矿井通风系统优化与应用研究

【摘 要】 为确保矿井安全生产以及施工人员人身安全问题，必须向井下施工地点输送大量空气，排除有害气体杂质，调节井内的温度和湿度，以攀枝花金属非金属矿业集团通风系统优化工程为背景，采用矿井挖掘衔接技术分析矿井现有存在问题，应用棱角对流式系统对矿井通风量进行测试，选择最佳通风系统改造方案满足今后生产需求。

【关键词】 棱角对流式 衔接技术 通风系统

现如今我国处于工业发展中阶段，对矿产资源需求量进入一个高峰期，矿产资源的供需矛盾更加凸显，矿产资源已面临耗尽的局面，采场外部建设良好，赋予设备简单的采矿机床基本已安装完成，但以后采场面临海拔低、熔岩温度高，排水难度大等难题，通风系统、扇区安装程序将会更加困难和复杂。所以，在优化通风系统时，应遵循安全可靠，建筑安装费、通风器材费最低和便于操作运输的原则，增加通风量。做到设备布局规划简单，技术与经济统一管理的局面。

1 某矿井区通风环境概述

某矿井区通风为轴承插拔样式，通风系统分为扇区式通风系统和集压限流式通风系统，矿井的回风量为43000m3/h，有效瓦斯排出量为28349m3/h（其中抽出量2202m3/h，回流量26147m3/h）。目前采矿区有四个排气口：主排气口、副排气口、斜式排气口，立式排气口。五个回风纵井。其中某回风纵井实现全面分区通风，矿井工作环境采用悬浮离地一次性采用垂直自然高度划落式机械化采矿方法，采用X环绕四周型的通风方式；挖掘工作面采用多平行面连采、连挖工艺，平行面采用横向间距20m，纵向间距17m贯通一体全封闭压缩模式结构。

2 该矿山通风系统现状及问题分析

该矿山通风系统采用棱角对流式通风，扩大了原有的覆盖面积，扇区部分位于排风口下侧220米左右，加大风速排流量，但在开采过程中，施工难度的加大，开采作业也发生相应的变化，对矿井开采深度有了进一步的延伸，致使矿井需要的风量与阻力发生较大的转变，从现状分析以及测定的结果来看主要由以下几个问题存在。

（1）接地排选用的位置不合理。应采用挂壁式接地排，与汇接线对齐用扣式纽带捆绞，安放在距扇区位置东偏南45°角大约60米的位置，此矿井的安装位置阻碍风的对流速度，达不到主井位置区的范围，造成设备散热系统损耗、负载平衡加大以及灰尘等杂质不易排出排风管道。

（2）矿井散风量大。从评测结果分析来看，该矿井的低端底层有效通风率为21.32%，拐弯点处的散风现象十分严重，根据当地部门的调查结果来看，最主要因素：①井下散热系统的散热能力达不到符合实际生产需要，导致风流量减缓。②当前矿井区地下260米中段，主要处于矿石的运输位置路线，其他中段位置作业时，产出的砂石及废料都通过副井放置到主井排风区范围内，最后通过风流量加大对设备动力系统的调节排除井口表面，所以要每隔一定距离设置预留多个溜井，以便砂石杂质直接从溜井口位置排除，减少矿井散风量。③矿井作业同时进行，造成作业面集中力度小，且大部分老化的管道不能立即封闭，以至于风流量大幅度减少。④现在大部分矿山采用的是HR直接爆破采矿法，所以矿井路段中除了主干道外，大部分支路基本未设置风流量调控措施，导致相当部分管路内的风直接从其它排风管道内被排走，造成不必要浪费。

（3）通风系统设备硬件不够齐全、控制能力达不到标准和维护周期间隔过长，以致风流量发生紊乱、管路漏风程度大，风速断流现象严重，所以，风速在路过主副井的位置时大部分流向上井管口，其中在倾斜管路容易发生回风现象，在-280m主井井口流入的风流量沿斜角坡道和副井井口直行路段通风汇聚十分困难，风流杂乱。其中风流量发生短路，相互配合不合理的原因主要表现在矿井路段多，并且同时进行开采、挖运、回填，在深度段内供应风流量达不到要求标准，不能满足生产设备动力需要，在中上部管道段内风流量短路严重，实际所需风量减少，无法满足设计规划中的需求。

（4）实际风量效率低，管路中段风流量漏风明显，开采场地通风设施差，实际获得矿井有效的风量效率为31.83%，造成有效风效率低的主要原因是各个路由段内存在少许的溜井口和排气管道口，未设置一些必要的通风建筑标石，以及未做到对管井口维护管理的职责，与此同时，施工地点的扇区与配套设施的调节不到位也是对开采场地供应风量的不足、开采场地与外界通风条件不符合标准及实际有效通风率低的主要因素。

（5）风速达标率低，实际测量的仅为22.31%，和80%的标准要求相差甚远，其最主要因素已开采完的中段和未开采的场地没有及时的包封，大部分风流量从已经结束的中段上部进入到溜井口和回风口道内，降低了工作面的风流速度，井下挖掘工作采用的是高气压涡旋式通风，需要的供风量为2.12-3.68m3/s，风量远远不足。

（6）局部地带污风再生。每个管井口3-4米处留有溜井口与上下通道贯通的部位，中段位置污风情况严重，在施工时中段管道面的污风直接排到进风口中，致使进风口的空气受到污染，施工作业难度的加大，中段多路施工作业同时进行，而主要在实平路面，溜井距施工地点较远，少部分地区面坍塌，当出现这种情况时，应采用安装地表扇区做抽风检测试验，靠主扇区自行形成的压缩拱桥贯穿通风，风流所经过的路程长，中途贯穿的风流量大，致使污风纵连现象严重，降低风流量系统循环效率。

（7）回风中段阻风率大。由于-150m总回风中段积水深达0.2m，回风中段截面积减小，增大阻风效率，与此同时，在测量标准结果中发现在-250m中段3#回风井与总贯通通路之间以及总回风路段存有裂痕现象，回风中段堵塞严重，部分要道受风面积不到原有面积的五分之二，导致回风中段阻力加大，风流无法汇至指定地点。

3 该矿通风系统仿真及优化研究

3.1 矿井通风系统的按需调整

不管是现在新建的矿井还是原来已有的矿井通风系统的改良，每次都是按照风力的风量由外向里吹，同时对风量进行调节。在逐步形成寺河矿井通风系统的情况下，进行矿井通风系统仿真。最终经过反复不断地大量试验，使风流量与矿井地区的最大风阻力保持平衡，依次进行按需调节分配，在进行合理化的调节时首先要基于功率消耗量最小原则，按照各个节点间的驱动原理对风量进行分配，利用寺河矿井通风仿真系统操作平台对寺河矿区的所有矿井进行全方位的模拟试验，经过在最后的反复调试下，终于形成了比较完善的寺河矿井通风仿真系统。

3.2 矿井通风系统风流量的分配方案

寺河矿井仿真通风系统是一个用来模拟通风通风系统构成的多元器件，集成了思科、华为、大唐、中兴等多家通信企业仿真系统，在华为仿真系统组成中，数字中继器是二层交换机与数字中继线间的接口设备。并且不需要馈电、振铃、2/5线转换和编译码功能。当采用主从或互控设备同步时，设备接口必须能从接受信号中恢复时钟提取和同步信号即数字中继的主要功能是时钟的提取、码型变换、帧同步和复帧同步等。数字中继的功能框图如图所示。当采用数字中继设备时，若设备在生产中发生不规则变动时就会引起通风设备系统相应参数的变化。通风网络也算是通风系统仿真系统中的核心组成部分，利用强大仿真系统的解算能力能够有效地解决矿井的通风问题。

根据此次项目的调查结果和测定标准，对现有通风系统的缺陷，提出以下几项实施优化方案。

（1）各个中段扇区内安装辅助风墙，做好安全防护工作，有效提高该中段内辅助扇区循环系统的再生效率。（2）施工采用扇区局部通风，抽风式扇区应按设计要求和风筒相一致，把外层风流送到施工指定定点，利于污风排出通气管道，保持主控管道清洁干燥。（3）对施工作业进行布置规划，运用前进式布置方式，在空间结构上保持中段作业超过前段施工部署规划周期，减少污染范围。（4）推动对通风建物的管理能力，随时做好需风作业点的调整，使通风量满足实际需要的安排。

4 结语

通风系统是一个不断演进变化的过程，即便在好的设计也不能一次成型，适应网络变化需要的情形，及时不断对各个操作节点进行调整（例如风机插拔线接触良好情况，设备门框开启扇角的大小及安装位置的选择等）是对通风系统正常运行的一个保障。减少阻力和风漏，同时采场也要有一批技术先进、对工作负责和善于管理知识性人才团队，以便实现一个符合当今安全生产实际需要的通风系统。

参考文献：

[1]马恒，贾进章，于凤伟.复杂网络中风流的稳定性[J].辽宁工程技术大学学报，2001，20（1）：14-16.

[2]马恒，徐超，李宗祥等.矿井通风摩擦风阻的计算与研究[J].安全与环境学报，2011，11（5）：172：174.

[3]刘剑，贾进章，郑丹.流体网络理论[M]，北京：煤炭工业出版社，2002.9（2）：152-134.

[4]陈喜山，梁晓春，李杨.金属矿山矿井通风技术的新进展[J].金属矿山，2002，（9）：55-57.

[5]张立炎，业义华.金属矿山通风节能的技术途径[J].工业安全与防尘，2009，（9）：173-148.

[6]康治亚.有色金属矿山通风主扇装置运行效率现状分析及改进对策[J].世界有色金属，2002，（12）：40-43.