浅析矿井通风能耗

田俊刚

(大同煤矿集团轩岗煤电公司焦家寨煤矿，山西 原平 034114)

煤矿井下作业环境恶劣，对井下工人安全作业构成威协。井下作业的通风环境既关系到人体正常呼吸需求，也是避免瓦斯爆炸等事故的关键。根据我国煤炭安全生产要求，矿井通风必须具备三要素。

1)煤矿井下通风风机性能必须稳定可靠。风机在长期大负荷运转状态下，必须保证稳定的抽风通风性能，不能出现因风机自身温度升高而发生线圈烧坏、短路等事故。当风机作业中出现故障时，必须能及时进行故障报警，并利用可靠的备用设备保障风机作业的延续性。

2)煤矿井下通风分系统必须简单可靠。通常要求风机数量少、通风效果好，防止通过大量电线构建复杂通风系统，以减少井下因漏电发生瓦斯爆炸事件的概率。通风系统防止大量串联使用，以避免某个风机发生故障后产生系统性通风瘫痪。通风系统的可靠性要与系统的简单性相平衡，不能为了简化通风系统而取消必要的备用通风设施或其他预警手段。

3)通风系统的结构设计要合理。煤矿井下深度大、距离远，对风量需求大，通风系统的巷道设计过于复杂既会增加建筑成本，还会导致井下空气流通阻力大，甚至造成空气不均匀而产生气压差。随着我国煤炭工业安全生产标准的提高，我国对煤炭安全生产制定了完善的管理措施，而井下通风系统在满足生产要求的前提下，必须通过科学的设计，优化通风系统的能耗，使煤炭能源生产过程中能耗最优化，实现煤炭工业生产节能降耗，通过技术手段降低煤炭生产过程中的能源成本。

1 矿井通风系统概述

矿井通风系统是煤矿井下作业不可缺少的部分，良好的通风系统可保障井下作业不受空气稀缺影响，并能有效防止安全事故的发生。矿井通风系统主要由通风网络系统、通风动力系统和风流控制系统构成。通风网络系统是基于煤矿井下巷道系统的，是风流的渠道，既与煤矿井下作业的工况环境相匹配，又与空气动力学原理相吻合，保障新鲜空气不断进入井下，而矿井产生的废气则不断排向外部。通风动力系统是通风系统的核心部分。也是通风系统的重要硬件组成部分，动力系统是通风系统的核心，良好的动力系统能够保证矿井通风量充足、通风工作稳定可靠。通风动力系统主要硬件为通风电机，煤矿通风电机根据作业环境、作业额定功率等因素具有多种系列化产品，并区别于普通地面作业的通风电机，通风电机按照工作用途可以分为抽风机和排风机，抽风机主要在巷道入口进行吸风，为巷道提供充足的新鲜空气，排风机主要在巷道出口进行排风，将煤矿井下污浊空气排到井外。通风系统的风流控制系统是整个系统的神经系统，主要包括引流装备、预警装备等。井下作业的特殊性要求风流控制系统必须准确、安全、稳定，随着计算机技术和传感器技术的发展，井下作业的风流控制系统逐渐实现了计算机自动监控，大大提高了风流控制的自动化程度。

2 矿井通风系统风机能耗分析

矿井通风系统中的主要能耗是风机能耗，占到总能耗的80%～90%。矿山风机主要包括风扇叶片、风扇轮毂、电动机等3部分。

风扇叶片是主要耗能部件，通过风扇叶片的选择产生气压差，促进空气流通。风扇叶片的形状决定了空气流动方向，从而产生大气流、低气压或者小气流、大气压。通风机选购过程中如果只注意额定功率而忽视了风扇叶片结构，可能会导致在通风量大的地方产生小的空气供给，从而影响实际的通风效果，而在风速要求高的环境下由于选用了通风量大的风机，而不得不通过提高风机功率来达到风速要求，从而产生了额外的功耗。此外，风扇叶片的材料也对风机能耗具有重要影响，传统材料的叶片密度大、质量重、转动惯性大，消耗的额外能量大，而新型的风扇叶片采用树脂、合成金属材料等，既增加了叶片的强度，又降低了风扇叶片额外功耗，此外，风扇叶片的材料还对煤矿井下潮湿环境下的腐蚀等产生影响，一旦叶片选型不对，可能产生潜在腐蚀安全隐患。

风扇轮毂是风扇叶片的固定座，轮毂只起固定作用，而对通风效果影响小。所以，选择重量重的风扇轮毂将会产生大量额外功耗。

矿井风机的电机是风扇转动的动力来源，电机线圈质量可靠将会降低工作过程中的热量损耗，减少电机故障率，同时能够提高电机作业稳定性。以70B2型风机为例，该风机轮毅比较大，气动性差，与通风网络不匹配，因此效率低，通风能耗大。该风机为国家明令禁止的淘汰产品，而2K60型风机的气动性能更好，风量较大、风压较低、风机效率高、噪声低，消除了驼峰，且结构简单，安装方便。

3 矿井通风系统井巷能耗分析

矿井通风系统的能耗状况取决于井巷系统的特性，一般用井巷系统的风阻曲线来描述，对于特定井巷的风阻值可认为是定值，其能耗特性可用下式表示:

式中:

NR—每立方米空气在井巷系统中流动所消耗的能量;

R—井巷风力阻力系数;

Q—通风系统中的风量。

从式(1)中可以看出，通风系统中空气在巷道中所消耗的能量主要与巷道的风力阻力系数、向导通风量有关。巷道通风系统的能耗曲线是抛物线形状，随着通风量的增加巷道能耗增加，其中，风力阻力系数可以通过优化巷道设计进行降低，通风量则与作业空间的大小相关，加强对巷道通风能耗的优化，具有实际可行性。

在井巷通风系统中，系统总能耗符合能耗叠加原理，对于正在运行的实际井巷通风系统，为了使风量按需分配，需要对网络某些分支进行调节控制，故各个风流路线上的总能耗是相等的，那么在合理的井巷通风系统中至少有一条没有进行增阻调节的路线，该路线的能耗分布就反映了复杂井巷系统的能耗分布，也称其为井巷通风系统的关键路线，它在井巷通风系统中的位置并非固定的，它随生产布局、需风量、井巷通风系统结构等参数的变化而变化。因此，井巷通风系统节能是一个动态过程。为此，在通风系统安全可靠性的基础上，要达到节能的目的，可通过优化通风布局、优化矿井通风网络、优化巷道设计等措施进行。

4 结论

本文通过对矿井通风系统能耗地分析，总结了矿井通风系统的主要构成，即矿井通风系统主要由通风网络系统、通风动力系统和风流控制系统构成。通风网络系统是基于煤矿井下巷道系统。通风网络系统是风流的渠道。矿井通风系统中的主要能耗是风机能耗，风机能耗占到总能耗的80% ～90%。在井巷通风系统中，系统总能耗符合能耗叠加原理，在通风系统安全可靠性的基础上，要达到节能的目的可通过优化通风布局、优化矿井通风网络、优化巷道设计等措施进行。

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