张波
国家能源集团神东煤炭集团大柳塔矿活鸡兔井通风二队陕西省榆林市719000
摘要：矿井的供风是保证矿井工作人员正常劳动和安全生产的基本条件。最佳通风量能保证矿井安全生产，减少不必要的资源浪费，以提高煤矿经济效益。基于此，本文分析了矿井采煤工作面通风优化及可靠性。
关键词：矿井；采煤工作面；通风；可靠性
矿井通风是保障矿井安全生产的主要技术手段，建立完善的矿井通风系统是矿井安全生产的基本保证，不仅关系着矿井建设速度、投产时间、基建投资，而且对矿井投入生产后的生产面貌和经济效益也有着长远的影响。因此，最佳通风量既要保证矿井安全生产，又要减少不必要的资源浪费，从而提高煤矿经济效益。
一、采煤工作面通风方式
采煤工作面是指煤炭的第一生产现场，具有作业空间狭小、机械设备多、视觉环境差、温度高的特点。其常用的通风方式有反向、同向、对拉工作面通风等。①反向通风。其工作面进风巷与回风巷风流方向相反，平行流动。优点是采空区漏风量小；②同向通风方式。其工作面进风巷与回风巷中的风流方向相同平行流动。工作面的回风由采空区回风巷排出的，优点是利用采空区漏风，将瓦斯带到工作面回风巷的风流中，避免采空区瓦斯涌到工作面或在工作面上隅角积存；③对拉工作面通风方式。它是由三条巷道构成的工作面通风系统，可分为两进一回或一进两回的通风方式，其具有通风量大、阻力小和采空区漏风少等优点。
二、采煤工作面最佳通风量模型
矿井需要总进风量包括各采煤工作面、掘进工作面、硐室、备用工作面及其它巷道等用风地点的需要风量。而其中采煤工作面作为煤炭生产中的重要环节，研究其最佳通风量具有重要意义。以某矿3101工作面为例，采煤工作面通风量与多种因素有关，在满足各个约束条件情况下，目标函数是使通风量最小，以得到最好的经济效益。即minQ(Q-采煤工作面需要风量，m3/min)。采煤工作面在计算最佳通风量时应考虑瓦斯、工作面气温、风速和人数等因素的影响。
1、约束条件1-气象条件。
Q>Q基本×K采高×K采面长×K温(m3/min)
式中：Q基本-不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3/min，Q基本=60×V采1×S采max×70％，V采1为采煤工作面适宜风速，取V采1≥1m；S采max为采煤工作面最大控顶距时净断面积，m2；S采max=采煤工作面最大控顶距×工作面实际采高-输送机、支架(支柱)、梁子等所占面积(m2)。
K采高-采煤工作面采高调整系数，若采高<2.0m，K采高调整系数则为1.0m；若采高2.0～2.5m，K采高调整系数则为1.1m；若采高≥2.5m，K采高调整系数则为1.5m。
K采面长-采煤工作面倾斜长度调整系数，若采煤工作面倾斜长度<150m，K长调整系数则为1.0m；若采煤工作面倾斜长度150～200m，K长调整系数则为1.0～1.3m；若采煤工作面倾斜长度>200m，K长调整系数则为1.3～1.5m。
K温-采煤工作面温度与对应风速调整系数，若采煤工作面空气温度为<18℃，则采煤工作面风速0.3～0.8m，配风调整系数K温0.90；若采煤工作面空气温度为18～20℃，则采煤工作面风速0.8～1.0m，配风调整系数K温1.00；若采煤工作面空气温度为20～23℃，则采煤工作面风速1.0～1.5m，配风调整系数K温1.00～1.10；若采煤工作面空气温度为23～26℃，则采煤工作面风速1.5～1.8m，配风调整系数K温1.10～1.25；若采煤工作面空气温度为26～28℃，则采煤工作面风速1.8～2.5m，配风调整系数K温1.25～1.4；若采煤工作面空气温度为28～30℃，则采煤工作面风速2.5～3.0m，配风调整系数K温1.4～1.6。
2、约束条件2-瓦斯绝对涌出量。根据《煤矿安全规程》规定，按采煤工作面回风流中瓦斯浓度不超过l％的要求计算：
Q>100×q采CH4×K采CH4(m3/min)
式中：q采CH4-采煤工作面回风巷风流中日平均瓦斯绝对涌出量，m3/min；K采CH4-采煤工作面瓦斯涌出不均衡系数；100-采煤工作面回风流中瓦斯浓度不超过1％所换算的常数。
3、约束条件3-采煤工作面温度。
Q>60×V采3×S采平均(m3/min)
式中：V采3V采3采煤工作面风速，m/s；S采平均-采煤工作面最大和最小控顶距净断面积平均值，m2。
4、约束条件4-采煤工作面同时作业人数和炸药量.根据《煤矿安全规程》规定，每人供风量≮4m3/min：
Q>4N(m3/min)
每千克炸药供风量≮25m3/min：
Q>25A药(m3/min)
式中：N-工作面最多人数：A药-一次爆破炸药最大用量，kg。
5、约束条件5-采煤工作面风速。根据《煤矿安全规程》规定，回采工作面最低风速为0.25m/s，最高风速为4m/s。
15S采平均<Q<240S采平均(m3/min)
式中：S采平均-采煤工作面最大和最小控顶净断面积平均值，m2。
6、约束条件6-采煤工作面风量供需比。即采煤工作面实际进风量Q与采煤工作面所需风量Q需的比值：=Q/Q需
一般认为，该比值应在l～1.2范围内较合理，即1≤≤1.2。已知3101工作面需风量是1200m3/min，因此得到
1≤=Q/1200≤1.2
根据该矿3101工作面的实际数据代入以上各约束条件并利用Lingo数学优化软件进行最优解求解，对应的Lingo软件输入方程得到最佳通风量Q在[1224.7，1276.8]m3/min内。
三、采煤工作面通风量可靠度
可靠度可用来衡量通风系统保持其通风参数的性能。通风量的可靠度定义为：在某一稳定状态S(t)下，风量Q在任一时刻t保持在一个合理区间范围Q1≤Q≤Q2概率，用R(t)来表示。求出的最佳通风量区间即可作为合理区间。
以3101工作面为对象，按每20min采集一次数据，得到风路风量分布数据如表1所示，并对表1中的数据进行整理分析如表2、图1所示。
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由计算结果可知，310l工作面有约76％的时间内实际风量属于最佳通风量区间，而约24％的时间内实际风量未达到最佳，此工作面通风量可靠度良好。
四、结论
本文通过分析影响矿井采煤工作面通风量的各个因素，建立了最佳通风量模型，并利用Lingo数学优化软件对规划模型进行求解，以某矿310l工作面为例计算得到其最佳通风量区间。在此基础上，进一步对该工作面实测通风数据进行统计分析，采用正态性检验方法检验总体分布符合正态分布，并对正态总体参数进行最大似然估计及假设检验，最后求出该工作面的通风可靠度。此采煤工作面通风优化及可靠度研究方法可进一步推广到煤矿的其它采区。
参考文献：
[1]刘优英.矿井通风可靠性分析[J].山西矿业学院学报，2015(01).
[2]杨胜远.矿井采煤工作面通风优化及可靠性研究[J].科技视界，2015(03).