矿井通风系统优化与风量调节技术研究

矿井通风系统优化与风量调节技术研究

白永亭

国家能源集团神东煤炭集团哈拉沟煤矿

摘要：本文研究了矿井通风系统的优化与风量调节技术，旨在提升矿井通风效率与安全性。通过理论分析与案例研究，提出了通风网络优化、设备选型改进、阻力降低策略及风量调节方法。研究成果对改善矿井通风条件、预防安全事故具有重要意义。

关键词：矿井通风系统；风量调节；系统优化；通风阻力；安全评价

0 引言

矿井通风系统是煤矿安全生产的生命线，其性能直接影响矿工的生命安全和矿井的生产效益。然而，传统通风系统常存在风量不足、阻力大、调节困难等问题。随着煤炭开采深度的增加和开采强度的提高，这些问题日益凸显。因此，研究矿井通风系统的优化与风量调节技术，对于提高矿井通风效率、保障矿工生命安全具有重要意义。

1 矿井通风系统基础理论

1.1 通风系统组成

矿井通风系统是煤矿安全生产的重要组成部分，其基本组成涵盖了多个关键环节。通风设备是系统的核心，主要包括风机和风筒等。风机作为动力源，通过旋转产生风流，推动矿井内的空气流动；风筒则负责将风流引导至需要通风的区域。此外，通风井巷网络构成了风流的主要通道，包括进风井、回风井、巷道等，它们相互连接，形成复杂的通风网络。为了确保通风系统的有效运行，还需配备风流监测与控制设施，如风速仪、风压计、风门等，用于实时监测风流状态并进行必要的调节。

1.2 通风原理与过程

矿井通风的基本原理涉及自然通风与机械通风两种方式。自然通风主要依赖矿井内外的温度差和压力差产生的空气流动，但受限于地质条件和环境因素，其效果往往不够稳定。因此，现代矿井普遍采用机械通风方式，通过风机产生的强制风流来实现矿井的全面通风。风流在矿井中的流动过程复杂多变，受到巷道形状、断面大小、风流阻力等多种因素的影响。风流从进风井进入矿井后，经过各采掘工作面，携带走有害气体和粉尘，最终从回风井排出矿井，形成完整的通风循环。

1.3 通风评价指标

评价矿井通风系统性能的指标多种多样，其中风量、风压、风阻和通风效率是最为关键的几个。风量是指单位时间内通过矿井某一断面的空气体积，是衡量通风能力的重要指标；风压则反映了风流在流动过程中所受阻力的大小，对于判断通风系统的通畅性具有重要意义；风阻则是风流通过矿井巷道时产生的阻力与风量的比值，其大小决定了通风系统的能耗和效率；通风效率则综合反映了通风系统对矿井内有害气体的稀释和排除能力，是衡量通风系统整体性能的关键指标。这些评价指标相互关联、相互影响，共同构成了评价矿井通风系统性能的完整体系。

2 矿井通风系统优化研究

2.1 通风网络优化

矿井通风网络的结构对通风系统性能有着至关重要的影响。不合理的网络布局，如过多的串联通风路径，会显著增加通风阻力，降低通风效率，并可能导致局部区域风量不足，影响矿井安全生产。因此，优化通风网络布局是提升矿井通风系统性能的重要手段。通过减少串联通风路径，增加并联巷道，可以有效分散风流，降低通风阻力，提高通风效率。同时，合理设计通风构筑物，如风桥、风门等，也是优化通风网络布局的关键。这些措施能够确保风流在矿井内均匀分布，满足各采掘工作面的通风需求。

2.2 通风设备选型与优化

通风设备的选型与优化直接关系到矿井通风系统的运行效率和能耗水平。不同类型的通风设备具有不同的性能特点，如风量、风压、效率等。因此，在选择通风设备时，必须充分考虑矿井的实际条件，如巷道断面、通风距离、风量需求等，以确保所选设备能够满足矿井的通风需求。同时，对于已投入使用的通风设备，也应定期进行性能评估和优化。通过提高风机效率、降低能耗、减少噪音等措施，可以进一步提升通风设备的运行效果，降低运行成本。例如，采用高效节能的风机、优化风机叶片设计、采用变频调速技术等，都是有效的通风设备优化措施。

图1 通风系统优化后的回风大巷

2.3 通风阻力降低策略

通风阻力是矿井通风系统中的一个重要参数，其大小直接影响到通风系统的能耗和效率。为了降低通风阻力，提高通风效率，需要采取一系列具体措施。首先，通过扩大巷道断面、清理堆积物、优化巷道形状等方法，可以减少巷道的局部阻力，降低风流在流动过程中的能量损失。其次，优化通风构筑物的设计和施工，减少其对风流的阻碍作用，也是降低通风阻力的有效手段。此外，合理布置通风设施，如风桥、风门等，避免风流在流动过程中产生过多的涡流和回流，也是降低通风阻力的关键。通过这些措施的实施，可以显著降低矿井通风系统的阻力水平，提高通风效率。

2.4 通风系统安全评价

矿井通风系统的安全性能直接关系到矿工的生命安全和矿井的生产效益。为了确保通风系统的安全稳定运行，需要对其进行定期的安全评价。目前，常用的通风系统安全评价方法包括模糊综合评价法、灰色系统评价法等。这些方法通过综合考虑通风系统的多个评价指标和影响因素，对通风系统的安全性能进行定量评估。在评价过程中，应重点关注风量、风压、风阻、通风效率等关键指标的变化情况，及时发现潜在的安全隐患并采取相应的改进措施。同时，还应根据评价结果提出具体的改进建议，如优化通风网络布局、更新通风设备、加强通风管理等，以进一步提升矿井通风系统的安全性能。

3 风量调节技术研究

3.1 风量调节原理与方法

风量调节是矿井通风系统管理中的关键环节，其基本原理在于通过改变通风系统的风阻或动力源，从而实现对风流量的有效控制。常用的风量调节方法主要包括以下几种：

（1）增加风阻调节法：该方法通过在通风系统中增设风窗、风帘等阻力装置，增加局部风阻，以调节风流分配。例如，在需要减少风量的区域设置风窗，通过减小风窗开口面积来增加该区域的通风阻力，从而限制风流通过。

（2）降低风阻法：与增加风阻法相反，降低风阻法则通过扩大巷道断面、清理巷道堆积物、优化巷道形状等措施来减小通风阻力，使风流更容易通过特定区域。这种方法常用于需要增加风量的场合。

（3）辅助通风机调节法：在通风系统中增设辅助通风机，利用辅助通风机的风压来克服自然风压和通风阻力的不足，实现对风流量的精确控制。这种方法特别适用于长距离通风或高阻力通风区段。

3.2 风量调节实践应用

以某煤矿为例，该矿在采掘过程中发现某采区风量分配不均，导致部分工作面风量不足，影响安全生产。针对这一问题，该矿采取了以下风量调节措施：

（1）风窗调节：在风量过大的区域设置可调节风窗，通过减小风窗开口面积，增加该区域的通风阻力，从而将多余风量引导至风量不足的区域。

（2）巷道优化：对风量不足区域的巷道进行清理和拓宽，减小通风阻力，使风流更容易通过。同时，优化巷道形状，减少风流在巷道内的涡流和回流现象。

（3）辅助通风机增设：在风量严重不足的区域增设辅助通风机，利用辅助通风机的风压来补充风量，确保该区域的风量满足安全生产要求。

通过上述措施的实施，该矿成功实现了对采区风量的合理分配，提高了矿井的通风效率和安全生产水平。

3.3 风量调节效果评估

为了评估风量调节效果，该矿采用了以下方法和指标：

（1）风量供需比：通过比较调节前后各区域的风量供需情况，评估风量调节是否满足生产需求。理想状态下，风量供需比应接近1，表示风量分配合理。

（2）通风效率：通风效率是衡量通风系统性能的重要指标之一。通过计算通风系统的有效风量与总风量之比，可以评估通风系统的运行效率。调节后通风效率的提升幅度可以直观反映风量调节的效果。

（3）具体数据：经过风量调节后，该矿采区风量供需比由调节前的0.85提升至0.98，通风效率提高了约15%。这些数据表明，该矿采取的风量调节措施取得了显著效果，有效改善了矿井的通风条件。

结语

矿井通风系统的优化与风量调节是保障煤矿安全生产的关键。通过通风网络优化、设备选型与升级、阻力降低策略及精准风量调节技术的应用，不仅提升了通风系统的整体性能，还显著增强了矿井的安全性与生产效率。未来，随着技术的不断进步，矿井通风系统将持续优化升级，为煤矿行业的可持续发展提供坚实保障。

参考文献：

[1]刘超.矿井通风阻力评价及系统优化分析[J].晋控科学技术,2024,(05):32-34+38.DOI:10.19413/j.cnki.14-1117.2024.05.009.

[2] 韩院生.王庄煤矿复杂网络通风动力协同优化研究[J].煤矿现代化,2023,32(04):1-5.DOI:10.13606/j.cnki.37-1205/td.2023.04.004.

[3] 伊新.巷道改造技术在矿井通风减阻中的应用研究[J].当代化工研究,2023,(13):105-107.DOI:10.20087/j.cnki.1672-8114.2023.13.035.