雜，礦井內瓦斯濃度非常高，且需要進行大量、長時間開采的礦井中，需要將中央式通風和對角式通風進行混合應用，利用各種通風方式的優點，來彌補各自的不足，因此混合式通風方式的效果十分不錯，并得到了廣泛的應用。[3]

3.4 通風系統

在我國煤炭礦井的通風系統中，主要使用的有自然分風網絡優化和控制分風網絡優化兩種，同時我國也在不斷地對這兩種通風系統進行針對性的研究，因為它們不僅能夠降低能耗和成本，還能夠對礦井的生產效能進行優化。但是隨著礦井生產的不斷進行，自然分風和控制分風的通風系統都只能是進行靜態化的研究，因此不適應礦井的動態化生產，所以必須要對通風系統進行動態化的設計。

4 礦井通風系統優化設計所面臨的技術問題

礦井通風系統在優化設計的過程中主面臨兩個方面的技術問題：首先是礦井內的空巷道較多，通風系統主要是通過通風設備對井下環境進行新鮮空氣的補充和有毒有害氣體的稀釋，同時對設備的動力、巷道的風流進行監測和控制。當煤礦開采的某一階段完成時，會留下許多的空巷道，但是并沒有對空巷道進行封閉處理，這就導致通風系統輸送的新鮮空氣在空巷道中存留，浪費了大量的空氣資源和通風效能，從一定程度上嚴重影響了通風系統的效果。其次在煤炭深井開采中，通風系統的設計不合格。在煤炭深井的開采中，其工作環境更為惡劣，表現為空氣稀薄、瓦斯濃度高、粉塵濃度超標等，對深井開采工作者的身體健康造成了極大的危害，因此需要更為科學先進的通風技術來滿足深井生產的需要。[4]我們要根據深井生產的特點，利用先進的通風技術，構建科學合理的通風系統，來完成對深井開采環境的優化，降低風險，保障深井作業人員的工作環境。

5 礦井通風節能技術研究

5.1 多風機多級基站技術

隨著我國煤炭的大規模開采，通風技術的研究也在不斷地進行，多風機多級基站技術不僅能夠提高井下作業的工作效率，還能夠有效地節省電能的消耗，因此得到了大范圍地推廣和使用。多風機多級基站技術指的是由二級及以上風基站將地表的新鮮空氣輸送至井下，同時將井下的污染空氣排放至地表。這種技術的風量是通過風機進行調節的，相比較于傳統風窗調節的方式，其穩定性和可靠性都增加了很多，它能夠保證礦井通風系統的穩定性，能夠準時、按時進行通風；同時具有節能的優點，符合當前對節能環保建設的要求。在多風機多級基站技術中，風機的功率和風量是一致的，風機的通風量小，它的功率就小，因此對能源的消耗就會降低。

5.2 礦井通風網絡動態優化技術

在我國礦井通風網絡動態優化技術還不成熟，正處于研究探索階段，但是其研究的目的也是為了對礦井的通風系統進行動態化的管理，對礦井各個時期的通風技術進行優化設計，以此來滿足煤炭礦井的生產需求。[5]對礦井的通風系統進行動態化的優化設計能夠在很大程度上提高礦井通風系統的質量。

6 礦井通風系統優化設計探討

在煤炭礦井的開采工作中，通風系統是關鍵所在，對礦井的生產環境，穩定生產都具有直接的重要影響，因此想要促進煤炭礦井的穩定、可靠發展就必須采用科學合理的通風技術對通風系統進行不斷地優化，以促進煤炭礦井的生產。以下我們將通過三個方面對礦井通風系統的優化設計進行探討。

6.1 準確把握不同通風方式的優缺點，對已有的通風系統進行優化

任何的通風方式都存在一定的優缺點，我們要對這些優缺點進行科學合理的分析，并對其進行利用，來實現優化通風系統的設計效果。針對中央式通風方式，我們通過分析研究得出其優點是：通風方式簡單、建設周期較短、工程成本較低。其缺點是：利用中央式通風的方式會在過程中產生風流折返的問題，因此導致礦井底部出現漏風的情況，且容易將送入井內的新鮮空氣污染。針對對角式通風方式，我們得知其優點為：風流線路短、阻力小、安全出口設置隨意，在生產的過程中，巷道的風量可以進行有效的調節，因此保障了風壓的穩定性。缺點是安全系數較低、投資成本較大、通風風量大等。通過對不同通風方式優缺點的分析，我們能夠根據實際情況對現有的通風系統進行優化，來提高通風系統的實效性和節能性。

6.2 提高通風設備的整體性能

在整個煤炭礦井的通風系統中，通風設備是基礎的組成部分，為了保證礦井的作業深度，必須要提高通風系統設備的整體性能。首先要對老舊的通風設備進行更換或者技術升級改造，因為深井作業中，瓦斯氣體和粉塵以及火花都是影響生產的重要因素，高效的通風系統能夠在很大程度上解決這些問題。其次選用適應性強的新設備，深井作業需要大量的通風量，傳統的自然通風和機械通風的方式沒有辦法滿足對通風量的需求，因此我們選擇適應性強的新設備，例如對旋式軸流通風機和軸流式通風機，它們具有高效率、小體積、噪聲低和適應性強的優點，非常適用于深井煤炭作業對通風量的要求。

6.3 提高通風系統運行的實效性

對通風系統的結構進行優化設計，同時將空巷道進行封閉處理，避免因過多新鮮空氣進入空巷道而導致作業區空氣不足的問題。隨著開采深度的不斷加深，會需要越來越多的通風量，這時在巷道內增加一些調節的措施，對通風路徑進行調節，使空氣更大限度地進入到工作生產區域，降低通風量的浪費，進而提高通風系統運行的實效性。同時還要結合礦井內巷道的實際特點，選擇具有針對性的措施，來對通風系統進行優化調整。

6.4 加強對礦井通風系統的監管

通風系統不僅會受到通風設備、系統設計、礦井實際情況等因素的影響，同時還會受到監管體系的影響，設計科學合理的通風系統能夠保障其高效運行，嚴格完善的監管制度能夠提高監管人員的專業能力，進而提高通風系統的實效性，保證其工作的穩定性和高效性。[6]

7 結語

綜上所述，我們不難看出通風技術和通風系統對礦井作業的重要性，通過對各種通風技術和通風系統模式的研究，我們遇到了一些技術難題，但是相信利用通風節能技術，對通風系統不斷地進行各種優化，一定能夠解決這些難題，實現煤炭礦井生產的穩定性和可靠性。