矿井通风系统设置与安全性计算模式研究

李广峰

【摘  要】通常，影响煤矿通风安全的因素可分为三方面，即环境因素、设备因素和人为因素。其中针对人为因素，包括员工安全管理意识薄弱、企业安全管理措施落后在内的诸多问题均有可能造成严重的矿井通风安全事故。对此，论文通过分析常见的矿井通风系统管理问题，从通风系统设置与安全性计算模式构建两方面进行了研究。

【Abstract】Generally， the factors affecting coal mine ventilation safety can be divided into three aspects： environmental factors， equipment factors and human factors. Among them， in view of human factors， including employees' weak awareness of safety management and backward enterprise safety management measures， many problems may cause serious mine ventilation safety accidents. In this regard， through the analysis of common management problems of mine ventilation system， this paper studies from two aspects： the setting of ventilation system and the construction of its safety calculation mode.

【关键词】矿井通风系统;系统设置原则;安全性计算模式;安全管理措施

【Keywords】mine ventilation system; system setting principle; safety calculation mode; safety management measures

【中图分类号】TD724                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）09-0190-02

1 引言

我國大多数煤矿生产企业的矿井通风系统仍不够完善，加上相关安全管理措施的不足，导致实际的矿井通风安全难以得到保障。对此，需围绕矿井通风系统构建一套行之有效的安全性计算指标体系，并以此在结合通风领域专业知识的基础上探究现行矿井通风系统存在的安全漏洞。

2 矿井通风系统的设置原则

针对矿井通风系统，其设计、安装、调试均需要建立在详细勘测煤矿实际地质条件和生产情况之上，同时，考虑到煤矿生产过程一般可分为建井期、投产期、生产旺盛期和收缩期这四个阶段，因此，应基于不同时期井下作业的用风量来就通风系统进行设计，进而满足经济性和实用性的通风系统设置原则。首先，基于煤矿投产初期及后期，该阶段的煤矿产量和瓦斯涌出量均相对较少，并不需要依赖较多的通风量以实现对于有毒气体瓦斯的稀释，因此，通常采用小功率的通风机即可;其次，当煤矿生产进入生产旺盛期后，由于煤矿产量大大增加，导致瓦斯产出量也会随之增多，同时，加上煤矿生产逐渐呈现出规模化和网络化发展趋势，使得生产系统愈发复杂，因此，煤矿投产初期及后期的小型通风机已经不再适用，而是应采用改造后的通风机进行作业，进而满足现场的通风需求;最后，需注意的是，不同的地质条件往往也会直接带来矿井通风需求的变化，例如，围绕高瓦斯区、突水区和断层区，为保障开采作业的安全进行，需就通风系统进行合理改造，进而一方面确保地震、塌方、瓦斯爆炸等事故发生时通风系统的及时反应，另一方面避免因通风系统所致的二次事故，最终从根本上保障现场作业人员的人身安全。

在此基础上，以永煤集团顺和煤矿为例，该矿区地质条件中等，瓦斯涌出量相对较大，所以可采用机械抽出式通风，但目前的问题在于未能实现分区通风，因此，仍需遵循整体性原则和适应性原则适当进行优化。

3 矿井通风系统的参数计算

3.1 矿井通风阻力计算

围绕矿井通风阻力计算过程，一般需就矿井达到设计产量后通风容易及通风困难两个时期的最大通风阻力进行计算，且计算时应根据通风线路不同井巷的实际通风阻力来计算总和。同时，考虑到煤矿生产过程中时常存有漏风现象，因此，应确保通风机主扇的风量始终大于总回风井的通风量，进而保障通风阻力计算的准确性。

3.2 矿井通风总阻力计算

一般来说，可将矿井通风阻力分为摩擦阻力和局部阻力两个部分，其中，前者指的是风流与井巷围岩壁摩擦以及空气内部扰动所致的阻力，后者指的是风流经过井巷某些特定区域所致的阻力。而在实际观测中不难发现，相较于局部阻力，摩擦阻力往往是造成矿井通风阻力的主要原因，一般可占到总阻力值的90%左右。因此，应着重从扇风机选择等方面就摩擦阻力进行控制，进而以达到降低矿井通风阻力的目的。

4 矿井通风系统的安全性计算模式分析

4.1 通风机运转安全性

通风机的运转质量往往直接关系到通风系统的正常运行，因此，对通风机运转安全性进行计算控制是保障矿井通风系统运行稳定性的关键所在。同时，通常来说，通风机的运转效率一般在60%以上，而当主要通风机均达到60%运转效率后，通风机的最高风压约为通风机工作风压的2倍，因此，应根据通风机的具体性能按照式（1）就其运转安全性进行计算。

f1=0               Kli≥0.9或Kli≤0.2    0.2≤Kli<0.51               0.5≤Kli<0.9               （1）

其中，Kli为通风机工作风压与通风机最高风压的比值。

4.2 用风点风量

根据国家《煤矿安全规程》规定，应基于煤矿开采作业现场环境的温度、风速和有害气体含量来就用风点风量进行控制，即遵循式（2）计算用风点风量是否满足通风系统设计要求。

f2=          （2）

其中，f2为用风点风量是否满足设计要求的判定系数，n1为井下风量满足设计要求用风地点的数量，N1为井下所有用风地点的数量。

4.3 通风系统合理性

针对矿井通风系统用风点风流，应确保其满足井下安全生产的基本需要，即应兼具一定的稳定性和持续性，在此基础上，构建数学模型如式（3）所示。

f3=0不合理1合理     （3）

其中，f3为通风系统合理性的判断系数，该系数一般与通风系统的设计结构有关，例如，围绕永煤集团顺和煤矿，其采用分区通风方式构建通风系统，各用风地点间不存在角联分支，因此，可基本排除串联通风对于通风系统供风稳定性的影响。此外，为进一步避免风流紊乱问题发生，可借助控制风井阻力的方式进行调节，最终也可获取较好的系统改造效果。

4.4 煤矿风量供需比

所谓煤矿风量供需比，其指的是煤矿风量供给量与煤矿风量需求量之间的比值，一般应控制在1.0～1.2，而当风量供需比小于1时，说明通风系统无法满足井下作业的基本通风需求，需进一步加强通风以保证井下作业人员的生命安全。在此基础上，煤矿风量供需比计算公式如式（4）所示。

f4=0               k2<1或k2<1.55-    1.2≤k2<1.51               1≤k2<1.2           （4）

其中，k2为矿井实际风量与所需风量的比值。

4.5 通风设备可靠性

基于不同的煤矿开采作业现场情况，其对于通风设备可靠性的要求也会有所不同，因此，应围绕矿井采掘设计、瓦斯以及生产水平等相关因素就通风设备的可靠性进行计算，最终形成计算公式，即式（5）。

f5=0不合理1合理     （5）

其中，f5为通风设备的可靠性判定系数，即当f5为1时，表示煤矿的通风设备满足预定的作业要求。

5 矿井通风系统的安全管理措施

5.1 构建完善监测系统

应基于现代传感器技术进一步就矿井通风安全監测系统进行构建，在有针对性就井下风速、气体浓度及瓦斯含量进行检测的基础上，及时发现矿井内潜在的安全事故隐患，并在第一时间发出预警的同时，减少各种安全事故对于作业人员及煤矿生产企业的利益影响。其中，围绕整个监测系统，井下子站是非常重要的一环，其不仅能够承担传递安全监测数据的重要作用，同时，也能在通风系统故障发生时及时连接故障电路，进而确保故障最快速度得到解决。

5.2 选用先进通风设备

在矿井通风系统中，通风设备的运转稳定性往往直接关系到整个系统的通风性能，因此，除了应构建完善设备检修机制以及时发现通风设备潜在的安全隐患外，还应根据上述安全性计算模型就通风设备的应用可行性进行精准判定，在围绕现有通风设备形成定量、定性安全评价标准体系的基础上，配备更加适合矿井作业现场环境的通风设备。

5.3 加强人员安全培训

因人为因素所致的安全事故并不少见，因此，应进一步就开采人员的安全意识进行强化，通过开展定期的安全培训以从根本上规避各种安全事故。其中，除了应借助完善的责任监督机制保障现场作业人员的操作规范性外，还应结合矿井通风系统的基本原理帮助作业人员了解矿井的整个通风过程，进而帮助其快速学习自救措施，并使其能够认清矿井通风的重要性，并最终降低安全事故的发生概率。

6 结语

综上，矿井安全通风是一项非常重要的工作，而安全可靠的通风系统往往是确保井下作业人员安全生产的关键所在。因此，需进一步围绕现场作业情况构建更加完善的矿井通风系统，在及时查找系统潜在安全漏洞的同时，不断就通风方案进行优化，进而以此保障井下作业的安全进行。

【参考文献】

【1】何先庭.矿井通风系统信息化集成技术研究[J].煤矿现代化，2020（05）：70-72.

【2】秦鹏.矿井通风系统安全可靠性与预警机制及其动力学研究[J].矿业装备，2020（04）：168-169.