(山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿 山东莱州 261400)
摘要：井下作业面通风系统是矿井通风系统的重要构成要素，其运行的安全、稳定对矿井生产安全和综合效益有着直接影响。以此为着手点，对井下作业面通风系统优化开展研究。结合具体工程实际，在分析矿井原有通风系统不足的基础上，对原有通风系统进行了改良优化，希望能够为其他矿井相似工程的开展提供借鉴与参考
关键词：矿井；通风系统;优化
引言:矿山通风系统作为矿井生产作业得以顺利开展的重要构成要素，其主要功能是为井下生产作业提供新鲜风流，并有效处置矿井瓦斯集聚、高温热害等问题。但是，随着矿山井下生产作业的不断延伸，矿井通风系统越来越复杂多样，风流分配不当、风阻增大、污风循环等问题不断出现。有鉴于此，采取有效的技术手段实现对通风系统运行状态的有效监测意义重大。一般来说，矿井通风控制系统多由PLC控制技术和变频装置构成，并由其对相关通风数据开展远程监控。不过，随着井下通风系统复杂程度的不断增加，传统的PLC控制系统已无法适应矿井生产发展需求，因此，探索基于CAN总线技术的通风监控系统，对于推动矿井更好发展意义重大。
1矿井通风概述
A矿井下通风原设计采用U型通风方式，但这种通风方式在A矿的生产实际使用中存在诸多不足，例如上隅角涡流无法彻底消失、回采面作业环境差、采空区漏风量大、双煤巷布设方式不便于瓦斯抽采等。针对这些存在的问题，设计选用W型通风方式对原有通风系统进行优化改良。W型通风为一进两回或两进一回通风系统，具有通风阻力小、漏风量少、可有效抑制瓦斯涌出等优点。图1即为优化前后两种通风方式示意图。
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2两种通风方式理论分析
一般而言，矿山综采作业面后方采空区内赋存瓦斯的状态可以划分为三带，分别为漏风影响带、瓦斯滞留带和压实积聚带。其中，漏风影响带受作业面开切眼漏风影响最为突出，往往会有超过总量5%左右的漏风影响带积聚瓦斯随风流进入作业面，而其他两带的瓦斯则通常能够有效滞留在采空区内。图2为两种通风方式下的采空区漏风示意图，图3为两种通风方式下的通风网络示意图。分析图2和图3可知，在保持综采面配风量和倾向长度不变的情况下，设U型作业面通风摩擦阻力为hf，
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设W型作业面通风摩擦阻力为hf＇，同时使两种情况下的回采面开切眼长度、面积相同，设巷道风阻和作业面风阻分别为r1和r2，则两种通风方式下的回采面通风摩擦阻力计算式分别如下分析式(1)～(2)可知，W型通风作业面进回风端部风阻压差与U型通风作业面进回风端部风阻压差的比值为5∶8。也就是说，在完全相同的风量配置下，W型通风作业面进回风端部风阻压差仅为U型作业面进回风端部压差的63.5%左右，具有更高的通风效率。
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2.1优点分析
在矿井通风系统普遍采用PLC技术之前，多使用继电控制装置对井下通风设备进行管理，这种方式是通过串联或并联的方法将各个通风设备相互连接起来，进而实现调控。但其在使用中存在诸多不足之处，最为明显的有2点：a)通过继电控制装置进行通风控制的矿井，必须通过数量众多的连线实现对井下各通风设备的连接，不仅线路复杂且触点繁多，使得线路运行的稳定性相对较低；b)继电控制系统一旦完成构建，往往难以通过调试改变，不利于后期通风系统的优化改良。而将PLC控制系统应用在井下通风设备中，可以有效改善继电控制的不足之处。常用的通风PLC控制系统包含数据采集/AD转换（模数转换）模块、数据分析与处理模块和调控执行模块三部分，其结构如图1所示。在作业时，PLC控制系统的运行原理如下：a)先通过布设于井下各处的传感装置采集井下巷道的风量、风压、瓦斯浓度和温度等参数指标，随后经EM235模块编辑、模数转换和数据存储后，将相关数据信息传输至下位机进行分析处理；b)将数据信号借助RS485接口传输至上位机配设的FameView软件（杰控组态软件）进行分析处理，进而根据分析结果发出相应指令，对井巷状态开展动态响应，相关数据下传至下位机进行处理；c)依照动态响应结果操控相应执行模块发出的操控指令，进而对井下风机、通风构筑物等进行远程操控，对井下通风进行调整。
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2.2缺点分析
基于PLC控制系统的矿山井下监测系统能够实现对风机运行闭合状态一键控制、通风风量实时调节、通风装置联络闭锁控制等[5]，而且整个通风控制系统结构简洁、操控便利，对于通风系统的高效、持续运行有极大的推动作用。但是，随着矿井生产规模的持续扩大，井下巷道持续延伸，井下通风管网的复杂程度不断提高，井下生产中通风系统远程控制分析失准、通风响应缓慢、生产联动快速性不佳、风流调整不当等问题逐渐显现，PLC控制系统已经无法满足井下现代化生产需求。其具体表现在3个方面：a)监测获得数据不充足。受限于PLC监控系统自身拓展性的影响，随着矿井生产规模的不断扩大，监测系统无法再对整个矿井井下生产系统进行全方位监测，监测所得数据不充足，使得系统分析结果失真，与实际情况存在偏差。b)随着矿井通风线路的不断延长，井下数据采集、传输、分析、处置和指令调控所需的反应时间大幅增加，导致通风系统调控作业效率低下，作业联动性较差。c)基于上述两大要素，井下通风系统在运行中往往无法第一时间对异常状况作出应对处理，使得系统运行的安全性和可靠性大打折扣，导致通风系统快速调节等功能无法发挥。
3不同通风方式数值模拟分析
结合A矿井下实际条件，采用数值模拟手段对U型通风和W型通风两种作业方式下的瓦斯运移规律进行分析研究。设置模拟条件为：采空区走向长100m，综采面倾向长300m，进风巷道与回风巷道均长10m、宽3.8m，作业面开切眼宽度8m。整个采空区内遗煤主要集中于冒落带，因此将其设定为采空区瓦斯主要来源。模拟研究基于笛卡尔坐标系，借助Gambit模拟工具构建整个模型，并使用Fluent软件进行模拟解算，将所得结果导入Tecplot软件进行后期处理。图4即为数值模拟结果云示意图。a)U型通风方式b)W型通风方式图4数值模拟结果云示意图分析图4可知，采用U型通风方式时作业面上隅角存在较为明显的瓦斯汇集现象，回风侧瓦斯梯度大，同时采空区向内60m范围内瓦斯积聚明显，瓦斯体积分数最大可达12%左右[5]。采用W型通风方式时作业面中隅角存在较为明显的瓦斯汇集现象，中部回风巷瓦斯体积分数较大，采空区向内40m范围内瓦斯积聚明显，瓦斯体积分数最大可达14%左右。基于上述分析可知，W型通风作业面不存在上隅角瓦斯治理问题，同时相较于U型通风作业，其采空区漏风范围要小20m左右，加之高浓度瓦斯多积聚于采空区中部位置，因此W型通风方式瓦斯治理效果要明显优于U型通风方式。
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结语:井下通风作为矿井生产安全的重要要素，确保其运行有效性对矿井综合效益的提升意义重大。因此，矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产中积极组织专业技术人员，定期对矿井通风系统进行升级改造，将新型技术应用其中，确保通风系统的运行始终有效，为安全生产提供保障。
参考文献：
［1］王志.多通道复杂矿山分区通风系统优化研究［J］.采矿技术，2019，18(5)：67-69.
［2］聂兴信，魏小宾.金渠金矿通风系统改造方案的优选与实践［J］.矿业研究与开发，2019，37(8)：85-89.