矿井通风系统优化设计

关键词： 系统优化 通风 开采 矿井

矿井通风系统优化设计（精选十篇）

矿井通风系统优化设计 篇1

在矿井下开采会产生一些有害气体或粉尘, 从而导致井下会存在大量CO2、CO、NO2、硫化物 (H2S和SO2) 、NH3、沼气等有害气体, 这些气体都可能成为生产中的安全隐患。中国矿山安全规程规定:矿井内CO的浓度不得超过0.024%, 按体积计算不得超过0.03mg/L。爆破后, 在风机连续运转的条件下, CO浓度降至0.02%时, 就可进入工作面;矿内空气NOx不得超过0.000 25%;矿内空气H2S的含量不得超过0.000 66%;矿内空气SO2的含量不得超过0.000 5%。井内气体超过国家规定值时不仅可能对矿井工作者的生命安全带来危害, 还可能会对企业的安全生产带来威胁, 从而对作业人员的生命财产安全造成不可挽回损失, 其原因主要是因为通风系统的安装不合理、不达标所引起的, 为了减少这些安全事故的发生, 矿井的通风设备就显得尤为重要[1]。

1 矿井通风的重要性

矿井通风就是将矿井中的污浊空气排除, 将新鲜空气送入其中, 由于矿井生产是在地下进行作业, 地下的自然环境不同于地面, 首先由于其空间狭小, 空气不够流通, 工人长期在其中作业, 需要不断地呼吸, 导致矿井内的CO2不断升高, 再者由于矿井内的自然环境比较复杂, 开采过程中很可能导致矿井内部产生很多粉尘和有害气体。作业人员长期处在有害的工作环境中很可能会患上各种疾病, 尤其是呼吸道疾病, 目前已经有很多研究数据表明, 井下工作的矿工是矽肺病的高发人群, 他们发病的原因大部分是因为一些矿井内的开采环境恶劣, 矿井内开采时所产生的大量粉尘未能及时排除而导致了矿工患上这些疾病。而且当一些易燃气体没有很及时地进行排风处理, 就会导致矿井内部的沼气或一些其它可燃气体含量增加, 易导致爆炸事故发生, 在中国大部分煤矿重大瓦斯爆炸事故中, 通风能力不足造成瓦斯超积聚通常是事故发生的主要原因。同时, 由于地热作用, 人体和机械的散热、水分的蒸发等, 井下空气的温度和湿度都会显著提高, 使得作业环境更加恶化, 因此, 对矿井必须进行通风。

2 矿井通风技术的发展

中国开矿历史比较悠久, 在古代文献中就有了关于井下通风的研究, 而且中国在古代采矿上的成就已经达到了非常高的水平, 孔平仲在其著作《读苑》中就有提到矿井的通风系统, 不仅如此在宋应星的《天工开物》一书中也介绍了矿井的通风系统, 在此书中介绍了竖井采煤时在井下安装圆柱形竹简, 并将其作为管道将竖井中的瓦斯气体排出的方法, 与此同时还介绍了关于烧制砒石这种有剧毒的矿物质时要采取的安全措施。从本世纪50年代以来, 中国矿井通风理论与技术研究取得如下主要进展:

a) 广泛地收集井巷通风阻力测定的相关数据, 并对所收集数据进行整理;b) 形成专业的通风流程并且建立公式, 对矿井下的污染物进行科学的计算分析, 以此来提供排风量的理论依据, 这样一来使得井下排风工作变得更加科学, 逐渐形成了一套完整的科学体系;c) 将计算机技术引进到矿井的通风管理中;d) 射流通风理论与技术得到发展;e) 矿井火灾时风流非稳定流动规律的研究不断深化, 深化研究矿井火灾发生时风流的规律建立控制方案;f) 受控循环通风理论推动的影响, 开始研制开发空气净化装置和污染源控制技术;g) 初步形成了矿内热力学理论体系;h) 开展露天矿通风理论与技术的研究。五十年代的中国矿井建立起了机械通风系统[2]。到了六十年代, 建立分区通风系统和棋盘式通风网络, 70年代, 在梳式通风网络、爆堆通风, 推广地温预热技术上积累了丰富的经验并取得了成果。80年代, 中国开始着手于井下通风的节能工作, 尤其是在高效节能风机的研制与推广上取得的一定的成果;多风机多级机站通风新技术的应用;矿井通风网路的节能技术改造等有了不少的研究成果, 使得中国井下通风系统有了很大的发展与进步。

3 矿井通风系统的优化设计方案

3.1 通风系统优化的原则

a) 通风系统应该尽可能地简单, 因为井下的环境复杂且空间狭小, 所以关于井下通风系统需要以简单为原则;

b) 要注意成本的投入, 减少排风系统中不必要的费用, 达到效益的最大化, 因为对于一些矿产而言其经费有限, 所以在保证安全的前提下, 可以尽可能地节约通风系统的费用, 因为对于井下工作者而言只要通风系统能有效地将矿井中的污浊空气排除, 并及时地送入新鲜空气, 通风系统就能够有效地保障井下工作者的生命安全;

c) 具有稳定性和可靠性;

d) 要能够防止和抵御灾害;

e) 要与所在的井下的环境相适应;

f) 要符合国家的相关规定[3]。

3.2 矿井通风设计的要求

对于矿井通风系统的要求就是能够有效地将井下污浊的空气排出, 将外部新鲜空气引进, 让井下形成一个良好的通风环境, 保证井下有毒气体不会超过国家规定的标准, 不会给矿下工作者带来危害, 也不会让井下有毒气体集聚造成爆炸, 威胁井下的生命及财产安全。为了能够有效保障井下工作者有一个安全的劳动环境, 还要有强大的抗灾能力, 能够抵御一般灾害, 并且费用较低, 不会给企业造成经济上过大的压力并且能够为企业形成良好的经济效应[4]。

3.3 设计系统的研制

应用计算机信息化技术实现对矿井的通风系统的规划、设计和调节软件的处理和管理[5]。就中国目前而言将计算机运用到井下通风系统还存在着一定的难度, 因为中国的计算机软件水平比较落后, 要建立井下自动设计系统还有一定困难, 因此当前对矿井通风系统优化设计要先建立起支持计算机软件的系统为主, 并且研制出安全系统来加强矿井通风系统的合理化。

3.4 要有合理的评判标准

随着人们对矿产资源需求的日益增多, 矿床的开采规模也随之越来越大, 由于一些矿井只看重经济效益而忽略作业的安全保障因素, 使得在矿床规模增加时, 不去对其通风系统进行改造, 让矿井通风设计没有赶上矿床规模, 因此应该需要制定一条硬性标准, 保证通风系统在井下的作业, 保证矿内工作者的安全, 这样可以有效地防止瓦斯事故与井下工作者在井下危险事故的发生[6]。目前中国通过对井下通风工作的研究, 探索出了对矿井通风系统的客观评价方案, 并得到了业内的广泛认可。

3.5 加强监测点的布局优化

当矿产的规模越来越大, 它的通风系统的规模也越来越大, 系统管理这些日益增多的通风系统的难度也越来越大, 尤其是对于多级机站通风系统的管理, 在通风系统适当的位置安装通风系统检测设备来检测矿井通风系统运作是否正常, 该矿井下的空气质量是否适合作业人员作业, 井下的有害空气及粉尘含量有没有超标, 都是检测对象[7]。因此检测系统是否能够正常运作是优化管理中非常重要的一个环节。

3.6 提高通风系统的技术含量

将计算机技术与井下通风系统进行有机地结合, 发挥人的主导作用, 将三者之间相互补充, 提高矿井通风系统的技术含量, 增加矿井的安全性, 提高矿井通风技术的技术含量, 采用计算机信息化管理, 增加对排风系统检测的稳定性。

4 结语

通风系统不仅关系到企业的安全生产及作业人员的生命健康, 还关系到中国矿产事业的繁荣发展, 其是企业安全生产的重要环节, 是人民生命安全的重要保障, 是国家采矿事业繁荣发展的重要支持。从矿井通风的重要性开始介绍, 重点说明了矿井通风系统如果没有做好将会带来怎样的危害, 还提到了中国从上世纪五十年代以来, 矿井通风系统的一步步发展, 逐渐地走向今天的成熟, 最后重点介绍了矿井通风系统的优化设计方案, 提出了通风系统优化的原则, 矿井通风设计的要求, 设计系统的研制, 要有合理的评判标准, 加强监测点的布局优化, 提高通风系统的技术含量这六条方案, 希望能够使得矿床开采事业的发展稳定向前, 并使其安全问题也能够受到越来越多的重视, 充分认识到井下通风系统对于安全生产的重要意义。

参考文献

[1]任增玉.矿井通风技术及通风系统优化设计探讨[J].黑龙江科技信息, 2010 (12) :47.

[2]许满贵, 何龙伟, 问孙军, 等.澄合二矿矿井通风系统优化方案与实践[C]//西安科技大学能源学院.2012 (沈阳) 国际安全科学与技术学术研讨会论文集.西安:西安科技大学学报, 2012.

[3]姜周民.矿井通风系统优化设计探讨[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2011 (07) :255.

[4]尚全.浅谈矿井通风系统优化设计[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2011 (12) :173.

[5]李晓可.十三矿复杂条件下矿井通风系统优化研究[J].河南科技, 2014 (01) :46.

[6]朱鹏.超复杂条件下矿井通风系统优化研究[J].科技创新与生产力, 2013 (12) :81-82.

讲稿矿井通风系统及通风设计 篇2

主要内容：

一、矿井通风系统——基本任务、类型及其适用条件、主要通风机的工作方式与安装地点、通风系统的选择；

二、采区通风——基本要求、采区进风上山与回风上山的选择、采煤工作面上行风与下行风、采煤工作面通风系统；

三、通风构筑物及漏风——通风构筑物、漏风及有效风量、减少漏风措施；

四、矿井通风设计——矿井通风设计的内容与要求、优选通风系统、矿井风量计算、阻力计算、通风设备选择

一、矿井通风系统

矿井通风系统是矿井通风方式、通风方法和通风网路的总称。

（一）矿井通风系统的基本任务

矿井通风系统的基本任务如下：

（1）供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要。

（2）冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产。

（3）调节井下气候，创造良好的工作环境。

（二）矿井通风系统的类型及其适用条件

按进、回风井在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。

1．中央式

进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式（中央分列式）（见图1）。

图1 2．对角式

（1）两翼对角式

进、回风分别位于井田的两翼。

进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式；如果只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。

（2）分区对角式

进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个不深的小回风井，无总回风巷。

两翼对角式与分区对角式通风系统如图2所示。

图2 3．区域式

在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风系统。

4．混合式

由上述诸种方式混合组成。例如，中央分列与两翼对角混合式，中央并列与两翼对角混合式等等。

（三）主要通风机的工作方式与安装地点

主要通风机的工作方式有三种，即抽出式、压入式和压抽混合式。1． 抽出式

如图3所示，主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。2．压入式

如图4所示，主要通风机安装在入风井口，在压入式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。

图3

图4

3．压抽混合式

如图5所示，在入风井口设一风机做压入式工作，回风井口设一风机做抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。

图5

（四）矿井通风系统的选择

根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全及兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。

中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点，因此矿井初期宜优先采用。

有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，应采用对角式通风或分区对角式通风。

当井田面积较大时，初期可采用中央式通风，逐步过渡为对角式或分区对角式。

矿井通风方法一般采用抽出式。当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。

二、采区通风系统

采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元, 包括采区进、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。

（一）采区通风系统的基本要求

（1）每一个采区都必须布置回风道，实行分区通风。

（2）采煤工作面和掘进工作面应采用独立的通风系统。有特殊困难必须串联通风时，应符合有关规定。（串联通风，必须在被串联工作面的风流中装设甲烷断电仪，且瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过0.5%,其他有害气体浓度都应符合《煤矿安全规程》的规定）

（3）煤层倾角大于12°的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准。（4）采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。

（二）采区进风上山与回风上山的选择

上（下）山至少要有两条；对生产能力大的采区可有三条或四条上山。1．轨道上山进风，运输机上山回风 2．运输机上山进风、轨道上山回风

比较：轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，输送机上山进风，运输过程中所释放的瓦斯可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件。

（三）采煤工作面上行风与下行风

上行风与下行风是相对于进风流方向与采煤工作面的关系而言的。如图6所示，当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称上行通风，否则称下行通风。

图6

优、缺点：

（1）下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。

（2）上行风比下行风工作面的气温要高。

（3）下行风比上行风所需要的机械风压要大。

（4）下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。

（四）采煤工作面通风系统

1．U形与Z形通风系统(见图7)

图7 2．Y形、W形及双Z形通风系统(见图8)

图8 3．H形通风系统(见图9)

图9

三、通风构筑物及漏风

矿井通风系统网路中适当位置安设的隔断、引导和控制风流的设施和装置，以保证风流按生产需要流动。这些设施和装置，统称为通风构筑物。

（一）通风构筑物

风构筑物分为两大类：一类是通过风流的通风构筑物，如主要通风机风硐、反风装置、风桥、导风板和调节风窗；另一类是隔断风流的通风构筑物，如井口密闭、挡风墙、风帘和风门等。

1． 风门

风门：在需要通过人员和车辆的巷道中设置的隔断风流的门

安设地点：在通风系统中既要断风流又要行人或通车的地方应设立风门。在行人 或通车不多的地方，可构筑普通风门；而在行人通车比较频繁的主要运输道上，则应构筑自动风门。风门表示方式、调节风门表示方法如图10所示。

图10

设置风门的要求：

（1）每组风门不少于两道，通车风门间距不小于一列车长度，行人风门间距不小于5 m。入排风巷道之间要需设风门处同时设反向风门，其数量不少于两道。

（2）风门能自动关闭，通车风门实现自动化，矿井总回风和采区回风系统的风门要装有闭锁装置，风门不能同时敞开（包括反风门）。

（3）门框要包边沿口，有垫衬，四周接触严密，门扇平整不漏风，门扇与门框不歪扭。门轴与门框要向关门方向倾斜80°至85°。

（4）风门墙垛要用不燃材料建筑，厚度不小于0.5 m，严密不漏风。墙垛周边要掏槽，见硬顶、硬帮与煤岩接实，墙垛平整，无裂缝、重缝和空缝。

（5）风门水沟要设反水池或挡风帘，通车风门要设底坎，电管路孔要堵严。风门前后各5 m内巷道支护良好，无杂物、积水和淤泥。2．风桥

设在进、回风交叉处而又使进、回风互不混合的设施称为风桥。

当通风系统中进风巷道与回风巷道需水平交叉时，为使进风与回风互相隔开，需要构筑风桥。风桥按其结构不同可分为以下三种：

（1）绕道式风桥：开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风少。（见图11）（2）混凝土风桥：结构紧凑，比较坚固。（见图12）

图11

图12

（3）铁筒风桥：可在次要风路中使用。3．密闭

密闭是隔断风流的构筑物，设置在需隔断风流、不需要通车行人的巷道中（见图13）。密闭的结构随服务年限的不同而分为两类：

（1）临时密闭，常用木板、木段等修筑，并用黄泥、石灰抹面。

（2）永久密闭，常用料石、砖、水泥等不燃性材料修筑。

图13 4．导风板

在矿井中应用以下几种导风板：

（1）引风导风板。（2）降阻导风板。（3）汇流导风板。

（二）漏风及有效风量 1．漏风及其危害

矿井有效风量：矿井中流至各用风地点，起到通风作用的风量总和。

漏风：未经用风地点而经过采空区、地表塌陷区、通风构筑物和煤柱裂隙等通道直接流（渗）入回风道或排出地表的风量。

漏风的危害：使工作面和用风地点的有效风量减少，气候和卫生条件恶化，增加无益的电能消耗，并可导致煤炭自燃等事故。减少漏风、提高有效风量是通风管理部门的基本任务。

2．漏风的分类及原因

（1）漏风的分类

矿井漏风按其地点可分为：

矿井外部漏风（或称井口漏风）：泛指地表附近如箕斗井井口、地面主通风机附近的井口、防爆盖、反风门、调节闸门等处的漏风。

矿井内部漏风（或称井下漏风）：指井下各种通风构筑物的漏风、采空区以及碎裂的煤柱的漏风。

（2）漏风的原因

当有漏风通路存在，并在其两端有压差时，就可产生漏风。漏风风流通过孔隙的流态，视孔隙情况和漏风大小而异。3．矿井漏风率及有效风量率

矿井有效风量：风流通过井下各工作地点实际风量总和。

矿井有效风量率：矿井有效风量与各台主要通风机风量总和之比。矿井有效风量率应不低于85%。

矿井外部漏风量：直接由主要通风机装置及其风井附近地表漏失的风量总和。（可用各台主要通风机风量的总和减去矿井总回或进风量）

矿井外部漏风率：矿井外部漏风量与各台主要通风机风量总和之比。矿井主要通风机装置外部漏风率无提升设备时不得超过5％，有提升设备时不得超过15％。

（三）减少漏风，提高有效风量

1．外部漏风

漏风风量与漏风通道两端的压差成正比，和漏风风阻的大小成反比。应增加地面主要通风机的风硐、反风道及附近的风门的气密性，以减少漏风。

2．内部漏风

（1）采用中央并列式通风系统时，进、回风井保持一定的距离，防止井筒漏风。（2）进、回风巷间的岩柱和煤柱要保持足够的尺寸，防止被压裂而漏风，进、回风巷间应尽量减少联络巷，必须设置两道以上的高质量的风门及两道反向风门。

（3）提高构筑物的质量，防止漏风，加强通风构筑物的严密性是防止矿井漏风的基本措施。

（4）采空区要注浆、洒浆、洒水等，可提高压实程度，减少漏风。（5）利用箕斗回风时，井底煤仓要有一定的煤量，防止漏风。（6）采空区和不用的风眼及时关闭。

四、矿井通风设计

（一）矿井通风设计的内容与要求

矿井通风设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进和经济合理的矿井通风系 统。矿井通风设计一般分为两个时期，即基建时期与生产时期，分别进行设计。

1． 矿井通风设计的内容（1）确定矿井通风系统。

（2）矿井风量计算和风量分配。（3）矿井通风阻力计算。（4）选择通风设备。（5）概算矿井通风费用。2．矿井通风设计的要求

（1）将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和良好的劳动条件；（2）通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力；（3）发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；

（4）有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施；（5）通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。

（二）优选矿井通风系统

1．矿井通风系统的要求

（1）每一矿井必须有完整的独立通风系统。

（2）进风井口按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方。

（3）箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风井，如果兼作回风井使用，必须采取措施，满足安全的要求。

（4）多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近。

（5）每一个生产水平和每一采区，必须布置回风巷，实行分区通风。

（6）井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中。

（6）井下充电室必须采用单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。

2．确定矿井通风系统

根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行的方案，通过优化或技术经济比较后确定矿井通风系统。

（三）矿井风量计算

1．矿井风量计算原则

矿井需风量，按下列要求分别计算，并必须采取其中最大值。

（1）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4 m3。（2）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。

2．矿井需风量的计算

（1）采煤工作面需风量的计算

按瓦斯涌出量计算、按工作面进风流温度计算、按使用炸药量计算、按工作人员数量计算按工作人员数量计算、按风速进行验算。

（2）掘进工作面需风量的计算 按瓦斯涌出量计算、按炸药量计算、按局部通风机吸风量计算、按工作人员数量计算、按风速进行验算。

（3）硐室需风量计算

机电硐室、爆破材料库、充电硐室。3．矿井总风量计算

矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和进行计算。

（四）矿井通风总阻力计算

1．矿井通风总阻力计算原则

（1）矿井通风设的总阻力，不应超过3 000 Pa。

（2）矿井井巷的局部阻力，新建矿井按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15%计算。

2．矿井通风总阻力计算

矿井通风总阻力：风流由进风井口起，到回风井口止，沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用hm表示。

对于矿井有两台或多台风主要通风机工作，矿井通风阻力按每台主要通风机所服务的系统分别计算。

在主要通风机的服务年限内，随着采煤工作面及采区接替的变化，通风系统的总阻力也将因之变化。当根据风量和巷道参数直接判定最大总阻力路线时，可按该路线的阻力计算矿井总阻力；当不能直接判定时，应选几条可能是最大的路线进行计算比较，然后定出该时期的矿井总阻力。

矿井通风系统总阻力最小时称通风容易时期。通风系统总阻力最大时亦称为通风困难时期。

对于通风困难和容易时期，要分别画出通风系统图。按照采掘工作面及硐室的需要分配风量，再由各段风路的阻力计算矿井总阻力。

计算方法：沿着风流总阻力最大路线，依次计算各段摩擦阻力hf，然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力hf1 和 hf2。

（五）矿井通风设备的选择

矿井通风设备是指主要通风机和电动机。

1．矿井通风设备的要求

(1)矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套备用。

(2)选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并且使通风设备长期高效率 运行。

（3）风机能力应留有一定的余量。

（4）进、出风井井口的高差在150 m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深 400 m以上时，宜计算矿井的自然风压。

2．主要通风机的选择

（1）计算通风机风量Qf。

（2）计算通风机风压。

（3）初选通风机。

（4）求通风机的实际工况点。

（5）确定通风的型号和转速。

（6）电动机选择

（六）概算矿井通风费用

吨煤通风成本是通风设计和管理的重要经济指标。

吨煤通风成本主要包括下列费用：

(1)电费（W1）。

（2）设备折旧费。

（3）材料消耗费用。

（4）通风工作人员工资费用。

（5）专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费折算至吨煤的费用。

矿井通风系统决策优化指标的选取 篇3

关键词：决策系统；优化指标；数学建模。

1 影响矿井通风系统优化决策的模式

而制约矿井通风系统优化决策的因素有很多，它涉及到自然、社会、经济、技术等多个复杂的相互联系但又彼此制约的因素或目标。它具有规模大、联合性和随机性的特点。因此，它是一个具有复杂性和不确定性的系统，属于多目标模糊优化决策问题。

1.1复杂性模式

复杂性模式主要指矿井通风中存在的优化问题的复杂性和在技术快速发展环境下模拟工具的复杂性。具体又可分为三个方面：问题复杂性、计算能力和优化技术。

1.2不确定性模式

不确定性模式是指与矿井通风系统优化相关的数据可利用性和变量随时间和空间的自然变化，具体有可分为三个方面不确定性、可利用数据和条件变化。

（1）不确定性。影响矿井通风系统的不确定性因素很多，且随着矿的不断开采，这些不确定性因素会越来越多。这些不确定因素可以划分为两类，由通风网络结构的变化引起的不确定性和由管理或社会环境引起的不确定性。而这两类不确定性都存在一定的模糊性。

（2）可利用数据。矿井通风系统是一个动态的生产系统，它随着时间和空间的变化，数据发生不断的变化，以前的一些数据的可利用性都会相应的下降。

（3）条件变化。随着气候条件的变化、人类的活动的影响及地质条件的变化，矿井通风系统也发生变化。

2 矿井通风系统决策优化指标的确定与分析

新矿井在通风系统设计或生产矿井在进行通风系统技术改造设计时，必须根据矿井的地质条件、矿井开拓和生产布局可拟定出很多可行的设计方案，并且各个方案各有优缺点。要从众多的方案中确定出最优的通风系统方案，必须首先确定矿井通风系统的评判指标。对于不同的矿井或通风系统，涉及因素又有不同，而要想将影响因素全部罗列出来，并确定出进行方案比较的评判指标是很困难的。因此，必须从解决矿井通风系统方案优选的观点出发，确定进行方案优选影响因素分析及建立评判指标体系，仅选择对方案选择影响较明显，或在不同方案之间进行比较中影响程度差别较大的因素。根据影响因素，建立指标体系，选择相同因子。

2.1 矿井通风系统评判因子的确定的原则

通过对影响矿井通风系统决策优化复杂性和不确定性模式的分析，由此归纳出矿井通风系统评判因子确定必须坚持的6项基本原则：

（1）评判因子的确定应该充分体现科学性、可比性、客观性、针对性、超前性和可操作性。

（2）评判因子的建立要坚持“系统性和完整性相结合”、“科学性与实用性相结合”、“特殊性与普遍相结合”、“定性与定量相结合”、“动静相结合”、“面面俱到”和“不可偏废”的原则。

（3）评判因子的建立要以“揭示问题、促进管理水平提高、促进科学技术进步、促进矿井安全程度提高”为目的。

（4）评判因子的建立要具有导向作用，即评判指标能指导今后工作和努力方向。

（5）评判因子的建立必须符合多数专家的意见，能够全面确切地反映出矿井通风系统的状况和技术质量特征，具有独立的物理意义。

2.2矿井通风系统决策优化评判因子的确定

安全性较好的矿井通风系统的标志是通风系统完整，主要通风机装置运行状况良好、与通风网络匹配，通风井巷联结形式合理，风质风量满足要求。通风系统的状况和质量是用一套定性和定量指标表示的。定性指标没有计量单位，离散性、确定性是矿井通风系统定性参数的特点，定量指标是从数量方面来说明矿井通风系统的，即它们的变化具有数量尺度。

根据评判指标确立的6项基本原则，并在大量调研、文献检索、统计、分析、经验总结和反复听取并征求各方面专家的意见的基础上，提出了影响矿井通风系统方案优选的主要因素指标集，共分3大类，11小项，其层次结构模型如图1所示。

图1 矿井通风系统优化的层次结构模型图

2.3矿井通风系统评判指标及其数学描述

矿井通风系统评判指标力求全面客观地评估矿井通风系统的可靠程度，其指标应能反映矿井通风系统的技术质量特征，从安全角度出发对矿井通风系统进行全面分析，并参考《生产矿井质量标准化标准》中有关规定和现场科技人员的经验，综合分析，按照主从相关、回归关系和方向性原则，确定的评价指标。

（1）表明技术先进的指标

①矿井风压。矿井风压是指1m/s的空气流过矿井通风网络时，所消耗的机械能量。矿井风压越高，通风管理难度就越大，一般认为矿井的风压不超过3000Pa，其计算公式为：

（1）

其中h为风压取整数，Pa，。多台主要通风机联合运转时，分别计算各台主要通风机所担负系统的风压，并取较小的值作f为的值。

②风量供需比。矿一井实际通过的风量Q与矿井所需风量Q0，的比值即是矿井风量供需比β。即β=Q/Q0。

一般认为矿井风量供需比值在[1, 1.2]之间较为合理，小于1时矿井风量不足，大于1.2时风量过剩，最大不超过1.5，由此得出该指标量化公式为：

（2）

③结构合理性。矿井或系统在自然分风时压力与按需分风时压力之比（合理性系数）K。一般认为值越大，说明调节量越小，网络结构较合理，反之亦然。单一风机工作的通风系统一般要求0.85

（3）

对于多风井系统，分别计算各系统的合理性系数值，并取最小的值作为f值。

（2）表明经济合理的指标

①井巷工程费。主要是由井巷工程的直接定额费、辅助车间费及施工管理费组成。其计算公式为：

，元 （4）

式中:

K j——掘进费用单价，元/m；

L j——第j条井巷的长度，m；

S j——第j条井巷的初选断面,m2。

②设备购置费。主要是指购买主要通风机包括电机设备所消耗的费用。

③巷道维护费。主要是指修复井巷所消耗的材料、工人工资以及其它费用的总费用，其计算公式为：

，元 （5）

式中W j——巷道的维护单价，元/m;；

t j——第条井巷的维护年限，a 。

3 结论

本部分是通过对影响矿井通风系统优化决策的模式的研究分析，建立数学评判指标体系模型，并根据对方案优选影响因素的不同，从中选择对方案优选影响较明显，或在不同方案之间进行比较中影响程度差别较大的因素，作为最终的评判指标，然后根据确立的评判指标提出了基本单元系统因素权重的求解原理，并求解评判指标的权重。

参考文献:

[1]刘剑，贾进章，于斌.通风网络含有单向回路时的通路算法. 辽宁工程技术大学学报,2003（6）

[2]贾进章，刘剑，宋寿森. 通风系统稳定性数值分析. 矿业安全与环保, 2003（6）

[3]刘新, 贾进章,刘剑. 广义角联结构研究. 辽宁工程技术大学学报, 2003(4)

[4]戴国权.在复杂的矿井通风网络中确定角联分支中风流方向的方法.煤炭学报,1979(1)

[5]赵以蕙等．复杂风网中不稳定风流的方向判别及其应用．煤炭学报,1984,(2)

[6]N.SZLAZAK,LIU Jian. Numerical Determination of Diagonal Branches in Mining Ventilation Networks. Archives of Mining Sciences,1998(4)

第一作者简介：刘朋（1988.2~），男，中国地质大学（武汉）工程学院安全工程06级本科生

email:thankyou1988@hotmail.comTel:15972073191

矿井通风系统优化设计 篇4

中国具有悠久的采矿历史,关于矿井通风技术的研究也非常发达,到了宋代对于矿井通风的具体举措开始有了较为清晰的文字记载。宋应星的《天工开物》上记载了竖井采煤中通过安装竹筒来排除瓦斯的技术手段和采煤坑道的支护手段[1]。总的来说,我国的矿井通风技术萌芽在先秦时期,经过长期的发展,到明清时期得以完善。悠久的采矿历史为我国留下了许多矿井遗址,通过这些遗址可以对当时的技术条件进行有效的探究。例如:位于甘肃的白银矿山遗址,考证发现该矿井可以追溯到明朝洪武年间,有大小采矿遗迹三十多处。其中最大的采矿遗址的主巷道一百米以上,具有完善的自然通风系统。

2国外研究

英国的A.lack等人在1964年通过大量的实验研究发现“通风工作面的污染物含量只与工作面上污染物产生量和新鲜空气的输送量有关,而与循环风量没有关系”,这就为循环风流在矿井通风的应用开启了大门[3]。大量的研究发现,受控循环通风可以应用到矿井通风中去,它不仅可以解决一些常规通风方法中的技术难题,还具有明显的节能效果。

3矿井通风技术研究的新进展

我国现代的矿井通风技术到20世纪初才开始逐渐形成,1949年后我国开始组织人力翻译当时苏联的相关矿井通风著作,引入了较为先进的矿井通风技术,初步形成了我国的现代矿井通风理论体系。此外,老一辈的工程技术人员开始对矿井通风技术开展独立的研究探索,并出版了一些研究著作,如黄元平先生所著的《矿井通风计算》、《矿井通风阻力测量》等。到了20世纪60年代关于矿井通风的研究著作开始大量涌现,形成了完备的矿井通风理论和实践经验体系[2]。

进入新世纪以来,我国的矿井技术取得了迅速的发展,特别是金属矿井通风系统中以节能为核心的通风技术取得了大量的成果。例如推广了高效节能的风机,建立了矿井通风的自动化管理系统等。

3.1多风机多级机站

多风机多级机站的应用不仅提高了通风效率,还节约了电能的消耗。自20世纪80年代该技术在我国开始研发以来,已经有几十个大型矿井才用了这一技术,取得了很好的经济社会效益。多风机多级机站是由多级风站组成的通风系统,通过多级风站的接力将地表的新鲜空气输送到井下,将井下的污浊空气排送到地表完成井下空气的更新。风量的大小主要靠风机进行控制,尽量减少风窗的使用从而提高通风系统的可控性。另外,由于多风机多级机站相比单一大型风机的节能效果明显,大型风机的风量和风压均较大,因而功率消耗比较大;而多风机多级机站采用机站间风机串联和机站内风机并联的组合方式,选用的风机风量和风压均较小,从而降低了风机的功率消耗。实践经验显示采用通风技术改造的矿井的风机消耗量比之前单一的70B2主风扇系统降低了三分之一以上的能量消耗[3]。

3.2主扇辅扇联合工作

主扇辅扇联合工作是进行矿井通风节能的有效办法。研究发现采用主扇辅扇联合工作可以保证作业风量不变、矿井污染物含量均不超标的情况下将通风系统的运转费用降低到原来的20%左右。在我国有昆明工学院主导进行了大量的主扇辅扇联合工作的研究,并应用到了矿井通风系统当中。对攀枝花冶金矿山公司的兰尖铁矿等矿井的进行了相应的技术改造,取得了良好的节能效果。

3.3降低风阻技术

众所周知在通风系统中风阻的存在会加大通风系统的风压消耗,从而降低通风系统的经济效益。目前,通过在最大阻力路线上的高阻力区域采用扩大巷道横截面积的方法可以有效降低风阻。东北大学开发设计了流线型扩散塔和流线型风桥等通风建筑可以有效降低通风风阻,并且已经在矿山中得到了实际的应用。

实践结果显示,流线型扩散塔的局部阻力仅为直立型扩散塔的一半,通过安装导流叶片可以将风阻降低到20%左右。马鞍山矿山研究院发现多风机多机站的局部风阻主要由进口和出口两部分组成,其中以出口部分为主。通过在机站风机出口安装扩散器可以有效降低机站的出口风阻,从而达到节能的效果。

4矿井通风系统的优化内容和具体措施

对矿井通风系统的技术改造是矿井设计的重要内容之一,也是矿井设计水平的重要体现。不仅关系到矿井的建设成本和建设速度,还关系到以后矿井投产后的经济效益和矿井安全。在矿井投入生产之后,随着生产活动的不断变化,对通风系统的要求也在发生变化。这些因素要求需要根据实际情况对矿井的通风系统进行优化。

对矿井的通风系统进行风阻分析是进行通风系统改造的重要前提。只有降低矿井通风系统的风阻才能提高通风系统的通风效率,从而提高通风系统的经济效益。矿井通风系统中风阻的影响因素众多,其中主要包括风量对风阻的影响、分支风阻对风阻的影响和通风系统网络结构对通风系统的影响。实际矿井的结构往往非常复杂,每一条分支路径的改变都会都矿井的通风系统产生影响。在矿井的设计中要遵循满足通风安全要求的同时尽量降低能耗的原则。

矿井系统的可靠性优化是通风系统优化的重要部分,目前关于矿井通风系统可靠性优化主要包括通风网络及通风构筑物的可靠性和维护措施的可靠性等方面。其中主要通风机作为通风系统的关键是矿井能否安全生产的关键,必须加强对主要通风机可靠性的检查和维护。主要通风机在运行一段时间之后会出现组件耗损等情况,降低了通风能力和风机的经济性能。此外,随着矿井的不断采掘,主要通风机的电能消耗会急剧上升,此时必须对主要通风机的工况点进行科学有效的调节以适应新的系统环境要求。

对矿井的通风系统进行科学优化是一项复杂的系统工程,在进行优化工作前通过查阅资料和实地考察等方法,对通风系统中风阻分布、主风机的通风性能等情况进行详细的了解,对通风系统进行优化找到切实可行的方案。要根据矿井的生产情况,合理安排采掘生产部署,对通风系统进行及时的调整和优化,达到改善矿井通风条件、提高通风系统经济效益的目的。

5结语

随着我国经济社会的快速发展,对于煤炭等矿产资源的需求越来越大。而矿产资源的开发离不开矿井设施的建设。矿井的通风系统是保障矿井的生产安全、决定矿井的经济效益的重要方面。我国的矿井通风历史发展悠久,但是直到上世纪初才开始逐步发展了现代的矿井通风系统。目前,矿井通风技术不断发展,出现了多风机多级机站、受控空气再循环技术等新型的通风技术。在矿井的建造和生产阶段,要不断对矿井的通风系统进行优化设计,以提高矿井的安全性和经济效益。

摘要：随着对煤炭等矿产资源需求量的不断加大,采矿业得到了蓬勃的发展。在矿井系统中通风系统是确保采矿安全,提高经济效益的关键环节。随着技术的发展,大量的新兴通风技术手段不断涌现,为矿井通风系统的优化提供了技术支持。在矿井通风系统的优化设计中,要注意在确保通风安全的前提下降低运行成本。

关键词：矿井,通风技术,优化设计

参考文献

[1]文永胜.矿井通风技术及通风系统优化设计探讨[J].中国矿山工程,2008,37(6):30-32.

[2]任增玉.矿井通风技术及通风系统优化设计探讨[J].黑龙江科技信息,2010,12:47.

[3]张树丰.对矿井通风系统优化改造的分析研究[J].中小企业管理与科技,2011,9:201.

[4]梁旺亮.三维通风动态仿真模拟系统在矿井通风中的应用[J].机械管理开发,2016,06.

优化矿井通风和安全生产之间的关系 篇5

摘要：本文重点分析了优化矿井通风和安全生产之间的关系，首先简单介绍了矿井通风系统的概念、等级、通风方式以及通风原理，然后提出了几点目前我国矿井通风系统中普遍存在的问题，并对其进行了深入浅出的分析，最后针对现状提出了几点科学合理、切实可行的矿井通风系统的优化方案。

关键词：优化；矿井通风；安全生产

随着社会和科学技术的发展，人们的生活水平得到了大幅提高，而人们对于能源的需求也与日俱增，与此同时，矿井事故频发且屡屡见报，因此，人们对矿井的安全生产问题日益关注。而由于地下矿井独特的工作环境，空气占据着重要地位，因此，优化矿井通风与安全生产息息相关。

一、矿井通风系统

1、矿井通风系统的概述

矿井通风系统的工作原理很简单，即利用大型风机等通风设备将外界的新鲜空气输送进地下矿井系统，并且将地下污浊的空气排出，矿井通风系统即大型换气系统。在地下矿井与地上空气中人为的建立空气循环系统，提高地下矿井空气中的含氧量，严防窒息现象的发生，以提高矿井的安全性能和施工效率。

2、矿井通风系统的等级

根据不同的条件，可以将矿井通风系统分为不同的等级。分类标准通常为安全问题，如瓦斯浓度、井下温度以及自然条件等因素[1]。通常将普通的矿井定义为一般型；当矿井温度过高时，可根据瓦斯浓度将矿井通风系统分为一般型、防火型和排放瓦斯型；若根据瓦斯安全情况可将通风系统分为排放型、排放防火型、排放防火降温型。

3、矿井通风系统的通风方式

通风系统通风方式的划分标准为井田与回风口的具体位置，根据位置的不同可将通风方式划分为中央式、对角式、分区式、混合式四种。中央式即将风口设置在井田中央，而该方式的风井倾斜位置有所不同，因此，又可分为中央边界式和中央并列式；对角式即将风口设置在井田两翼，还可根据风口与井田的相对位置区分单双翼；分区式即在矿井的每个区域分别设置通风系统；混合式即将以上几种通风方式综合使用，在同一矿井中，针对各个区域的不同情况设置风口。

4、矿井通风系统的通风原理

在地下矿井通风系统中，一般有自然通风与机械通风两种类型，但是，由于自然通风风压过小，不能为地下矿井提供稳定的空气来源，因此，通常会选择机械通风来代替自然通风。机械通风的工作原理一般分为两种，分别是压入式，抽风式和混合式。压入式是利用通风设备将大量的地上新鲜空气压入地下矿井，并利用气压将地下的污浊空气排除矿井，从而实现空气对流；抽风式是将风机放置在出风口，利用负压将矿井中的污浊空气抽出，从而满足地下的空气需求；混合式即将压入式与抽风式相结合，在入风口设置压入式设备，在出风口设置抽风式设备，加大矿井内的空气流通，以此保证矿井内的空气安全。

二、矿井通风系统中存在的问题

（一）矿井采集区域分散，因此主风机数量过多，电机耗能过多，同时造成通风系统的不稳定，另外，由于生产地不集中，而矿井又是火灾的高发地段[2]，一旦发生火灾，极难控制；

（二）矿井通风系统采用多井筒的形式，通风线路复杂，不利于管理，多井筒式通风系统几乎不存在可调节性；

（三）在大型矿井周边都会分布一些小型煤窑，受煤窑影响，矿井的通风系统结构复杂，且易生灾害。

三、矿井通风系统的优化方案

（一）矿井通风系统的优化原则

1、安全原则

安全是立身之本，只有保障了人身安全不受威胁，才能进一步保障生产效率和经济收益。而矿井是最易出现危险的工作场所，因此，加强安全教育、培养安全意识刻不容缓。在通风系统的优化过程中，更要注重安全原则，在安全的基础上优化矿井通风系统。煤矿矿井最容易发生的事故是瓦斯爆炸，而瓦斯爆炸需要三个必备条件，分别为充足的氧气、足够高的瓦斯浓度以及火源，当瓦斯达到足够浓度时，一旦碰到火源，会立即发生爆炸，而瓦斯浓度过高的主要原因为矿井通风不良。在2014年云南地区发生了“3.31”较大瓦斯爆炸事故、“4.07”透水事故以及“4.21”瓦斯爆炸事故等，众多煤矿被责令停顿整改。因此，矿井通风系统优化的最重要原则为安全原则。

2、经济原则

在对矿井通风系统进行优化时，不宜冒进或改动太多，应结合现有的通风结构，对其进行优化和改善，使布局更加合理、系统更加完善，并且尽可能的降低投资支出，以提高经济收益。

3、发展原则

尽量减少新设备的购入，加大旧设备的利用率，设定矿井的长期与短期目标，坚持走可持续发展道路[3]。为了使云南煤矿业更进一步，云南煤监局在“十一五”计划中制定了“1110”目标，并预期该计划于2010年实现，“1110”为产量突破一亿吨，死亡人数少于100人，百万吨死亡率低于1%，10人死亡率为0。另外，云南煤矿管理部门正在加强对矿工的技术培训，建立区域服务中心，配备救护队及相关设备，并且加强监管，保证安全，以便取得更好的发展。

4、节约原则

改造时应严格遵守节约原则，可以通过缩短通风线路的方法降低风机能耗，并且提高了安全性能，进而采矿降低成本，提高经济收益。

（二）矿井通风系统的優化措施

1、综合集成

由于科学技术的多元化发展，使得矿井通风系统的设计方法同样呈现多元化的发展趋势，在对矿井通风系统进行设计时，更加注重多种技术综合处理数据的能力。把不同的分析方法相结合，并使用计算机对综合数据进行统一处理，利用计算机网络管理矿井通风系统。另外，在管理矿井通风系统时，应将计算机网络与人力相融合，加强通风系统的集成化与智能化，并且促进工作人员自主学习，加强自我能力和素质修养，从而进一步优化矿井通风系统。

2、决策系统

在矿井通风系统的管理过程中，最主要的技术即计算机智能化处理技术，利用该技术将优化方法由线性转化为非线性，虽然计算机决策系统已经取得了一定成就，但是要想自主研发优化系统还是较为困难的，大大限制了计算机优化设计的发展。因此，当研发应用于矿井通风系统的相关软件时，应注重系统的决策能力，并且在设计软件时，就应当以系统的决策能力为主，在提高系统决策能力的基础上优化矿井通风。

3、电子监控

随着科学技术和社会的发展，越来越多的先进技术被应用于采矿事业，因此，采矿技术迅速发展，而由于对自身能力预测不到位，使得矿井的实际生产量远超计划生产量，从而不断扩大矿井规模，这就需要同时扩大矿井通风系统，并在通风系统中应用新技术、新技能，矿井通风系统也变得愈加复杂。仅凭人力管理通风系统已经无法适应现代社会，因此，在矿井中安装电子监控，并对通风系统进行实时全程监控，能够有效的发展矿井通风，并进一步提高其安全性能。电子监控系统无疑在矿井通风系统中占据着重要地位，并且为提高其安全性能发挥着重要作用。

结语：

综上所述，在对矿井通风系统进行优化处理时，应遵循其安全、经济、发展、节约的四项基本原则，并且完成本文提出的在矿井通风系统中可以将计算机技术进行综合集成，加强计算机系统的决策能力，以及在通风系统中添加电子监控系统这几条优化措施，从而提高系统的安全生产能力。

参考文献：

[1]陈全旺.浅析矿井通风系统优化设计的改进方向[J].中国高新技术企业，2014，04：92-93.

[2]关清安.浅谈优化矿井通风与安全生产的关系[J].西北煤炭，2005，02：17-20.

矿井通风系统优化改造与技术分析 篇6

矿井通风是煤矿安全生产的一个重要环节, 合理、稳定、可靠的矿井通风系统是保证矿井安全生产的基础, 随着矿井开采深度的增加、开采强度增大、综合机械化程度的提高, 瓦斯压力、瓦斯含量和瓦斯涌出量越来越大, 同时矿井通风线路长、通风阻力大、地温升高, 使得矿井需风量也大幅度增加, 为此要及时调整矿井通风系统, 对不能满足安全生产需要的矿井通风系统进行优化改造。

1 概况

跃进煤矿已有50 a的开采历史, 井田走向长3.8~6.8 km, 倾斜长2.0~3.9 km, 开采面积约22 km2, 开采深度达900余m。矿井开拓方式为斜井多水平分区式上下山开拓, 核定年生产能力为150万t, 截止2008年底, 全矿井可采储量为6 249万t, 矿井尚可服务40 a。

矿井通风方式为中央并列式, 通风方法为抽出式。进风井4个, 即主斜井、副斜井、立井及西风井, 其中立井及西风井为辅助进风井;回风井1个, 即东风井。东风井安装2台 (1台备用) BD-Ⅱ-8-№24轴流式通风机承担全矿井通风任务, 其电动机型号为YBF450M1-8, 转速742 r/min, 功率2×280 k W。运行工况为:排风量6 218 m3/min, 负压2 989 Pa, 风叶角度2.5°。矿井生产集中二水平23、25采区, 23采区采用上下山单翼开采, 25采区采用下山双翼开采。2个采区均布置三条下山 (两进一回) , 交替生产, 交替重叠生产时间三个月左右。其中23下山采区布置一个综放回采工作面, 25采区布置一个综采回采工作面;两个采区共布置4个开掘工作面。西翼22、24采区可采储量为2 504.2万t, 正在开拓准备。

矿井总进风量为5 899 m3/min, 总回风量为6 015 m3/min, 等积孔为2.18 m2, 最大通风流程11.8 km。经计算, 矿井西翼采区开采后, 需风量为328 m3/min。

2 通风系统改造的必要性

(1) 主通风机能力不足。随着矿井开采深度增加和-200 m水平西翼采区的准备, 地温有所升高, 通风线路增长, 通风阻力进一步加大, 西翼采区通风将更加困难。现有主要通风机BD-Ⅱ-8-№24不能满足矿井向深部延伸、西翼采区开拓供风的需要。

(2) 回风路线长。原回风巷道断面小, 扩修困难, 造成通风阻力大, 回风线路长达11 000 m, 增加风量, 通风阻力增加更大。目前, 主扇风叶角度已调至最大负荷值, 不能通过改变风叶角度增大供风量。

(3) 通风阻力大。矿井通风阻力达到2 989 Pa (大于规定要求) , 易造成自燃发火。

(4) 完善注浆系统需要。新回风立井附近有黄土资源, 可利用黄土注浆, 为注浆系统改造节省管路。

3 通风系统改造方案

3.1 设计方案及优缺点

根据井上下对照图及地面地形情况, 按照井筒设计尽量减少压煤、安全、经济的原则, 并考虑对现有生产接替的影响程度以及便于新采区开拓接替等因素, 本次对新风井设计提出2种改造方案。2种改造方案的对比如表1所示, 新风井改造方案示意图如图1所示。

3.2 新回风立井方案确定

通过上述方案比较, 为及早解决矿井风量不足、风阻大、东翼采区采掘工作面地温较高问题, 改善矿井工作环境, 确定方案Ⅱ为新风井施工方案。新回风立井位于井田深部中央, 2#暗副斜井井筒西侧, 距A钻孔约90 m, 落底于2-1煤顶板岩石中, 直接与二水平西翼总回风巷连通, 风井井筒净直径5 m, 净断面19.6 m2, 井深724.8 m。

3.3 主通风机设备选型

经计算矿井需风量为8 328 m3/min, 通风容易时期通风阻力为2 181.3 Pa, 等积孔3.54 m2;通风困难时期;通风阻力为2 450.3 Pa, 等积孔3.34 m2。

根据矿井通风容易、困难时期所需风量、总阻力、通风机附属装置的阻力、自然风压, 计算出矿井通风容易、困难时期所需风量、静压, 在通风机特性曲线上, 选择满足矿井通风需要的通风机, 从而确定通风机的工况点、型号、转速, 而后选择相配套的电动机。

确定选用FBDCZ (B) -10-№32、转速590 r/min型隔爆对旋轴流式主通风机2台, 1台工作, 1台备用。其工况点均处于高效区中, 风机效率达80%以上。每台风机选用高压防爆电机动机2台, 负荷系数为0.9。

4 效果分析

(1) 通风系统改造后, 矿井原回风井、总回风巷、回风井筒变为进风井巷, 在不增加原进风井风量的情况下, 由原回风井承担所增加风量, 解决了深井通风困难问题, 为矿井增加风量改变气候条件创造了条件。

(2) 新风井建成后, 担负全矿井生产通风任务, 主要通风机风量由目前的6 200 m3/min左右提高到9 600 m3/min左右, 矿井供风量增幅较大。

(3) 施工新风井后, 在不增加回风井的前提下, 实现了矿井通风系统改造, 便于管理。

(4) 矿井通风线路减少通风设施22组, 便于通风设施维修管理。

(5) 矿井进风量增加3 400 m3/min, 通风阻力减少800 Pa左右, 从而使通风网络中的通风阻力分配合理且与风量相匹配, 提高了矿井的抗灾、避灾能力。

优化矿井通风系统防止煤层自然发火 篇7

1 简化矿井通风网络结构

易自燃煤层矿井的通风网络结构采用中央分列式和两翼对角式通风方式为佳。其优点有:①进、回风线路相对较短,矿井总风阻较小,所需通风压力随之也小;且进、回风并行距离短,盘区护巷煤柱两侧的风压差较小,其内部漏风量随之变小。采区回采完毕封闭后,可以调节其压力,消除主要通风机风压的影响,防火安全性较高,有利于矿井自然发火的防治。②一旦发生灾变时,便于进行通风调节控制。主进风流发火时,可以防止灾害烟流影响全矿井;工作面或回风流发火时,其灾害烟流可直接排出,波及范围较小。③各个生产水平、采区实施分区通风,可提高矿井通风能力,减少水平或采区的内部漏风量,便于按需调节风量,一旦发生自燃灾害时,便于隔绝封闭火区。

主要通风机与井下通风网络匹配,可在保证矿井安全需风的同时,使矿井通风阻力最小,从而可减小矿井内部漏风量,防止破碎煤柱、工作面采空区、风门前后或密闭里侧附近等处发火。开采易自燃煤层,矿井主要通风机通风压力保持在900~2 500 Pa为宜;并且,主进、回风巷应尽可能避免布置在同一标高的近距离区域内,以防止煤柱被压裂漏风供氧而发火。

常村煤矿虽然一直采用两翼对角混合抽出式通风,但承担全矿井95%以上生产任务的后沟风井因不适宜矿井不断向深部延伸开采的发展要求,主进、回风线路并行长达2 800余m。1998年以前,主采的21盘区采用不合理的“三进一回”通风方式,并且该区回风巷围岩为炭质泥岩,岩性较差,遇水极易膨胀,造成巷道失修变形严重,有效通风断面难以稳定保证。加之矿井服务期较长(服务期为40 a),暂且闲置不用的巷道较多,造成矿井通风网络复杂,风阻达3.874 kg/m7,通风阻力在2 530~2 690 Pa,进、用、回3段阻力2.1∶1.6∶6.3消耗极不合理,内部漏风量超过15%,煤柱、风门前后及密闭区内自然发火现象十分普遍。1998年将该区通风方式由“三进一回”改为“双进双回”,并封闭暂且闲置的巷道,简化矿井通风网络后,全网络风阻降为1.279 kg/m7,矿井内部漏风率稳定在5%~7%,通风阻力降至2.05 kPa,进、用、回3段阻力消耗比例趋于合理,为2.7∶3.5∶4.8,自然发火现象得以有效控制。尤其2000年以后,矿井通风网络进一步简化,煤柱、风门前后及密闭区内自然发火现象消失。

2 合理选择通风设施类型和建造位置

风路中安设风门、调节风窗和密闭后,其上风侧压力升高,下风侧压力降低,客观存在着局部风压差,且设施的隔风程度越好则产生的局部风压差越大,即h密闭>h风门>h调节风门。选择通风设施类型时,应根据要求的隔风程度和所处巷道供风量的变化范围合理选定,以在一定程度上进行卸压,最大限度地降低通风设施上下侧的局部压力差,减少其周边的漏风强度和深度。若选择密闭时,则应尽可能地保证其密封性,使该处的风阻无限大,让两侧间的漏风量趋近于0。通风设施若建于煤巷时,受矿压不断发生动态变化的影响,周围煤体不仅会产生裂隙,而且裂隙随着时间的推移会不断向煤体深部发育加深。当风门两侧的局部风压差达到一定程度,向其周边煤体裂隙的漏风供氧强度适中,碎煤体因氧化而产生的热量大于放散的热量时,就开始蓄积热量,煤温升高,氧化速度加快,达到燃点后便开始燃烧。并且,当风门建于进风煤巷时,在矿井通风负压的作用下,其下风侧任意两点间的压差值将可能增大,容易诱发其他巷道周围破碎煤体氧化积热而发火。因此,能设调节风门的应尽可能设置,且风门或调节风门应尽可能设置在回风侧的岩巷中,以降低风门两侧或风门下风侧煤巷任意两点间的风压差和漏风范围,防止向其周围破碎煤体呈一定强度的连续漏风而快速氧化积热发火。

2000年以前,常村煤矿对通风设施的类型和建造位置认识不够,风门两侧及其下风侧煤巷周围破碎煤体的自燃现象十分严重,据统计,该类火灾占巷道发火次数的35.75%以上。2000年以来,该矿充分意识到该问题后,对风门类型和建造位置认真选择、建造后,该类火灾大幅降低。由近10 a来的统计资料可知,该类火灾发生的次数仅占巷道自燃火灾的18.96%。

3 控制风速,降低向周边的扩散漏风

由于风流在矿井巷道中始终处于被压缩状态,受流体和气体分子自身固有特性的影响,客观存在着“反压缩膨胀”作用,加之巷道壁面凸凹、粗糙不平以及巷中生产设备占用巷道空间等所产生的局部风压的共同作用,风流势必膨胀后向其周边破碎煤体裂隙连续漏风供氧。

当漏风速率适中,破碎煤体的氧化活性得到充分激活,受漏风流流态携散热性能不好的制约,生成的热量远大于散失的热量时,发生自燃的几率增大。尤其是风速达到或超过《煤矿安全规程》规定的风速上限时,向巷道周边破碎煤体的扩散渗流漏风强度和深度随“反压缩膨胀”作用增强而加大,达到一定程度后,不仅高冒区周围或地质构造带附近的碎煤体出现自燃,而且,可诱发高冒区破裂煤体发生高位自燃。因此,适中的风流速度,对防止巷道周边煤体的发火有很好的促进作用。

常村煤矿在巷道支护改革以前,由于受矿压显现剧烈、纯刚性支护耐压性较差的影响,巷道通风断面收缩变形严重,风速达到或超过《煤矿安全规程》规定的上限,巷道周围碎煤体的自燃现象严重。特别是巷顶碎煤体的发火比较普遍,据资料统计,其发火次数占巷道火灾的63.42%。支护工艺和方式改革后,耐压程度大幅提高,巷道受压流变、收缩程度减弱,风速稳定在《煤矿安全规程》规定上限的60%~80%以内,发火现象下降了72.18%。这说明:适宜的风速对向巷道周边碎煤体的扩散漏风而诱发自燃有较强的预防作用。

4 掌握气候变化规律,控制风压波动幅度

气候的变化,不仅造成矿井通风压力、风量随之发生相应的变化,而且井下空气中的含水量(即空气的湿度)也会发生变化,将对煤层自然发火造成一定影响。尤其是春夏和秋冬换季期间,煤层自然发火现象较多,正是由上述原因造成的。

气候对矿井通风压力的影响,主要是自然风压方面。自然风压作为矿井通风的次要动力,随着季节的不同对矿井机械风压的影响趋势存在差异。矿井进风和出风两侧空气柱的高度和平均密度是影响矿井自然风压的2种因素,而空气柱的平均密度主要决定于空气的密度。由于进风侧空气柱的平均密度随地面四季气温而变化,出风侧空气柱的平均密度常年基本不变,致使矿井的自然风压会发生幅度较大的季节性变化。春冬季节,自然风压和机械风压的作用方向相同。而夏季和秋季,则与机械风压的作用方向相反。尤其是进、出风口高差大的矿井,自然风压随季节的变化对机械风压的影响比较明显,甚至在春夏或秋冬换季期间发生昼夜变化。对于正常生产的矿井而言,在风阻基本不变的前提下,自然风压随季节的变化将造成矿井风量发生相应的增减。这种变化进入稳定期后,对煤层自然发火影响不大。但处于气温变化频繁且幅度较大的春夏或秋冬交季期间,矿井通风压力和风量随之发生相应的波动,向通风巷道顶、帮破碎煤体的漏风也发生频繁变化,致使煤体的氧化范围和蓄热环境不稳定,既忽大忽小又频繁变化,极易诱发自然发火。

季节的变化,将造成空气中水蒸气的含量不同。冬春季,地面温度低于井下,风流流经巷道后,温度升高,容纳水分的能力增大,会吸纳巷道周边的水分而使风流的含水量增大或达到饱和状态,漏向巷道顶帮破碎煤体风量的水分将随之增大。碎煤体氧化放热后,由于水分被蒸发需吸收热量,直至水分散失完毕才可进入干馏阶段。因此,可延长煤的自然发火期,减少自然发火的可能性,从而有利于煤层自燃的防治。反之,则有利于煤层自然发火。

常村煤矿进、回风井间的高差在25 m,自然风压平均160~220 Pa,对矿井机械风压的影响较大。风流中的含水量年变化幅度超过60%,其对煤层自然发火的影响比较明显。据1997年以来的统计结果表明:地面温度变化频繁且幅度较大的季节交合期间,巷道自然发火的比例平均为67.2%~74.6%。但适时调整通风系统后,巷道自然发火的比例降低到23.1%~31.7%。

5 结语

矿井通风系统优化及可靠性评价 篇8

矿井通风的任务是通过通风系统向井下工作地点输送新鲜风流, 稀释并排出有毒有害气体, 创造相对适宜的工作环境, 保证工作人员有正常的工作条件, 因此矿井通风在整个井下开采系统中具有十分重要的作用。合理有效地对矿井通风系统进行控制可以提高工人和井下设备的工作效率, 并且还能够在很大程度上杜绝井下灾害事故的发生或将事故灾害影响减少到最小, 矿井通风系统的这两方面作用统称为矿井通风系统的可靠性。所以, 良好的通风条件及特殊时期的风流控制是通风系统可靠性的重要体现, 是保证煤炭资源安全开采的重要前提[1,2]。

1 矿井通风系统可靠性评价与优化

煤矿井下通风是一个复杂的系统工程, 具有动态性、随机性和模糊性的特点, 对其进行设计与优化需要采用先进的理论与方法, 结合时代发展需要的计算机技术, 运用模糊数学、网络图论等理论和方法去设计与评价通风系统, 以期达到最优化与最合理的矿井通风方式。对矿井通风系统进行优化是整个矿井工作的重要内容之一, 矿井通风系统的优化能够减少巷道风流阻力、提高通风效率及节省通风费用, 因此对于矿井通风系统的优化是非常有必要的。矿井通风系统优化应本着通风系统简单有效、安全可靠性高和经济费用合理3项基本原则进行, 优化的内容主要包含两方面工作, 即选择合理的通风系统和评价矿井所建通风系统的优劣。通风优化工作首先是要确定可靠性评判指标, 通风系统评价指标应切合科学、可测、可比和简单的原则, 真实地对矿井通风系统作出合理的评价, 其次, 应该根据矿井实际情况确定合理的评判方法。

1.1矿井通风系统的可靠性评判指标与评判方法

1.1.1矿井通风系统的可靠性评判指标

确定矿井通风系统的可靠性评判指标之后应求各评价指标权值, 建立适宜的评价指标体系, 全面、系统地反映矿井通风系统。矿井通风系统虽然复杂但具有一定的内在规律, 掌握通风系统的内在规律, 确定独立的物理评价指标, 煤矿常用的矿井通风评价指标主要包含3个一级指标, 即技术可行、经济合理及安全可靠。3个一级指标下各自对应有数量不等的二级指标, 根据矿井通风系统需求确定子指标的内容与数量, 一般技术可行一级指标下包含6个二级指标 (矿井风量、矿井风压、矿井风量供需比、单位产量供电量、矿井通风等积孔与矿井通风方式) ;经济合理一级指标下包含4项二级指标 (主要通风机功率、主要通风机效率、单位产量主扇风机电费及单位产量通风机电费) ;安全可靠一级指标下包含3项二级指标 (风机运转稳定性、需风地点风流稳定性和矿井抗灾能力) 。

1.1.2矿井通风系统的可靠性评判方法

受通风系统特点的影响很难确定1套通用、科学的评价方法, 现行的评价方法 (如单指标法、多指标法及综合指标法等) 大多存在一定的局限性, 所考虑的因素相对单一、针对性太强, 难以客观、全面地作出通风系统的优劣性评价, 因此不能普遍应用于矿井通风系统的可靠性评价。就目前而言, 通风系统评价方法主要有单指标法、模糊综合评判法及层次分析法3种, 各评判方法都存在一定的弊端, 近年随技术的不断发现, 尝试将距离判别分析理论 (DDA) 判别法评价矿井通风系统安全可靠性取得了良好的效果, 这也为今后的矿井通风系统的安全可靠性评价开创了一条新思路[3]。

2 确定可靠性评价指标权重

矿井通风系统可靠性评价是一个多因素综合评价问题, 涉及方面较多, 系统评价应以层次体系模型为基础, 将原有复杂的系统因素进行划分, 通常为三级3个层次进行综合评价。第一级指标为C, 即分量化评价;第二级为B, 即综合化评价, 所含子目标集较多;第三级就是对整个矿井通风系统总的系统评价。在深入细致分析的基础上对通风系统进行模糊综合评价, 列出所有参数指标, 并将所有的参数指标进行加权平均, 兼顾影响通风系统运行状态的所有物理量, 系统全面地对其可靠性做出评价, 并制定出优化方案。

因各评价指标对矿井通风系统安全可靠性影响程度各不相同, 所以需要通过一定的方式确定各评价指标之间的关联及对通风系统的影响程度, 定量地反映各指标的重要性情况, 也就是确定评价指标的权重, 又称为“权系数”。权重系数的确定事关整个通风系统可靠性评价与优化的成败, 因各指标参数的数值是微小的, 系数的不同会造成结果有很大的差异, 进而会影响评价结果的准确性, 因此评价指标权重具有十分重要的作用。现行应用较多的评价指标权重确定方法为层次分析法, 文章结合层次分析法定性、定量地将通风系统可靠性评价指标进行重要性排序, 确定出相应的权重系数。

3 建立可靠性评价指标体系

在整个生命周期内, 矿井通风系统的可靠性都受设计时的参数设计与计算方法的影响, 系统投入使用之后矿井的实际风量与风值参数会发生变化, 这些参数的变化都会在整个通风系统中的参数中得到反映, 实际运行中的参数波动应在系统稳定性运行的允许范围内和设计阶段预测参数波动结果相一致。矿井通风系统稳定性的影响因素有很多方面, 总结来说主要包含三大部分, 即通风网络、设施与动力装置, 三大部分的良好工作状态是通风系统运行可靠性的保障。一旦出现灾害事故, 为防止事故灾害的进一步扩大, 需要矿井通风防灾救灾系统及时地调节风量、风向, 控制风流将灾害事故造成的影响减小到最低程度, 因此为保障通风系统运行的可靠性, 建立相应的安全保障体系是非常有必要的。而为了解矿井通风系统的运行状态, 需要实时地进行矿井通风安全监测, 便于问题的早日发现与治理, 通风安全监测工作主要是监测通风设施和设备的状态参量与通风参数、气体质量等的数据参数。

从需求出发建立可靠性指标体系, 因此可靠性评价指标体系的建立可以有不同的形式, 涵盖的通风系统的内容与范围也不相同。本着可靠性评价指标建立的基本原则, 煤矿常用的指标评价体系有3种:a) 日常系统运行可靠性指标体系B1, 涵盖的指标参数主要有O2、CO2、CO、CH4等气体, 权重系数的确定以各气体含量浓度的最大值作为计算依据;b) 特殊时期通风系统的运行可靠性指标体系B2;c) 矿井安全监测系统可靠性的参数指标体系B3, 系统评价结果为3个等级A、B、C, 分别对应合格、基本合格与待整改, 通风系统等级评判的标准参考相关规定与以往的工作经验[4]。

4 结语

矿井通风系统的运行可靠性影响到整个煤矿的通风质量与安全状况, 是煤矿生产效率的有效保障, 因此对通风系统的优化与可靠性评价具有重要的意义。矿井通风系统的优化与评价应以煤矿实际情况为基础, 毕竟矿井通风系统是一个动态的、复杂的系统工程, 如不以矿井通风系统实时的动态数据作为理论计算基础, 进行指标参数的确定与权重系数的计算, 矿井通风系统的可靠性评价与优化将不具有实用的意义[5]。

参考文献

[1]马红伟, 陆刚, 丁兆国.矿井通风系统可靠性评价摸型研究[J].煤炭技术, 2008 (12) :32-38.

[2]李海波.矿井通风系统优化及可靠性评价[J].煤炭技术, 2008 (5) :23-25.

[3]陈鹏.矿井通风系统可靠性评价研究[D].合肥:安徽理工大学, 2003.

[4]王洪德, 马云东.矿井通风系统可靠性理论与应用研究[M].北京:煤炭工业出版社, 2004.

矿井通风系统优化设计 篇9

针对目前矿井通风网络计算的应用软件所存在的软件不系统、功能不够全面、可维护性和可扩展性差等问题, 开发了一套集矿井通风系统立体图绘制、风网解算、结果数据标注一体化的矿井通风仿真系统, 用以解决矿井通风信息管理、矿井通风系统三维立体图的自动生成、矿井通风网络自动解算、风网参数的自动标注等, 直观地反映矿井通风网络的实际面貌和通风状态, 为矿山通风管理者监控井下的通风状况提供了有效的方法, 为矿井通风系统调节提供了技术依据。该系统界面友好、操作简单、可视性强, 具有非常好的通用性和实用性。

1 系统结构设计

系统采用C/S体系结构设计开发, 以可视化编程语言VB6.0开发用户界面, 结合SQL Server 2000建立数据库管理巷道和风路数据, 采用ODBC技术进行数据库访问;选用SolidWorks 2006为软件平台进行矿井通风网络仿真, 以三维实体图形绘制巷道图形;采用FROTRAN语言编写风网解算程序;以水晶报表9.0, 实现各种数据报表的打印输出。各个部分有机结合, 形成一个有机整体, 实现仿真与优化的一体化[1]。系统总体功能如图1所示。

2 三维仿真模块开发

2.1 仿真程序设计

以往的矿井通风仿真大多以AutoCAD为平台, 鉴于AutoCAD在三维功能方面的不足, 该系统选用SolidWorks为软件平台进行三维仿真, 主要因为:① SolidWorks具有卓越的三维和曲面造型能力, 而AutoCAD在二维造型方面优点突出, 在三维造型上则显得薄弱;② SolidWorks有强大的参数化特征造型能力, 其二次开发方便快捷;③ SolidWorks有大型装配处理的功能, 有丰富的图形文件类型;④ SolidWorks有丰富的图形显示及视图方式;⑤ SolidWorks对AutoCAD有良好的兼容性。

系统采用VB设计用户界面, 通过API 接口调用SolidWorks进行二次开发, 绘制井下通风巷道的三维实体图形。矿井通风巷道有竖井、斜井、中段分支巷道等类型, 为了建模方便, 根据中段巷道走向的不同, 又将其分为平行x轴巷道、平行y轴巷道和任意走向巷道。针对不同的类型, 分别采用SolidWorks的拉伸、扫描、旋转、放样等特征工具绘制巷道三维实体图。绘图基本步骤:创建 (选择) 草图平面→绘制截面草图→选择特征工具→创建特征[2]。巷道建模流程如图2所示, 采用空间三维到二维图形转换算法, 计算巷道截面坐标。其中S, E表示巷道始、末节点, (Xs, Ys, Zs) 、 (Xe, Ye, Ze) 为始、末节点的三维空间坐标, H, V, W分别表示三坐标面体系中的水平、正面和侧面投影面。

2.2 仿真功能实现

通风网络仿真功能的实现主要有如下4个方面:

1) 节点/巷道数据输入:

节点编号和坐标, 巷道编号、名称、始末节点、属性 (如默认、新增、未掘、废弃, 不同类型巷道有不同显示颜色) 等基本数据, 均在此输入、编辑及查询。

2) 网络图的绘制:

系统采用零件的形式绘制各个中段的网络图, 然后将所有中段零件以合理的位置和约束关系装配成通风网络装配体。这种自底向上的构图模式, 既利于图形的修改又利于用户浏览。此外, 系统还提供了多种巷道截面类型供选用。

3) 网络图的编辑修改:

在中段巷道图中增加、删除巷道或修改巷道属性, 也可删除某个中段的图形文件。中段巷道图更改后, 整体通风网络图会自动更新。

4) 网络图的浏览打印:

通风网络可以线框图或上色等不同模式显示, 也可以RGB256的任意色彩显示, 用户可以任意比例和任意视角浏览网络图。无论是中段或整体的通风网络图都可以转化为DWG形式的工程图, 在AutoCAD平台下打开[3]。

3 通风网络解算

3.1 通风网络解算程序设计

通风网络解算方法较多, 但目前国内外应用计算机对通风网络解算的方法主要有斯考德—恒斯雷 (D.Scott—F.Hinslye) 法、牛顿—拉夫森 (Newton—Raphson) 法、节点法等。每一种算法各具特点, 各有优势与不足。笔者采用的是节点风压法结合Hardy—Cross迭代算法。

主要分为三大部分:数据输入、风网解算、数据输出。风网和风机原始数据为全局变量, 其他计算变量则由参数在各模块之间传递, 从而避免了一些不必要的参数传递, 提高了运行速度。程序运行之前须建造一个原始数据文件, 其数据结构为分支始点和终点、分支摩擦阻力、分支自然风压、分支初设风量、固定风量分支、风机原始数据、风机位置及风机编号等, 该原始数据在程序运行开始读入内存。风网解算是该程序的主体部分, 其中包括风阻解算、基本关联矩阵解算、风网解算等过程。由于采用节点风压法, 程序编制结构简单、思路清晰, 采用全选主元素法子程序解算节点压力方程组, 迭代速度较快, 对于具有500个节点、550条分支的算例, 只需2 s迭代40次即可解算出结果, 其结果自动生成文件输出。程序的运行速度与初设风量有一定的关系, 如果初设风量不合适, 其结果很可能发散;初设风量合适, 迭代收敛的速度很快。因此, 在程序运行之前一定要对初风量进行比较精确地设置[4]。通风网络解算程序流程如图3所示, 解算程序以FORTRAN语言开发, 可分析2 500条边、2 500个节点、1 200个独立网孔、350个恒压源、5种不同类型的16台风机同时运行的网络, 并可随意扩展。

3.2 功能实现

1) 原始数据输入:

系统可以进行多种通风方案的设计。通过用户界面输入各种方案的风路参数和风机特性曲线参数, 生成各方案的网络解算初始数据文件。

2) 网络解算:

利用VBA接口, 通过SHELL函数调用风网解算程序对不同通风方案进行解算, 生成该方案的解算结果文件, 并将解算结果数据导入后台数据库。

3) 工作面风量诊断:

根据设定的不同类型作业面风量标准, 诊断解算结果数据, 判断各作业面风量是否达到通风要求。若不符合要求, 则重新进行解算, 直到得出符合要求的通风方案。

4) 解算结果标注:

把最优的风网解算结果数据, 以箭头和文字的形式, 标注到通风网络三维仿真图上对应的巷道上, 包括风流方向、风量大小、风阻大小等, 实现仿真与优化的有机结合, 方便用户直观地了解整个矿井的通风效果。

5) 解算结果查询与打印:

查询不同方案的解算结果数据, 优选最佳方案, 生成结果报表。报表有多种格式, 如以水晶报表开发的固定格式“内部数据报表”、Excel、PDF、文本文件格式等, 用户可以脱离仿真系统另外编辑和打印。

4 数据管理

1) 数据库备份与恢复:

系统的后台以SQL Server为数据库支撑。用户可以在用户界面上方便地对数据库进行备份和恢复, 以防止数据由于意外原因丢失, 不需要到后台服务器上操作。

2) 图库备份与恢复:

图库更新后, 为防止图形文件的丢失或损坏, 可以将其备份出来, 在必要的时候使用恢复功能恢复图库。

5 应用示例

某大型金属矿山井下11个中段同时作业, 41个作业面同时用风。矿井通风网络的分支风路为442条, 风路节点数298个, 网孔数145, 5种不同类型风机同时运行。拟定的3个通风系统方案在技术经济方面均可行, 为确定最佳方案, 用通风仿真系统对其进行进一步优化, 结果见表1, 其中实际节点风量和实际网孔风量的最大误差均小于1.0×10-5, 实际网孔阻力的最大误差均小于8.0×10-6。方案一通风网络三维仿真效果图见图4。

从表1可以看出, 3个通风系统方案的供风量均能满足设计要求, 但方案一的通风效果最优, 且从根本上解决了工作面风量不足、分风困难、通风构筑物的位置设置等实际问题。

6 结语

以VB为开发工具, 以SolidWorks为图形平台, 以FORTRAN程序为支持, 以SQL Server为后台数据库, 开发了一套矿井通用的通风系统仿真与优化软件, 实现了矿井通风网络的信息管理、通风系统方案优化、通风网络三维仿真等功能。系统界面友好, 操作方便, 已在国内多个金属矿山应用, 为矿山企业提供了安全技术支撑和现代化通风管理手段。该系统对提高矿山的通风管理水平和生产效率, 促进矿井的安全生产等具有重要的意义, 有良好的实用价值和推广应用前景。

参考文献

[1]林建广, 赵恩平, 蒋仲安, 等.矿井通风网络图绘制与解算一体化系统的研制[J].矿业工程, 2006 (6) :56-58.

[2]沈, 王海宁, 黄国平.基于SolidWorks的矿井通风系统三维仿真模型[J].矿业安全与环保, 2007 (6) :40-42.

[3] (美) SolidWorks公司.SolidWorks API二次开发[M].生信实维公司, 编译.北京:机械工业出版社, 2005.

矿井高效低耗通风系统构成方式简析 篇10

【关键词】矿井高效低耗通风系统；构成方式

1、引言

随着社会的发展，各个矿产企业得到了迅速的发展，这在一定程度上促进了我国经济的发展，在矿产企业之中，矿井通风系统的能耗是矿井能源消耗的主要部分，随着矿井开采的延伸，内部的通风系统也越来越复杂，通风设备的老化、通风阻力分布的失衡以及通风设备的设置不科学等问题逐渐凸显出来，因此，研究一种矿井高校低耗的通风系统对于实现节能减排、保证矿井的安全生产有着极为重要的意义。

2、矿井高效低耗通风系统构成模式的建设

矿井通风就是为矿井的生产创造一种适宜的微气候条件，从而达到保证煤矿安全生产和职工身体健康的目的，为了达到这个目的，就要建立起由通风机、通风调节设施、井巷等一系列设置组成的矿井通风系统，在这个系统中，矿井通风是安全生产的重要前提，因此，建立高效低耗的通风系统已经成为各个煤矿生产的重要目标之一。在现阶段矿井通风系统的建设过程中，大多未将矿井通风系统看做一个有机的整体，对于系统的优化也没有从安全和高效低耗的角度来思考，因此，也就没有形成科学、规范、系统的通风节能模式，因此，在设计系统的过程中，必须根据煤矿生产的实际情况，合理调整通风系统，优化通风网路，保证系统和风机的匹配性，以便降低煤矿企业的生产成本。

2.1矿井通风系统的能耗

矿井通风系统是一项复杂的工作，其建设的目的是为井下的作业提供一种良好的工作环境，矿井通风系统主要包括矿井通风网路、风流控制设施以及矿井通风动力几种设置沟通，很多矿井的通风能耗大，其根本原因就是由于矿井通风系统的设置不科学。通风系统的建设是一个宽泛的概念，想要建立一种高效低耗的通风系统，必须要控制好矿井通风网路、风流控制设施以及矿井通风动力间的衔接关系，通风节能系统不仅与安全性设备有关，与井巷系统也有着一定的关系，以上几种系统通过协调的工作，就可以进行矿井通风工作。这几个系统是一种独立的关系，但是也有着一定的关联性和制约性。因此，从这一层面来说，通风节能系统是一个整体性很强的问题，其节能的策略就是应用系统工程的技术，从整体、安全可靠、系统优化的目的出发，对系统进行综合分析，并使用相关的技术手段，优化通风系统的结构、强化通风系统的管理，在满足通风目的的条件下，减少能量的损失，降低能量供给，提高能量利用率，在安全的基础之上，实现既定的目标。

2.2通风系统能耗特征

在通风系统的工作过程中，需要在相关的路线中设置好通风设施，以便控制和调节正常区域内的通风。建设良好的通风建筑物对于实现通风节能的目的有着重要的作用。矿井中的局部阻力一般是其摩擦力的20%左右，但是由于各种客观因素，如维护管理因素、安装质量因素、建筑物尺寸等因素的影响，很多矿井的局部阻力过大，有些局部阻力甚至占到了整个矿井的1/3，一些矿井对于风窗的设置也不符合相关的标准规定，很多矿井中也存在滥设风窗的情况，导致矿井阻力越来越大，通风情况也越来越差。因此，为了保证通风设施的质量，必须要采取适当的措施来就避免人为增阻现象的产生，实现节能的目的。

2.3通风网络的优化

优化通风网络和通风布局是保证通风系统能够安全可靠运行的关键因素，为了改善通风困难的情况，在设置通风系统时，应该尽可能的将废旧的井巷利用起来，建设好多井巷回风并联通风网络，科学的安排好采掘接续，促进井下风压的均匀分布，减少漏风情况的产生，使风机的开启更加灵活，更易于调节，以便达到通风节能的目的。在优化通风网络时，需要对网络进行详细的计算，以便在满足并巷风量以及工作面的前提之下，要将整个网络的功耗降低至最小化。一般情况下，通风网络分为自然分风网络、控制型通风网络以及一般型通风网络三种，对于控制型的通风网络，需要根据调控设施和风机的位置来计算出降压以及回路风压平衡的数值，再使用关键路径法和线性规划法来实现。对于一般型的通风网络，这种网络的优化较难实现，因此，关于这类的问题一般使用非线性的规划来实现，可以使用约束变尺度法、罚函数法、混合罚函数法以及广义简约梯度法来实现。

2.4通风建筑物的设置

如果没有对通风建筑物进行科学合理的设置，不仅会导致通风系统的安全性能降低，也会导致通风系统的阻力增加，因此，通风建筑物适量和位置的设计十分重要。对于建筑物的设计要经过科学的技术论证，在设置前要综合的考虑到各种可能发生的情况，再综合的考虑矿井的实际情况来确定建筑物设置的位置。在建筑物设置完成后，要对各个分支的风流情况进行調查，如果发现问题要在第一时间进行处理，保证煤矿实现安全的生产。

3、结语