矿井通风系统优化设计与应用分析

赵永波

（赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司，内蒙古 赤峰 024039）

矿井通风是矿井安全生产的重要组成部分，合理、稳定、可靠的矿井通风系统是矿井安全生产的基础。随着矿井深度和强度的增加，机械化复杂程度增加，井下压力、有害气体含量和产气量增加。同时，矿井的通风管线长、通风阻力大、地温升高，显着增加了矿井的空气需求。为此，必须及时调整金矿矿井的通风系统以满足要求，安全生产要求，矿井通风系统需要优化改造。

1 矿井通风系统优化存在的问题及目的

矿井通风系统是一个受多种因素限制的线性和非线性复杂系统，通风系统优化是一个定性与定量相结合的系统。矿山规模越来越大，特别是随着矿山深度和宽度的增加，矿山通风系统的规模也越来越大，复杂性也随之增加。因此，要对所研究的金矿矿井通风系统进行科学分析尤为重要。将矿井通风系统分离成通风网络进行计算分析是研究矿井通风的重要方法。

本文旨在通过优化矿山通风系统，解决金矿矿井开采中原有通风系统中存在的顺序通风问题、通风构筑物不完善、漏风严重及污风滞留等问题和对扩建工程通风系统进行优化选择，建立合理完善的通风系统网络。通过运筹学分析，建立优化模型，将复杂的非线性问题转化为简单的线性问题进行优化研究，并构建了矿井通风系统评价指标体系，在此基础上对优化方案进行合理性评价，其目的在于满足金矿矿山安全生产和使通风费用最小，为矿山选出最优通风方案。

2 矿井通风系统优化研究概述

2.1 通风系统改造的基本要求

矿井中的通风系统的设置需要考虑到多个方面，而从矿井通风系统的整体结构来说，我们可以把矿井通风系统分为两个部分。这两个部分主要是矿井的通风机装置和矿井的风网装置，这两个并不能混为一谈，在他们两者之间反而有着明显的界限，而两者之间的交界点就是风硐中测压管的位置安装问题。通风系统的优化与设计的主要目的就是提高风机的运行效率，而在改造过程中要从不同的条件，不同的角度来考虑，通过采用综合治理的方式来提高通风系统的适用性。但是在改造过程中，矿井设计人员一定要从离心式风机的调速，通风机的安装质量来选择一个适合整个矿井工作正常开展的电机设备，从而有效地降低矿井外部漏风现象，从而保证能够向矿井中输送充足的氧气。

2.2 矿井优化需要遵循的原则

矿井的风网是矿井优化设计中一个非常重要的部分，它不仅是矿井风流的通道，同时也是通风机能量存在的重要场所。在矿井风网的优化设计中，我们需要根据以下几个方面来进行具体的设计。首先我们需要将风网设计得更加便捷，这样就可以保证风的流速能够保持一个比较稳定的状态，而且对于一些比较老旧的矿井来说，如果及时地关闭一些废弃的巷道和工作面，就可以减少漏风量。而如果想要通过减少设施的数量来有效地降低通风的阻力，就可以在生产风区的规划以及总体规划上来采取一个合理的措施，从而保证各个生产区能够保持一个相当的通风阻力平衡。除此之外，我们还需要在这个基础上来达到矿井的回风阻力、用风、进风这三个方面达到一个合适的比例。在调适通风系统时，还可以适当得增加一些并联风路，而且还可以通过开凿新的矿井巷来制定出可以缩短风流的相关流程。虽然这些措施都可以优化通风系统，但是设计人员一定要注意的是，在进行设计时一定要严格遵循矿井需要供风的原则。

通风构筑物的优化设计不能过于追求完美，而是要遵循适度的原则。通风构筑物的设计会随着矿井通风系统中构筑物时空的变化而发生变化，特别是风网的变化主要是受通风构筑物数量变化的影响，这会对通风系统的参数带来较大的影响。从这个角度考虑来说，构筑物的设计和优化会直接影响到风量的分配和风流的控制方面，这就要求设计人员在实际的设计过程中要相应的减少构筑物的数量，通过把数量控制在合理范围之内，从而降低漏风现象的发生。如果构筑物数量过多，就会导致风流失去控制，带来更大的安全问题。除此之外，设计人员在对通风系统进行优化设计时还需要考虑到相关的法律法规，一定要严格遵循监督部门的要求，保证矿井通风系统的正常运转。而且，构筑物的位置选择也具有一定的技巧，设计人员一定要从矿井的地址条件等多个角度思考，从而设计出科学合理的通风系统。

3 矿井通风系统应用分析策略

3.1 阶段通风网路优化

该矿的通风网络相对复杂。为降低风阻、堵漏风、缩短回风管长度，加强了矿井通风系统，及时修复井下巷道，清除巷道内泥沙，降低风阻。沿封闭道路未封闭的旧路障和废弃道路，以减少空气泄漏。在发展的中后期，通风系统不再像早期那么简单。随着车行道通行点的增加，串联、并联和串并联的增加，金矿运输通道失效，车行道断面出现变大，分叉等情况，通风网络逐渐变得复杂，这是由于通风阻力增加。更多的荒地、下沉、更多的碎片和受损的地雷、密封不良和通风增加导致严重的空气泄漏。

随着金矿矿山开采的收尾，要加快老区收缩，简化生产系统，及时关闭矿山、地表下沉区、废弃和损坏的井筒等发生漏风和侧向气流的地方。简化和优化通风系统并确保通风系统畅通无阻是通风应始终遵循的原则。调整各中段及各工作面的风量，增加工作面环境的有效风量和充分合格，加强通风控制，在回风接触等适当位置安装风门、调节风机等每个中间部分的路径和障碍。为避免废水串联和气流短路，回风中部124m以上的污水系统巷道及与集水池相连的竖井均封闭，保证高效送风.深入每个工作面的体积，改善地下工作面的空气状况。

3.2 通风系统优化的数学模型

矿井通风系统一般不能直接通过自然分风就能满足各个需风点的要求，必须借助辅扇、通风构筑物的调节，而且调节方案肯定也不是唯一的。通风网络优化的思想即在多种调节方案中寻找最合理最经济的方案，包括风量分配的最优化与调节措施的最优化。在保证安全生产的前提下，一个理想的通风系统，应该既能满足风量的合理分配，又能满足预先确定的能量消耗和通风费用最小的目标。

通风系统网络主要可以分成三种∶自然分风网络、控制型分风网络和一般型分风网络。自然分风网络即在自然通风状态下对整个矿井进行通风，不加任何调节设施，不消耗任何动力与能量，但是矿井通风系统一般不能直接通过自然分风就能满足各个需风点的要求，必须通过辅扇、通风构筑物的调节，调节方案肯定也不是唯一的，在多种调节方案中寻找最合理最经济的方案，就是通风网络优化的目的。

矿井空气流动的基本理论是研究矿井空气宏观力学参数变化规律和能力转换关系的重要依据。在矿井通风中的动力有自然风压和机械风压，并在通风动力作用下风流流动和变化遵循一定规律。地面大气从进风井进入矿井，流经各条风道、用风点等，最后由出风井排出地表。在理想状态下，假定矿井通风系统中的空气密度不变、无漏风、忽略空气中水蒸汽等变化，则进入矿井的空气总量应该等于排出总量，即遵循质量守恒定律。风流在流动的过程中，受到风道阻力，自然风压和机械风压克服阻力的整个过程，使风流继续遵守能量守恒定律，根据热力学第一定律和能量守恒定律，结合矿井气流特性，推导出矿井气流能量方程。

3.3 矿井通风系统评价指标体系建立

矿井通风系统是一个复杂的系统。对矿井通风系统的评价需要选择合理的评价方法和合适的评价指标。评级过低，无助于通风系统的功能优势，评级过高易导致技术方案错误和管理不善，因此，选择合理、规范的评级值在通风系统的综合评估中非常重要。本文基于层次分析决策法，并借助单相关系数法来建立矿井通风系统评价指标。

矿井通风系统评价指标体系建立的技术路线为∶首先，使用层次分析法（AHP）建立指标体系，输入适当的指标，并创建分层定价结构。然后，层次分析法创建的分层结构采用单一相关系数法来检验各个层次的指标。选择的最后一个指标是要创建的用于评估矿井通风系统的指标系统。

3.4 监测点的最优化布局理论

由于对采矿业的不断关注和采矿业本身的不断发展，通风技术的发展越来越密集，对通风系统的需求也越来越大，这直接影响了采矿业的运行。金矿矿山开采工作量的增加，尤其是基站多级通风系统的使用，使得通风系统的运行和通风系统的管理变得复杂。在这种情况下，需要利用计算机网络技术或其他先进的生产技术来达到优化矿井通风系统设计的目的，以有效优化矿井作业的管理和控制，以及在优化过程中监测点的位置。要合理分析和分布监测点的位置和数量，确保监测点提供的信息能够满足通风系统正常运行的要求，真实反映通风系统在运行过程中的运行状态。

4 通风系统优化后注意的问题

通风系统优化后还应注意如下问题。

（1）在安装辅助风机的每个中心段安装挡风板，并做好密封工作，以提高辅助风机的效率。

（2）隧道工作面采用局部风机通风，必须按规定设置带局部风机的推入式和拉出式通风，将新风直接引导至工作平台，方便脏物疏散。空气和提高工作面通风效果。

（3）及时清除主油槽回风侧壁造成的堵塞，并定期检查维护，确保回风畅通。

（4）根据需要，安装必要的通风结构，做好密封工作，加强结构管理，减少漏风。同时在回风道中上部设有调节窗，可根据需要的风量进行调节。

（5）对于长距离单头开挖，多台局部风机串联，将新鲜空气引向工作面，抽取脏风，或在巷道上安装纵向风障，阻挡进风和回风，保证风速和风量速度工作面，风量符合要求。

（6）规划井下工作施工的布局，并使用后退式来定位的工作地点。在空间关系上，在多个中间段操作时，保证上中工作面在下中工作面之前，依次减少污染。

5 总结

矿井通风网络理论是矿井通风理论的重要组成部分，将矿井通风系统简单转换为通风网络，用于计算和分析风网，是研究矿井通风优化的重要工具。这种描述方法，使得运筹学理论可以运用与矿井通风系统的分析和设计中去，建立通风系统评价指标，对优化方案进行评价分析。