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煤矿通风系统运行效能的优化探析

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：赵帅

[导读] 摘要：随着我国社会主义市场经济的飞速发展，我国煤矿开采业逐渐趋向于成熟，矿井通风系统作为井下六大系统之一，可使井下人员和设备处于新鲜风流中，保证作业人员和设备的安全，排除井下积聚的瓦斯，可见其对煤矿的安全生产有着较大的影响。

        赵帅陕西南梁矿业有限公司陕西榆林 719400
        摘要：随着我国社会主义市场经济的飞速发展，我国煤矿开采业逐渐趋向于成熟，矿井通风系统作为井下六大系统之一，可使井下人员和设备处于新鲜风流中，保证作业人员和设备的安全，排除井下积聚的瓦斯，可见其对煤矿的安全生产有着较大的影响。在整个通风系统中，通风机是运行的动力，通风网络对风量的分配方式起决定性的作用，通风巷道则为空气流动提供了通道。上述三个部分均会影响到矿井通风系统的运行状况。由于通风巷道会随着时间而发生变形，故通风系统在建设初期处在最佳状态下。但伴随着巷道使用时间的推移，巷道也会产生相应的变形，使得通风网络相比初期会更加复杂些，同时也降低了风机的运行效率，这就会对整个系统的运行状态产生不好的影响。根据资料统计，在整个矿井所消耗的电能中，矿井通风系统的通风机消耗电能占比一半还多。如果加上巷道变形使系统运行工况变差的情况，将会白白耗费更多电能。因此，为了提高矿井通风系统的安全和经济性能，对矿井通风系统进行持续合理的优化是十分必要的。
        关键词：煤矿；通风系统；运行效能；优化探析
        引言
        矿井通风系统主要在煤矿中用来调节井下环境，该系统主要是作用在煤矿的开采阶段，其可称为煤矿作业中最重要的辅助系统，包括通风机、通风网络以及通风巷道。受煤矿开采环境的制约，矿井通风系统布置较为复杂，且不同时期的通风系统需要随着生产进度而不断改变和调节，传统通风系统则是靠人力监测巷道中的风阻、风压和风量等参数，监测数据不及时且误差较大，更没有统一性，由此带来一系列的通风问题，如风阻过大、风量过小、不能及时排出积聚瓦斯等，严重影响井下的安全生产。
        1通风系统概述
        通风系统概述主要涉及到以下方面具体内容：通风机按照不同的分类标准可分为多种类型。其中，根据气流方向可分为离心式通风机、轴流式通风机、斜流式通风机和横流式通风机。根据压力可将其分为低压离心通风机、中压离心通风机、高压离心通风机和低压轴流通风机、高压轴流通风机。根据转速大小可将其分为低比转速通风机、中比转速通风机和高比转速通风机。在实际生产中通风系统一般采用“一用一备”的使用原则。对于一台轴流式通风机而言包含有两级叶轮，两级叶轮的旋转方向相同。通风机智能控制的基础为能够准确获取通风机系统在工作面运行的实时参数，结合通风机的实时工作状态和矿井工作面实时所需通风量对通风系统的风量进行调整控制。
        2煤矿通风系统运行效能的优化措施
        2.1降低巷道通风阻力
        巷道的通风阻力和通风巷道的断面面积的三次方是成反比的，因此在其他条件不变的情况下，提高巷道断面面积能在很大程度上降低系统的通风阻力。所以，在通风系统中，应该尽可能增大通风巷道断面的面积。由数学关系可知，在同周长的情况下，圆形面积大于拱形面积大于矩形面积。对于新开掘巷道，尽可能采用圆形的巷道断面，但与之会增加施工难度。对于已经投入使用的巷道，不能堆积过多的杂物使通道被占用，要有效保证通风巷道的断面面积。另外要定期检修清理，保证巷道通道的干燥整洁完整性。
        2.2矿井通风系统信息化数据集成
        矿井通风系统信息化数据仓库的建设主要包括两种方式：由上向下和由下向上。由上向下是先建立矿井通风系统信息化的全局数据仓库，再根据矿井的具体生产情况，建立各部门的数据仓库；由下向上则反之，先建立各部门的数据仓库，再统一汇聚成全局的数据仓库。针对煤矿生产企业的特点，从成本及运营方面考虑，选取由下向上的方式较为合理。

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矿井通风系统信息化集成数据仓库包括5个分层分别为：数据采集层、数据储存与分析层、数据共享层和数据应用层，数据采集层导入不同的数据源；数据储存与分析层对采集的数据进行标准化的存储和处理，剔除无用或重复数据，保证数据所应具备的格式和一致性；数据共享层一般采用星型结构或雪花结构来实现不同主题的数据共享；数据应用层是数据的高度汇总层，可提供数据可视化前端页面，是实现友好人机交互的基础。
        2.3遵循控制准则
        在煤矿资源开采的过程中，风量的控制对于安全生产具有重要意义，控制风量变化需要遵循一定的准则。通风管理的变化和开采条件的改变都会影响风量变化，不同的用风地点、网络结构、巷道风阻均会发生变化。矿井通风系统具有多干扰、非线性等特点，不能进行精确计算。为此，本文在模糊控制、非线性控制基础上，设计合理的井下通风准则，以满足安全生产的需要。（1）根据《煤矿安全规程》，考虑矿井通风要求和煤矿井下资源开采方式，根据通风量的核定方法，对煤矿井下掘进工作面、回采工作面、其他巷道开展主动的分配。（2）对于不同的用风地点，对风量的需求也不同，需要对其供给相应的风量，该风量称为巷道有效风量。有效风量是一个安全的风量，如果在在矿井开采时，通风巷道或开采点的风量与有效风量相差较大，就会带来安全隐患。所以需要随时纠正有效风量，提高矿井工作的安全性。对有效风量的调节和控制需要沿有向通路顺序进行。
        2.4全矿风量控制
        全矿风量控制是一种智能的煤矿井下风量控制策略，能够灵活实现风量自动调节和控制。具体的实现过程：风机的转速通过变频器的调节开展控制，以满足井下安全生产的条件。当矿井需要较多的风量，通风机需要较大的转速，此时增加电动机供电频率提高风机转速，供应较多的风量。当矿井需要较少的风量，通风机需要较小的转速，即可满足矿井需要，此时减少电动机供电频率降低风机转速，供应较少的风量。变频器控制风量的优点是实现无极调速，节约矿井电能，减少资源浪费。
        2.5通风系统可靠性分析
        矿井通风系统的可靠性指井下的通风系统在运行过程中能够维持正常工作参数的能力，用来确保井下具有足够的新鲜风量。矿井的通风系统肩负井下安全生产的重要责任，其正常稳定的工作具有十分重要的意义，随着井下开采深度的增加，井下地形的复杂变化，各种不确定突发情况伴随产生，这些都会令井下通风系统的可靠性大打折扣，甚至可能造成整个通风系统瘫痪，从而危及人身设备安全，故必须保证井下通风系统的可靠。
        结语
        总而言之，作为煤矿生产作业中重要的辅助系统，矿井的通风系统运行的可靠性和安全性至关重要，他会直接影响着矿井生产的高产高效。从巷道使用初期到中后期，巷道会产生一定的变形，系统的通风网络也不会像初期那样简单，同时也降低了风机的运行效率，从而影响了整个矿井的通风状况。本文分析了巷道的矿井通风阻力变化的影响因素，进而科学合理地提出要降低整个矿井通风系统阻力的措施，包括减小巷道的通风阻力、改善通风网络的形式、变化矿井通风工况点等，这些均可达到优化矿井的通风系统的目的。
        参考文献：
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