牛明東

【摘要】采礦是我國的基礎(chǔ)工業(yè)，在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有主要地位。隨著我國礦井開采范圍的不斷擴(kuò)大和生產(chǎn)能力的提升，原來的礦井通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)今大型礦井的需要，必須根據(jù)礦井通風(fēng)的實(shí)際條件，采取相應(yīng)的措施對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，只有礦井通風(fēng)系統(tǒng)能力達(dá)到要求，才能保證整個(gè)礦井安全生產(chǎn)，選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)改造方案，可取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。本文對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)改造及其完善進(jìn)行研究，并針對礦井通風(fēng)系統(tǒng)中存在的問題提出一些改善方案。

【關(guān)鍵詞】礦井；通風(fēng)系統(tǒng)；技術(shù)改造；降阻

0.前言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行是整個(gè)礦井安全生產(chǎn)的保障，在整個(gè)礦井生產(chǎn)中占有極其重要的位置。安全、經(jīng)濟(jì)是權(quán)衡礦井通風(fēng)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，為了滿足礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全與經(jīng)濟(jì)效益最大化，就一定要采取科學(xué)高效的措施對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。礦井通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)改造有很多方法，例如，挖掘內(nèi)部潛力、刷寬巷道面、風(fēng)量分流、井下增加輔助風(fēng)機(jī)、調(diào)整主要風(fēng)機(jī)葉片角度等?？傊?，根據(jù)各礦井通風(fēng)實(shí)際情況，選擇合理的改造措施，不但能保證安全生產(chǎn)需求，而且能夠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.礦井通風(fēng)系統(tǒng)的作用

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行可以把地面的新鮮空氣連續(xù)輸送到井下不同的硐室，可以隨著風(fēng)流流動(dòng)排除井下各種有害氣體和礦塵，能夠給工人提供良好的工作環(huán)境，保證井下工作人員的身體健康和勞動(dòng)安全。因此礦井通風(fēng)系統(tǒng)常被稱作礦井的“心臟”?？梢姡V井通風(fēng)是保證礦井安全最關(guān)鍵的途徑。

2.我國礦井通風(fēng)的現(xiàn)狀

2.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力的測定

《煤礦安全規(guī)程》要求生產(chǎn)礦井必須定期進(jìn)行礦井通風(fēng)阻力測定，以便能更準(zhǔn)確的掌握礦井通風(fēng)阻力分布和井下主要漏風(fēng)地點(diǎn)的通風(fēng)狀況。通過通風(fēng)阻力的測定能夠獲得主要巷道的風(fēng)阻滯和巷道摩擦阻力系數(shù)，工作人員能根據(jù)這些數(shù)據(jù)熟知礦井內(nèi)高阻力段和阻力大產(chǎn)生原因，從而能夠采取科學(xué)有效的措施去預(yù)防，能減少安全隱患的發(fā)生。

2.2對礦井主要通風(fēng)機(jī)性能的測定

礦井主要通風(fēng)機(jī)是保證礦井生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿?，是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。因?yàn)榈V井使用的主要通風(fēng)機(jī)與出廠是的數(shù)據(jù)有很大的區(qū)別，為了準(zhǔn)確地掌握礦井主要通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，在其正式投入生產(chǎn)前和運(yùn)行后每隔一段時(shí)間，都要對其進(jìn)行性能測定，以便安全而經(jīng)濟(jì)地使用主要通風(fēng)機(jī)。

2.3礦井通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬

目前，礦井通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)與計(jì)算機(jī)有機(jī)的結(jié)合到了一起，實(shí)現(xiàn)了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化生產(chǎn)。其工作原理是把通風(fēng)系統(tǒng)各段巷道的風(fēng)阻、始末端點(diǎn)編上號(hào)碼，再根據(jù)主要通風(fēng)機(jī)特性曲線信息來編寫程序，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息由計(jì)算機(jī)識(shí)別，保證了計(jì)算機(jī)模擬信息與井下實(shí)際情況的一致性。通過調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用給礦井生產(chǎn)的確帶來巨大進(jìn)步。

2.4我國礦井仍然存在諸多的問題

對我國部分礦井進(jìn)行抽樣調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，大部分礦井都存在控制風(fēng)流設(shè)施過多。內(nèi)部漏風(fēng)嚴(yán)重，在回風(fēng)側(cè)巷道阻力明顯偏大，所占比例嚴(yán)重超出指標(biāo)規(guī)定。

3.礦井通風(fēng)系統(tǒng)的改造技術(shù)措施

3.1降低通風(fēng)阻力

降低通風(fēng)阻力是實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造的最有效手段。礦井通風(fēng)量以及通風(fēng)阻力主要是取決于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)阻特性和主要通風(fēng)機(jī)性能的工況點(diǎn)的差異，而礦井通風(fēng)阻力主要決定于礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)與風(fēng)量大小。礦井需要多少風(fēng)量是根據(jù)生產(chǎn)需要而定的，在某段實(shí)踐時(shí)間內(nèi)可以看做是不變化的量，所以礦井通風(fēng)阻力的大小完全是取決于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)阻值的大小，可以說降低通風(fēng)阻力的本質(zhì)是在降低網(wǎng)絡(luò)風(fēng)阻。在礦井實(shí)際生產(chǎn)中，降低通風(fēng)阻力常用的手段有刷寬巷道斷面、并聯(lián)巷道、選用周邊界小的井巷和縮短通風(fēng)的流程。

3.1.1刷款巷道斷面

依照通風(fēng)阻力的計(jì)算公式可知，巷道通風(fēng)阻力和巷道斷面之間存在反比關(guān)系，由此可見，增加礦井高阻力段的巷道維護(hù)，刷寬通風(fēng)斷面，一定可以達(dá)到降低通風(fēng)阻力的目的。

3.1.2并聯(lián)風(fēng)道

當(dāng)主要通風(fēng)機(jī)葉片角度調(diào)整到合適的角度時(shí)，將風(fēng)道并聯(lián)可以起到降低通風(fēng)阻力、增加風(fēng)流量的作用，從而能夠達(dá)到礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造的目的。在礦井的實(shí)際生產(chǎn)中這是一種常見的改造措施。

3.1.3選用周邊界小的井巷

由于井巷邊界和摩擦阻力之間是正比關(guān)系，在斷面條件相同時(shí)，圓形斷面的周長是最小的，拱形次之，梯形周長是最大的。因此在礦井設(shè)計(jì)時(shí)井筒采用圓形斷面，主要巷道要采用拱形斷面，對于服務(wù)年限較短的采區(qū)巷道可以根據(jù)現(xiàn)場要求選擇梯形斷面。合理選擇周邊界小的井巷可以有效降低通風(fēng)阻力。

3.1.4縮短通風(fēng)的流程

根據(jù)通風(fēng)阻力公式可知，巷道的長度和摩擦阻力之間是正比關(guān)系，在礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造的時(shí)候，在滿足生產(chǎn)需求的前提下，要盡可能采用較短的通風(fēng)流程。

3.2調(diào)整主要通風(fēng)機(jī)葉片角度

常用的通風(fēng)機(jī)主要有離心式通風(fēng)機(jī)和軸流式扇風(fēng)機(jī)兩種，目前國內(nèi)普遍采用的是軸流式通風(fēng)機(jī)。由于軸流式通風(fēng)機(jī)特性曲線會(huì)隨著動(dòng)輪葉片安裝角度的改變而發(fā)生改變，葉片的角度改變后就會(huì)致使氣流流向也會(huì)隨著葉片的角度發(fā)生變化，進(jìn)而能夠控制通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量。例如，在我國某些大型礦井，由于地面溫度較高以及生產(chǎn)工作面的不斷增加，礦井風(fēng)量需求也在增大，合理的將主井主要通風(fēng)機(jī)葉片角度進(jìn)行調(diào)整，礦井風(fēng)量有顯著的提高，從而滿足了礦井生產(chǎn)的需要，保證安全生產(chǎn)的同時(shí)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3增加主要通風(fēng)機(jī)，提升礦井通風(fēng)能力

隨著礦井產(chǎn)量的增大，淺處煤層已經(jīng)接近枯竭，不得不向深處延伸。由于采深越來越大，礦井瓦斯涌出量也在不斷增加，礦井只有足夠的風(fēng)量才能把瓦斯帶出礦井，以往的主要通風(fēng)機(jī)已經(jīng)不能滿足要求，這就需要增加主要通風(fēng)機(jī)的數(shù)量，以求達(dá)到提高礦井的通風(fēng)能力。

4.對礦井通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造方案探究

4.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案的確定

對礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行科學(xué)的解算是保證確定和提出改造方案的基礎(chǔ)，主要從以下幾方面進(jìn)行考慮。第一，在改造開始前，要對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全面調(diào)查，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)制定通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖紙。第二，根據(jù)上個(gè)過程所獲得的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算工作，對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評定。在以此作為基礎(chǔ)，提出幾個(gè)適合通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算改造的可行方案。第三，組織專家組隊(duì)所有的方案進(jìn)行可行性研究，選出最優(yōu)化的方案作為礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案。

4.2方案的實(shí)施

在施工前全面考慮各種施工過程中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，按要求編寫細(xì)致、周全、合理、可靠的安全技術(shù)報(bào)告，著重考慮自然通風(fēng)對礦井改造時(shí)候的影響。新的通風(fēng)系統(tǒng)建成后，要再次進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算，并且在原來主要通風(fēng)機(jī)葉片角度不變的條件小風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)測試超出壓力范圍，根據(jù)以測定數(shù)據(jù)合理改變通風(fēng)機(jī)葉片角度或是增加通風(fēng)設(shè)施。

4.3保證改造后的通風(fēng)系統(tǒng)具有安全性

由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造以后，勢必會(huì)影響原來已有的礦井整體結(jié)構(gòu)，因此要保證其安全生產(chǎn)，提高通風(fēng)系統(tǒng)的抗災(zāi)能力，能夠起到為下一水平的開采提供有利的條件。一旦事故發(fā)生，能夠最大程度的保證工作人員的安全，減少經(jīng)濟(jì)損失。

5.結(jié)束語

隨著我國采礦深度的不斷加深，原有礦井通風(fēng)阻力系統(tǒng)難以滿足礦井生產(chǎn)能力要求，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的改造是很有必要的。只有保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，才能保證井下工作人員的安全，為整個(gè)礦井帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。[科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］汪崇鮮,李緒國,譚波.礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量穩(wěn)定性的影響因素[J].煤炭學(xué)報(bào),2008(8).

［２］程磊,楊運(yùn)良,熊亞選.礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)體系的研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2005(3).

［３］趙伏軍,謝世勇,楊磊,陳世強(qiáng).基于層次分析法-模糊綜合評價(jià)(AHP-FCE)模型優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)的研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2006(4).

［４］陸剛,韓可琦,肖桂彬.礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的模糊綜合評價(jià)[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2008(2).