曹忠宝
14031119800516**** 山西太原 030000
摘要：通风机的应用，能够有效降低煤矿井下开采作业中的爆炸事故发生概率，但其应用方法及运行方式优化，还有待探究。本文简单介绍了煤矿井下通风作业的意义，通过分析通风机在煤矿通风系统中的应用效果及应用原理，提出通风机在煤矿通风系统中的运行优化方案，希望能够有效保障我国煤矿生产作业安全。
关键词：通风机；煤矿通风系统；巷道；瓦斯
引言：煤矿井下开采瓦斯爆炸事故的原因，主要是井下通风不足引发的瓦斯浓度超标，其事故结果会为人们生命财产安全带来重大伤害。现阶段煤矿通风系统中的通风效果优化方式，多为增加通风机数量，这虽然能保障井下巷道的通风量，但大功率通风机连续作业所带来的能源消耗极高，这不符合我国能源开采节能减排的要求，使得煤矿开采作业“本末倒置”。
1煤矿井下通风作业意义
社会经济现代化发展背景下、各个行业的发展势头愈加高效，人们日常生活质量水平有了显著提升。其中，瓦斯是人们日常生活中经常使用的能源之一，随着瓦斯设备的城市化普及，瓦斯爆炸事故发生几率也呈现出明显提升趋势。究其原因，是因为煤矿井下开采环节的通风作业有效性较低，通风不及时，使得煤矿瓦斯浓度超出规定限额标准。因此，在煤矿井下作业时，要通过加大通风机的使用数量及应用质量，有效稀释瓦斯巷道中的有害物质，实现煤矿资源生产过程中的安全性，以及煤矿开采作业的稳定性。需要注意的是，在煤矿通风系统中，若使用过多通风机，其所消耗的能源也会相应增加，这与我国推进的节能减排目标之间存在一定差距，实际作业环节要把握好二者的对应关系[1]。
2通风机在煤矿通风系统中的作业原理
在煤矿井下施工过程中，会产生大量细小灰尘颗粒，以及有毒有害污染杂质，部分会自然沉降，部分会浮游在隧道空气中。若不采取有效的除尘通风措施，将会造成隧道内矿尘密度过量，为工作人员的健康及挖掘工程质量造成危害，且由此开采的煤矿资源瓦斯浓度不符合使用标准，在使用过程中极易引发爆炸事故。通风机在煤矿通风系统中的应用，能够进行煤矿施工环境优化处理，它是由瓦斯浓度传感器、模糊判断模块及PLC终端控制模块组成，通过传感器进行井下气体浓度测定，将其与系统中预先设定好的浓度计算公式，得出计算结果在进行对比分析。当计算结果超出标准值时，传感器会将指令信号传输到PLC控制终端，并改变通风机运行状态，完成煤矿通风处理。
当气流顺着通风机送入隧道中后，隧道内风速速度会超过0.2米每秒，虽然其气流流动也会造成井下紊流流态，但这种喷雾原理却同紊流除尘有着本质区别。根据射流破碎不稳定理论可知，通风机作业环节，其同气体的摩擦速度会出现干扰情况，甚至影响到通风机最初射流半径。高压外气体通风是从进风口到回风口之间的气流变化，其风体横截面的面积较大，无法形成整体匀速气流，造成气流经过进风口后会出现一定夹角，且曲率半径较小，无法在单一方向进行流动。由此可见，通风机在煤矿通风系统中的作业应用实质，并不是传统意义上的“紊流”，而是一种不均匀的、突变的。简单来说，通风机气体喷出过程中，井下会产生波动并迅速扩散，同原空间中的空气进行混合，并将同样体积的气流从回风口排出去。通过这种方式稀释井下空间中的污浊灰尘，在表面张力的作用下，直到煤矿隧道的空气质量回归平衡，传感器经过检测计算后确定其符合施工标准，再经过PLC控制终端调节通风机运行效率，进而保障煤矿井下开采作业施工环境及后续施工状态。
3通风机在煤矿通风系统中的运行优化方案研究
3.1选型设计
通风机合理配型对通风机在煤矿通风系统中的使用效率有着至关重要的作用，实验显示通风机余量与设备利用率呈现反比例关系，若通风机内部进行调节的剩余余量过低时，需要选择后备用机来调节整个通风机的用量。因此，在煤矿通风系统通风机选型配对环节，考虑调节余量配置，选择匹配型号的通风机能够降低机械能耗，多数系统在半年内就能完成资金投入回收。选型设计环节要考虑到机械数量、机械功率，尽量选择多种通风机机型配合使用的方法，实际比例可设置为大、中、小型通风机用量配比为5:3:2，降低运行消耗的同时发挥多种选型方案的优势[2]。
3.2变频控制
就上文中提到的通风机运行方式可知，其主要是在PLC控制终端模块的辅助下完成井下矿井巷道通风信息采集，以及通风机运行状态控制。根据作业现场的信号转换要求，将控制信号与井下报警装置进行连接，并在PLC控制终端通过控制系统完成参数修订、参数输入、参数值域设定等作业，当系统检测过超出预定范围，或是发生故障时，其会发出警报，并进行闭锁处理。现代技术水平的发展，使得在线监控系统逐渐融入煤矿井下通风作业中，其能够对通风机的运行状态进行监督，基础功能是通风机使用状态数据上传，并借助传感器完成数据收集。将所采集到的数据，经过显示器传输到远程监控中心并保存，方便监管人员实行远程控制，降低通风机故障发生概率。
3.3余热回收
通风机在井下煤矿工作应用环节，电动机与空气压缩机相连，在电动转动的动力驱动下，螺旋杆旋转促使空气发生挤压，同润滑油结合产生高温高压油气混合物，这部分混合物的能量较大，需要配备余热回收系统。将混合气体输送到气油分离机，在高温状态下完成压缩空气与油气的分离作业，经过润滑油管路及空气管路进入对应的板式换热器。在换热器外部设置冷水流动系统，完成高温油与高温空气的余热回收，冷却后的油气会被重新传回油气桶。在这个过程中，换热器中的冷水会转变为热水流回水箱，从而完成余热回收，实现热水供应，能够有效实现能源最大化应用，完成余热回收。
3.4节能优化
通风机在煤矿通风系统中的运行，能够有效保障煤矿开采稳定性，及瓦斯气体使用安全性，但自身消耗过大。在普通通风机全生命周期中，其消耗成本的80%以上都是电费耗用，因此其节能布局是通风机基础设计中的重要环节。节能设计时要减少弯头数量，尽量选择环形弯头，拒绝90度弯头投入使用，能够有效降低通风机内部压强，或选择损耗较低的阀门，减少通风机的运行状态能源损耗，从而达到节能设计的要求。常规工作情况下，通风机中的仪表风力要不小于0.3Mpa，而动力风要不小于0.6Mpa。若通风机基础设计环节没有进行风片分压，造成主管道直接与车间减压阀降压进行连接，将会凭白增加通风机能耗浪费。实际井下开采施工时，可以通过高低压管道错位布置，虽然会增加一部分初始资金投入，但相应的节能回报远超投资费用[3]。
结论：煤矿通风系统是煤矿井下作业中保障生产安全的必要条件，一旦通风系统出现使用故障造成机械通风，将会引发瓦斯爆炸等意外事故，对井下作业人员及经济带来不可估量的损失。探究通风机在煤矿通风系统中的运行优化方案，借助PLC控制终端系统，及时对通风机异常状态作出快速反应，已经成为煤矿通风安全系统中的重要项目。
参考文献：
[1]张豹.煤矿安全工程通风管理及通风事故的防范探析[J].当代化工研究,2021(07):165-166.
[2]王秉高.龙峰煤矿井下通风系统优化与安全管理探讨[J].能源与节能,2021(03):131-132.
[3]梁毅勇.矿井主通风机轴承故障机理分析及诊断方法研究[J].能源与环保,2021,43(02):105-108+113.