鄭遠新

摘要：本文介紹了可控循環(huán)風的實際應用，并通過計算模擬和實際測定對區(qū)域大一些的工作面可控循環(huán)風的通風效果。系統(tǒng)穩(wěn)定性及經(jīng)濟效益進行了分析研究。

關鍵詞：可控循環(huán)風;礦井通風;采煤工作面

礦井通風是保障礦井安全的重要手段之一。在礦山生產(chǎn)過程中，礦井通風是連續(xù)不斷的，其動力來源盡量利用自然風壓和通風機械，主要還是靠通風機械。維持通風機械的能源目前還只有電能。生產(chǎn)礦井每年花在通風方面的費用相當可觀，是生產(chǎn)成本的主要指標之一。同時從節(jié)能減排、低碳環(huán)保方面，具有時代意義。

一、煤礦可控循環(huán)風技術

推廣應用的可控循環(huán)風技術就是在采掘工作面獨立實行的局域可控循環(huán)風技術。

掘進工作面的可控循環(huán)風是通過有目的增加該工作面回風道的風阻（用于主要通風機是離心式的），或者通過有目的減少其它工作面回風道的風阻（用于主要通風機是軸流式的），使該工作面回風流減小造成該工作面局部通風機循環(huán)實現(xiàn)可控循環(huán)風的。還有的掘進工作面供風距離較遠，將“接力局部通風機”的吸入端與上一個局部通風機的風筒斷開，并使上一機的風筒出口超前“接力局部通風機”至少10米以上（該距離是根據(jù)循環(huán)率確定的），這時候“接力局部通風機”就變成了循環(huán)通風機兼接力局部通風機了，從而實現(xiàn)了掘進工作面的可控循環(huán)風。

采煤工作面的可控循環(huán)風是通過在超前該采煤工作面的入風巷和回風巷之間連通一條風道做循環(huán)風道，在循環(huán)風道或采煤工作面的回風巷內安設循環(huán)通風機將回風流的一部分風流再次輸送到該采煤工作面的入風巷，實現(xiàn)采煤工作面的可控循環(huán)風。循環(huán)風道的連通口必須在該工作面的全風壓回風口與該工作面的回風口之間。循環(huán)風機的工作方法可以是抽出式的，可以是壓入式的，也可以是混合式的。

采用可控循環(huán)風技術的礦井的全風壓風量分配、通風設備選型，按照各個可控循環(huán)風工作面設定的循環(huán)率，核定出該工作面的全風壓風量。也就是工作面風量與循環(huán)風量之差就是工作面的應配的全風壓風量。除此之外，其他通風技術的定理、規(guī)則都適用。“一通三防”的相關規(guī)定都必須遵循，《煤礦安全規(guī)程》的對煤礦通風工作的相關規(guī)定也必須遵循。

二、采用可控循環(huán)風技術可解決無煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出危險的礦井通風困難風量不足的問題。

隨著礦井開采規(guī)模的加大，通風的困難程度也在不斷地增加。增加風量有兩個途徑：一是重新調整通風系統(tǒng)，增加通風機械的能力，即使如此，通風特別困難的礦井，很難找到通風機的特性與礦井的風阻特性十分吻合的，所以也很難達到預期的效果;二是采用可控循環(huán)通風技術。前者即使能解決問題，投資也大;后者比較經(jīng)濟，但對其可靠性和應用技術需要進行試驗研究和精心調控。

采用可控循環(huán)風技術降低無煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出危險的礦井通風成本的問題。如果礦井無煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出危險，瓦斯涌出均衡，采用可控循環(huán)風技術降低主要通風機提供的全風壓，從而降低主要通風機的電能消耗，達到降低通風成本的目的。

總加熱量Q，

Q=αMCp（th-t1），kw

在北方，冬季溫度平均-20℃，那么，每1km3/min風量從-20℃升到2℃時所需熱量：

Q=αMCp（th-t1）=1.1×21.55×1.01（2-（-20））=526.7kw

相當于526.7×1000÷1.163÷3600=126（千卡）（按1kcal/h=1.163W換算）

那么，每日所需的熱量就是126×24×3600=10886400（千卡）。取加熱器熱效率80%。1日所需供熱煤炭折合成標準煤就是10886400÷80%÷7000÷1000=1.944（t）（我國規(guī)定1kg的標準煤的熱值為7000千卡）。北方按四個月供暖計算，120×1.944=233.3（t），井下供暖所需煤炭折合成標準煤233.3噸。按市場價800×233.3=18.664萬元人民幣，再加上供暖電耗必定超過20萬元人民幣。這是按照礦井通風風量1000m3/min計算的。如果循環(huán)率能維持30%，那么，礦井所需1000m3/min的風量就能節(jié)省70噸標準煤的煤炭。

式中：Q——礦井空氣總加熱量，kw

α——熱量損失系數(shù)，井口房不密閉時α=1.05～1.10，井口房，密閉時α=1.10～1.15;

M——井筒進風量，kg/s（每1km3/min風量的M=Q風ρ=1000m3/min×1.293kg/m3=1293kg/min=21.55kg/s）

Cp——空氣定壓比熱，Cp=1.01kJ/（kg·K）。

th——冷熱混合空氣溫度，可取2℃;

t1——室外冷風計算溫度，℃。

如果礦井無煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出危險，瓦斯涌出均衡，采用可控循環(huán)風技術降低主要通風機提供的全風壓，從而使入井需要加熱風量降低，用在生產(chǎn)工程中的加熱向井下供熱的取暖煤的節(jié)約百分比就是可控循環(huán)風的循環(huán)率。也可以用類似方法降低礦井井下用于制冷的空調費用。

三、國外可控循環(huán)通風技術

1971年英國在錫漢礦超前回采作業(yè)面的入、回風巷中進行了循環(huán)通風技術的首次試驗，該系統(tǒng)屬于開路式循環(huán)通風系統(tǒng)。試驗取得了成功，為這項技術的開展打下了基礎，并在理論上得到了認同。1974年英國皇家礦山監(jiān)察局又批準了5個煤礦做循環(huán)通風試驗。試驗結果表明，無論是入風側還是回風側，超前巷道中測出的粉塵都比以前顯著降低。在賽頓礦，超前作業(yè)面入風巷中粉塵濃度由原來的8 mg/m3 下降到2mg/m3。林畢礦超前作業(yè)面的回風巷中粉塵的濃度由原來的6.5mg/m3下降到3mg/m3。沒有出現(xiàn)沼氣聚集的現(xiàn)象。威爾茅斯（Wearmouth）煤礦應用可控循環(huán)通風技術，解決了遠距離采區(qū)的通風問題，在保證采區(qū)需風量100 m3/s不變的情況下，使用30m3/s的循環(huán)風，可以節(jié)省電965 kW，每年節(jié)省電費30萬英鎊。英國的研究表明，當煤巖層原始溫度在30 ℃以內時，采用可控循環(huán)通風就能改善采區(qū)內的氣候條件;而當煤巖層原始溫度超過40 ℃時在循環(huán)橫巷中布置一個功率適當?shù)膬葒娝鋮s器，并采取循環(huán)通風，就可大大改善采區(qū)氣候條件，同時在降塵、降溫方面也有很好的效果。（2）南非金礦深井通風與降溫中循環(huán)通風技術的應用。南非1982年在勞瑞因金礦進行了可控循環(huán)通風方法的大規(guī)?，F(xiàn)場試驗。試驗主要利用可控循環(huán)技術對金礦作業(yè)面進行通風和降溫，并對可控循環(huán)通風的系統(tǒng)安全性以及可控循環(huán)通風理論模型的正確性加以驗證，取得了成功。

四、可控風量率的確定及技術措施

國內可控循環(huán)通風技術已經(jīng)開始在許多地方開始實驗并進入應用階段。礦井循環(huán)風不可怕，可怕的失控。前面介紹了控制手段和方法。

1、控循環(huán)率的確定：

確定原則就是保證將井下有毒有害氣體稀釋到《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定濃度以下，保證溫度不超過26℃不低于過2℃。然而，單獨通過井上下的風流交換實現(xiàn)大范圍的溫度調節(jié)是很難達到通風目的的，所以，一般的礦井重點就控制住瓦斯?jié)舛?，其他的井下有毒有害氣體的濃度也就控制在《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定濃度以下，當然也有例外，那么就轉向控制例外的那種氣體了。

按照《煤礦安全規(guī)程》的采掘工作面回風巷風流中瓦斯?jié)舛瘸^1.0%必須停止作業(yè)的規(guī)定計算采掘工作面所需風量：

Q采掘=100q采掘KCH4，（m3/min）。

式中：Q采掘——采掘工作面所需風量，m3/min;

q采掘——采掘工作面回風巷中瓦斯的平均絕對涌出量，m3/min;

KCH4——采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，一般取1.2～2。

這個公式是建立在整個的q采掘都是來源于采掘工作面和回風巷道中。按照《煤礦安全規(guī)程》的采掘工作面的進風流中，氧氣濃度不低于20%，瓦斯?jié)舛炔怀^0.5%的規(guī)定計算采掘工作面所需風量應該為：

Q采掘≥100（q采掘KCH4+0.5% ?Q采掘）

那么，Q采掘≥200q采掘KCH4

所以，按照控制控制住瓦斯?jié)舛鹊囊?，循環(huán)率必須不大于50%。

2、主要技術措施：

（1）主要通風機選型，必須按照非采取可控循環(huán)風的情況同時考慮采取可控循環(huán)風的情況的通風機的工作區(qū)域和工況點。

（2）安設循環(huán)系統(tǒng)轉變到非循環(huán)系統(tǒng)的設施和停止循環(huán)系統(tǒng)轉的設施。

（3）安設反風時的必須通風設施。

（4）定期檢查、鑒定瓦斯等的涌出情況和粉塵變化情況。

3、主要安全措施：

（1）建立專門責任制，明確分工.責任落實到人，專人管理循環(huán)風系統(tǒng)。建立CH4、CO、風量、壓力、粉塵、循環(huán)風系統(tǒng)參數(shù)記錄臺帳。

（2）每班二次記錄各參數(shù)值。出現(xiàn)停機事故應立即查明原因，進行處理，并記錄出現(xiàn)事故的時間、問題及處理方法。循環(huán)風機開始運轉30天內必須每隔兩小時記錄觀察運行情況，記錄各參數(shù)變化。并對各用風地點進行風量、瓦斯測定，觀察循環(huán)風系統(tǒng)風景分配、瓦斯煤塵情況。

（3）定期調校和更換傳感器，保證傳感器靈敏可靠。傳感器更換周期一般為8—12個月，或根據(jù)廠家要求定期更換。

（4）發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓力變小，說明循環(huán)風系統(tǒng)破壞，要及時檢查整個系統(tǒng)，采取措施處理。指定專人定期維護檢查安全監(jiān)控系統(tǒng)。在調度室內設置循環(huán)風系統(tǒng)圖，標明監(jiān)控設備的位置、數(shù)量及地點。在調度室安設循環(huán)風機通訊監(jiān)視，隨時掌握監(jiān)視循環(huán)風機的運、停狀態(tài)。

（5）當可控循環(huán)風機自動停機時，井下值班人員應立即向調度室匯報。調度人員從通訊監(jiān)視發(fā)現(xiàn)循環(huán)風機停止運轉時要立即組織有關人員進行處理，首先檢查是否恢復了原通風系統(tǒng)的狀態(tài)，并檢查循環(huán)風系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。在排除故障確保安全無誤后，要由礦主管領導下達指令才能復電開啟循環(huán)風機。

（6）若循環(huán)風機其中一臺出現(xiàn)故障停止運轉，應立即啟動備用風機，然后再排除故障。出現(xiàn)電器設備及其他事故，應立即向調度室匯報，恢復正常通風系統(tǒng)，及時派人處理。在循環(huán)區(qū)域內由于生產(chǎn)需要增減循環(huán)風量時，應做好預測工作，采取相應的安全技術措施后，方可實施。

（7）可控循環(huán)風供電必須實行“三專二閉鎖”。即循環(huán)風機的供電必須有專用變壓器，專用開關、專用電纜，沼氣和一氧化碳閉鎖。為防止采區(qū)回風系統(tǒng)內或皮帶機發(fā)生各種火災。在采區(qū)皮帶巷安設煙霧報警裝置。

（8）發(fā)生重大災害時如：火災、水災、瓦斯等事故時，應恢復正常通風系統(tǒng)，按災害預防與處理計劃的安全技術措施處理。

由于可控循環(huán)風是在推廣應用階段。因此，安全技術措施要在試驗過程中不斷健全完善、修改、補充。

（9）有條件的，利用現(xiàn)代智能技術，設計一套“無可控循環(huán)風系統(tǒng)”的通風系統(tǒng)與“有可控循環(huán)風系統(tǒng)”的通風系統(tǒng)，使兩套“系統(tǒng)”在地面就可以實現(xiàn)人工或者有條件地自動轉換。當然，主要通風機必須是“變頻”調速型的，以及與可控循環(huán)風系統(tǒng)相關的通風設備通風設施（如電動調節(jié)風窗）的電控設備都得是“智能”型的，能與地面的“智能”系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

參考文獻：

[1]《通風安全學》，張國樞，中國礦業(yè)大學出版社

[2]《礦井通風》，秦躍平，中國礦業(yè)大學出版社

[3]《礦井通風與安全——安全技術》，屈新安等，煤炭工業(yè)出版社

[4]《礦井通風與安全》劉富等，煤炭工業(yè)出版社