煤矿通风系统及风量优化研究

煤矿通风系统及风量优化研究

王飞

安徽省淮南市淮河能源集团煤业分公司潘三矿通风区 232096

摘要：我国是一个人口大国，对能源的需求量不断增加。通过对改造前煤矿通风系统存在问题的研究，对通风系统的优化改造及优化改造后的通风效果进行了分析，为煤矿实施通风系统改造提供了重要依据。

关键词：煤矿；通风网络；摩擦阻力；优化

引言

对于煤矿开采作业而言，通风工作是其过程中的重要环节。一般而言，目前通风的方式和途径主要分为两种，分别是自然通风与机械通风。其中，自然通风具体是指通过自然风力通风，机械通风具体是指通过机械能作为动力产生通风的效果。出于机械通风的各项优点，比如具有较强的稳定性和可靠性，比较容易调节和控制，因此，在目前的煤矿作业通风工作中，主要以机械通风的方式为主。在煤矿生产作业过程中，煤矿的通风系统是实现安全生产，提高作业安全系数的重要环节，煤矿通风系统的安全稳定性是煤矿井下防范安全事故发生的重要保障。并且，随着如今煤矿开采工作日益复杂性，在已投入生产的煤矿井作业过程中，对地下通风网络的建设要求更高。因此，作为煤矿企业应充分通过一系列的解决办法和优化措施提高矿井下的通风效率，比如对通风系统进行优化、对通风阻力进行有效降低，以此来提高通风系统工作的效率。本文以良好的通风系统能有效提高煤矿井下作业的生产效率为基础，对煤矿通风系统中的通风网络和通风构筑物进行了充分的探究，以期提高煤矿生产的安全保障和企业经济效益。

1概述

通风系统在煤矿井下安全生产中起着至关重要的作用，通风系统的稳定可靠是井下一切生产作业的前提。随着我国煤矿井下开采深度的不断增加和开采水平的延伸，煤矿通风线路也随之不断增长，导致井下通风阻力增大、通风系统更加复杂，进而造成原有的通风系统和通风设施不能满足矿井采掘工作面作业需求。因此，煤矿必须对井下通风系统和通风设施定期进行检查测定，针对通风系统存在的问题及时制定合理的措施进行优化改进，减小通风阻力，保证通风系统稳定可靠，保障煤矿通风能力满足采掘工作面安全生产需求，是井下通风工作的重要环节。

2通风系统的优化改造

通常而言，优化通风系统的目标包括两方面:一方面是通过优化通风网络来降低通风的困难和复杂程度，有效地增加煤矿作业过程中的通风量，进一步保障煤矿生产的安全；另一方面是进一步通过降低通风系统所受的阻力，进而减少通风的能耗，增加煤矿企业的经济效益。优化煤矿通风系统，可以有效提高矿井作业过程中各地点的用风需求，充分保障矿井安全，同时可以降低通风设备的损耗。因此，本节内容将针对如何优化通风网络以及如何降低通风阻力这两方面着重分析，以提供有效的优化策略。

2.1减小井下通风阻力

减小通风阻力，是提高煤矿通风效率，满足井下通风安全需求的有效方法。从采取减小巷道通风摩擦阻力系数的方法来降低矿井通风阻力进行分析研究。减小巷道通风阻力摩擦系数主要措施有缩短巷道距离、加大巷道通风断面等。煤矿井下在进行巷道断面及支护方式设计时，要充分考虑巷道摩擦阻力对巷道通风的影响，巷道施工时，要最大可能地保证巷道表面平滑，从而减少巷道通风阻力摩擦系数。同时，在设计巷道时，合理增加巷道宽度和高度，增大巷道断面，能有效提高矿井通风效率。有研究表明，在巷道其他支护参数不变的情况下，巷道断面加大33%，巷道通风阻力将减小一半，通风能耗降低50%。虽然加大巷道断面会增大初期建设投资，但从矿井长远发展来看，增大巷道断面，既能降低矿井通风阻力，提高矿井通风效能，保证矿井安全高效生产，同时也能减少矿井后期对巷道二次扩修维护成本，减少了矿井后期的成本投入。

2.2通风网络的优化

在特殊情况下，可能由于掘进巷道较长的原因，导致通风网络布局没有办法有效地向工作地点进行通风，因此，应优化通风网络以保障煤矿生产的安全需求。本文将采用钻孔方法，来达到掘进巷道向回风巷的回风功能，其作用原理如图1所示。首先，在掘进工作面打出一个钻孔（300~500mm），依靠钻孔接通掘进巷道和回风巷，在掘进的过程中可以借助钻孔进行有效通风，并降低工作面中的瓦斯浓度。

图1钻孔通风示意图

1钻孔2回风巷3掘进巷道4密闭5风筒

2.3对通风系统的巷道进行扩巷或补掘

在采区西部应用原采区的2条下山轨道巷并联，作为该采区主要的回风巷，另外，专门建设1条回风巷与2条轨道下山相连。采区东部专门建设1条回风巷一直与风井的吸风峒相通。如此，既能将回风巷一段回风、一段进风的通风系统问题解除，又能排除阻力过大的通风系统问题。采区专门设计新的回风通风立眼。由于该煤矿的采煤层是急倾斜型煤层，为了缩减施工，在采区巷道回风的石门位置钻回风专用立眼与采掘面的回风巷相通。将巷道通风系统断面狭小处加以拉底、挑顶、扩帮，达到不低于6m2的有效通风断面。同时进一步加强深部水平位置对变电所的通风优化设计，令其拥有独立的通风系统。需新开掘1345m巷道，扩建150m巷道，建设6个回风专有立眼，共计282m。

2.4煤矿通风系统变频智能化控制

根据控制风量输送功率的大小，进行大型复杂煤矿通风系统智能化控制承担处理增量值的计算。设承担处理增量值为ΔP，则其计算公式，如公式（2）所示：ΔP=PT0-PT.（2）式中：PT0为稳定风量目标的计划控制功率；PT为实际输出功率。根据上述功率增量计算公式，可进行控制偏差值的分析，实现煤矿通风系统变频智能化控制目标的确定。基于上述计算得出的承担处理增量值将采用建立通风系统变频智能化控制目标与线路联系的方式，实现大型复杂煤矿通风系统智能化控制方法的设计。首先，在通风系统传递的控制数据中查找是否存在异常数据，再通过计算通风系统智能化控制承担处理增量值进行综合性评估。其次，建立路径与目标数据的映射关系，智能化可实时校正通风系统中出现数据偏差的现象。最后，通过控制风量输送功率的大小，可提升大型复杂煤矿通风系统变频智能化控制的稳定性。

2.4建立通风系统智能化控制机制

为了实现通风系统智能化控制，本文以消息中间件为通风系统信息传递方式，建立通风系统智能化控制机制。其具体结构如图2所示。根据图2可知，本文采用三层分布式架构的方式，对整体通风系统机制进行综合调控。采用上述建立控制机制的方式，可在得到通风系统的运行数据的基础上，为其协调控制方面提供技术帮助。

图2通风系统智能化控制机制结构

结语

通过升级改造解决了旧的通风系统存在的各种问题，使通风系统功能得到有效改善。对通风系统起到了良好的优化作用，通风效率有了明显提高。系统可靠性及安全性得到有效提高，设计效果得到有效保证。通过对煤矿通风系统情况的充分了解，建立和完善了通风系统信息数据采集系统，为以后的日常通风管理打下基础，为防范瓦斯风险提供了基本保障，有效改善了井下采矿作业条件，提高了企业的社会经济效益。

参考文献

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