摘 要：本文基于傳統(tǒng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)工作效率低，能耗比較大，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理工作量大等缺陷，提出采用新型多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站礦井通風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用可視化度高的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件能夠大大加強(qiáng)礦井通風(fēng)的管理力度，提高了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)工作效率，降低了能耗，保證為礦井作業(yè)地點(diǎn)提供足夠的新風(fēng)量，優(yōu)化了工作空間氣候環(huán)境條件，具有較好的實(shí)用情景。
關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)系統(tǒng)、工作效率、能耗、數(shù)據(jù)處理、仿真軟件、新風(fēng)量
0前言
礦井通風(fēng)系統(tǒng)是向作業(yè)地點(diǎn)供給新鮮空氣，排出污濁空氣的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力和通風(fēng)控制設(shè)施等構(gòu)成的工程體系。它對(duì)全礦的通風(fēng)安全狀況具有全局性的影響。礦山安全規(guī)程規(guī)定，每個(gè)礦井必須有完整的合理的通風(fēng)系統(tǒng)。
本世紀(jì)50年代開始，我國(guó)煤礦逐步建立機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)；60年代，建立分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)和棋盤式通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)；70年代，出現(xiàn)梳式通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、爆堆通風(fēng)，推廣地溫預(yù)熱技術(shù)及云錫的排氡通風(fēng)經(jīng)驗(yàn)等；80年代，我國(guó)煤礦通風(fēng)技術(shù)以節(jié)約能耗為中心有了比較快的發(fā)展；90年代，我國(guó)開展高產(chǎn)高效礦井建設(shè)，礦井自然發(fā)火預(yù)測(cè)系統(tǒng)，快速高效堵露風(fēng)等技術(shù)突飛猛進(jìn)；近時(shí)期我國(guó)取得的主要成就有：高效節(jié)能風(fēng)機(jī)的研制與推廣；礦井火災(zāi)時(shí)風(fēng)流非穩(wěn)定流動(dòng)規(guī)律的研究不斷深化，建立起若干典型風(fēng)流控制方案；多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站通風(fēng)新技術(shù)的應(yīng)用；礦井通風(fēng)網(wǎng)路的節(jié)能技術(shù)改造；建立礦井通風(fēng)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)和井下風(fēng)流調(diào)控技術(shù)與手段的完善；深井熱源、空氣與圍巖熱交換和礦井熱環(huán)境控制理論與技術(shù)有較大進(jìn)展，初步形成礦內(nèi)熱力學(xué)理論體系等。
1礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要意義
礦井通風(fēng)的目的是為礦井各用風(fēng)場(chǎng)所提供足夠的新鮮風(fēng)量，保證作業(yè)空間良好氣候條件，沖淡或稀釋有毒有害氣體和礦塵等。而礦井通風(fēng)狀況的好壞，在很大程度上直接影響到礦井的安全生產(chǎn)、礦井的經(jīng)濟(jì)效益、礦井的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)及礦井災(zāi)害時(shí)期的應(yīng)變能力等。因此，在礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)期間，均應(yīng)對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性進(jìn)行分析。
建立完善的礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的基本保證。目前用通風(fēng)方法排除井下瓦斯、粉塵和熱量的平均能力，估計(jì)為：排除全礦井瓦斯量的80%-90%；排除回采工作面瓦斯量的70%-80%；排除裝有抑塵裝置回采工作面粉塵量的20%-30%；排除深井回采工作面熱量的60%-70%。礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是礦井設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，是反映礦井設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平的關(guān)鍵因素之一。它不僅關(guān)系著礦井建設(shè)速度、投產(chǎn)時(shí)間、基建投資的多少，而且對(duì)礦井投入生產(chǎn)后的生產(chǎn)面貌和經(jīng)濟(jì)效益也有長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。生產(chǎn)礦井由于生產(chǎn)布局的變化、自然條件的影響及生產(chǎn)能力的提高，必須進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)的改造。礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造是生產(chǎn)礦井改造的重要內(nèi)容之一。
2傳統(tǒng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)
我國(guó)煤礦自50年代開始采用機(jī)械通風(fēng)，但風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率一直較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率僅約40%，比設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)效率降低一半以上。通風(fēng)能耗約占礦井總能耗的1/3，通風(fēng)電費(fèi)約占通風(fēng)能耗的70%。大型礦井的風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率高達(dá)數(shù)千千瓦，年通風(fēng)電費(fèi)達(dá)數(shù)百萬元。造成礦井通風(fēng)系統(tǒng)能耗高的主要原因是：①通風(fēng)方法和設(shè)計(jì)手段；②風(fēng)機(jī)性能；③管理水平。
我國(guó)礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)多數(shù)采用統(tǒng)一的主扇通風(fēng)系統(tǒng)，漏風(fēng)系數(shù)取得大以及按最困難時(shí)期的最大風(fēng)壓選擇風(fēng)機(jī)，使選取的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓過高，通風(fēng)系統(tǒng)建成后，由于煤礦開采技術(shù)上的特點(diǎn)，致使主扇的工況點(diǎn)風(fēng)壓比設(shè)計(jì)的風(fēng)壓低得多。我國(guó)大多數(shù)煤礦所使用的70B2風(fēng)機(jī)屬于高、中風(fēng)壓和中流量風(fēng)機(jī)，高效率區(qū)多在2000-3000Pa范圍內(nèi)。而煤礦當(dāng)風(fēng)量為40-90m3/s時(shí)，礦井總阻力多在600-900Pa之間。風(fēng)機(jī)等積孔與礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)等積孔不匹配，使風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在低效率區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)。
3礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究
3.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)遵循的原則
新礦井在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)或生產(chǎn)礦井在進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)礦井的地質(zhì)條件、礦井開拓和生產(chǎn)布局可擬定出很多可行的設(shè)計(jì)一方案，并且各個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。要從眾多的方案中確定出最優(yōu)的通風(fēng)系統(tǒng)方案，必須首先確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)的評(píng)判指標(biāo)。
3.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)展
由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)非常復(fù)雜，通風(fēng)系統(tǒng)的解算是相當(dāng)復(fù)雜的，手工解算或是利用傳統(tǒng)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件解算工作量太大根本無法達(dá)到及時(shí)得到井下通風(fēng)狀況的目的。所以開發(fā)出一個(gè)功能強(qiáng)大、界面友好、操作簡(jiǎn)潔方便、可視化度高的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件能夠大大加強(qiáng)礦井通風(fēng)的管理力度，為保證煤礦安全生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。
戚宜欣利用專家系統(tǒng)技術(shù)，符火災(zāi)救災(zāi)專家經(jīng)過多年實(shí)踐得出的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)收集起來，經(jīng)過整理加工，形成有關(guān)控風(fēng)措施的知識(shí)庫；此外，根據(jù)巷道供風(fēng)作用為巷道分類，從而形成數(shù)據(jù)庫，最后編制成推理機(jī)。
劉劍于1993年開發(fā)FortranCAD系統(tǒng)，可查詢采場(chǎng)剖分信息，根據(jù)漏風(fēng)源匯位置坐標(biāo)，可查詢對(duì)應(yīng)的單元號(hào)，是否為邊界單元等等；根據(jù)漏風(fēng)源匯的漏風(fēng)量，計(jì)算單元號(hào)，確定單元均質(zhì)區(qū)號(hào)及滲透系數(shù)等；繪制二維或三維的采場(chǎng)域圖、均質(zhì)區(qū)劃分圖、漏風(fēng)源匯位置及編號(hào)圖、采場(chǎng)剖分圖、流線或流管圖、等壓線或等壓面圖等。
譚國(guó)運(yùn)開發(fā)Fortran77 Dbase-Ⅲ采用通路法進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，在計(jì)算風(fēng)網(wǎng)調(diào)節(jié)的同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)通風(fēng)阻力最大的區(qū)段和地點(diǎn)，為降低阻力，改造通風(fēng)系統(tǒng)提供途徑；其次，該系統(tǒng)采用一體化通風(fēng)管理方法，收到良好效果。
4新型多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站礦井通風(fēng)系統(tǒng)
4.1新型多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站特點(diǎn)
多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站具有顯著的優(yōu)越性，它既可提高礦井有效風(fēng)量率，又可節(jié)省電能消耗。我國(guó)自1983年開始該通風(fēng)技術(shù)的試驗(yàn)研究以來，先后有幾十個(gè)大中型非煤礦井采用此技術(shù)，改造原有的通風(fēng)系統(tǒng)，都取得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。例如我國(guó)重慶煤科院研發(fā)的2BE1系列水環(huán)真空泵主要用于抽吸不含固體顆粒、不融于水、無腐蝕性的氣體，通過改變?nèi)~輪材料、結(jié)構(gòu)，亦可用于抽吸腐蝕性氣體，廣泛用于煤礦、石油化工、食品等各種粗真空系統(tǒng)行業(yè)。該系列泵采用軸向單作用結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，運(yùn)行可靠，高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，并能適應(yīng)載荷沖擊波動(dòng)等惡劣工況。
所謂多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站，即是由幾級(jí)(至少是三級(jí)以上)風(fēng)機(jī)站接力地將地表新風(fēng)直接送到井下作業(yè)區(qū)，將污風(fēng)抽排到地表。其需風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)量調(diào)節(jié)基本上由風(fēng)機(jī)控制，盡量避免用風(fēng)窗調(diào)節(jié)，以提高系統(tǒng)的可控性，使礦井通風(fēng)系統(tǒng)真正做到按需供風(fēng)。
4.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能風(fēng)機(jī)的推廣應(yīng)用
目前我國(guó)中煤科工集團(tuán)重慶研究院自主生產(chǎn)的抽出式局部通風(fēng)機(jī)與我國(guó)煤礦巷道通風(fēng)機(jī)參數(shù)合理匹配，為新型掘進(jìn)施工或引排瓦斯用通風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)具有大流量、高風(fēng)壓、高效率、低噪聲、系列化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維修方便等特點(diǎn)，用于處理井下局部瓦斯積聚或與除塵裝備聯(lián)合使用用于工作面除塵。對(duì)于FQC系列礦用氣動(dòng)抽出式塑料葉輪軸流局部通風(fēng)機(jī)，以其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕等特點(diǎn)適用于煤礦井下作抽出式局部通風(fēng)用，也可作為冶金礦山、隧道工程等局部通風(fēng)設(shè)備。又如智能局部通風(fēng)機(jī)是根據(jù)國(guó)內(nèi)礦井通風(fēng)現(xiàn)狀，為了減少掘進(jìn)巷道瓦斯事故及實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗而研發(fā)的一種新型壓入式局部通風(fēng)機(jī)，為我國(guó)研究礦井通風(fēng)節(jié)能技術(shù)有重要意義。
4.3礦井通風(fēng)技術(shù)研究的進(jìn)展和方向
新型礦井通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)為礦井各用風(fēng)場(chǎng)所提供足夠的新鮮風(fēng)量，保證作業(yè)空間良好氣候條件，沖淡或稀釋有毒有害氣體和礦塵等，礦井通風(fēng)技術(shù)研究的進(jìn)展和方向主要是：在礦井通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造與建設(shè)中，不存在統(tǒng)一的技術(shù)模式，應(yīng)根據(jù)各自系統(tǒng)的具體條件，沿著多種技術(shù)途徑發(fā)展。這些途徑主要是：分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)、多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)、主—輔多風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、統(tǒng)一主扇通風(fēng)系統(tǒng)；新型、高效、節(jié)能礦用風(fēng)機(jī)的研制與應(yīng)用；采用優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)；礦井通風(fēng)系統(tǒng)的微機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)研究等。
5 結(jié)語
實(shí)踐表明，與傳統(tǒng)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)比較，新型礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高，可為礦井各用風(fēng)場(chǎng)所提供足夠的新鮮風(fēng)量，保證作業(yè)空間良好氣候條件下，具有高效、節(jié)能的特點(diǎn)， 簡(jiǎn)化了礦井風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)量大的問題，提升了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的效率。
