摘 要：本文基于傳統(tǒng)礦井通風系統(tǒng)的風機工作效率低，能耗比較大，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理工作量大等缺陷，提出采用新型多風機多級機站礦井通風系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用可視化度高的通風網(wǎng)絡(luò)仿真軟件能夠大大加強礦井通風的管理力度，提高了礦井通風系統(tǒng)的風機工作效率，降低了能耗，保證為礦井作業(yè)地點提供足夠的新風量，優(yōu)化了工作空間氣候環(huán)境條件，具有較好的實用情景。
關(guān)鍵詞：礦井通風系統(tǒng)、工作效率、能耗、數(shù)據(jù)處理、仿真軟件、新風量
0前言
礦井通風系統(tǒng)是向作業(yè)地點供給新鮮空氣，排出污濁空氣的通風網(wǎng)絡(luò)、通風動力和通風控制設(shè)施等構(gòu)成的工程體系。它對全礦的通風安全狀況具有全局性的影響。礦山安全規(guī)程規(guī)定，每個礦井必須有完整的合理的通風系統(tǒng)。
本世紀50年代開始，我國煤礦逐步建立機械通風系統(tǒng)；60年代，建立分區(qū)通風系統(tǒng)和棋盤式通風網(wǎng)絡(luò)；70年代，出現(xiàn)梳式通風網(wǎng)絡(luò)、爆堆通風，推廣地溫預(yù)熱技術(shù)及云錫的排氡通風經(jīng)驗等；80年代，我國煤礦通風技術(shù)以節(jié)約能耗為中心有了比較快的發(fā)展；90年代，我國開展高產(chǎn)高效礦井建設(shè)，礦井自然發(fā)火預(yù)測系統(tǒng)，快速高效堵露風等技術(shù)突飛猛進；近時期我國取得的主要成就有：高效節(jié)能風機的研制與推廣；礦井火災(zāi)時風流非穩(wěn)定流動規(guī)律的研究不斷深化，建立起若干典型風流控制方案；多風機多級機站通風新技術(shù)的應(yīng)用；礦井通風網(wǎng)路的節(jié)能技術(shù)改造；建立礦井通風計算機管理系統(tǒng)和井下風流調(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)有較大進展，初步形成礦內(nèi)熱力學理論體系等。
1礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的重要意義
礦井通風的目的是為礦井各用風場所提供足夠的新鮮風量，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)濟效益、礦井的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)及礦井災(zāi)害時期的應(yīng)變能力等。因此，在礦井通風設(shè)計與生產(chǎn)期間，均應(yīng)對礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性進行分析。
建立完善的礦井通風系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的基本保證。目前用通風方法排除井下瓦斯、粉塵和熱量的平均能力，估計為：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%。礦井通風系統(tǒng)設(shè)計是礦井設(shè)計的主要內(nèi)容之一，是反映礦井設(shè)計質(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)時間、基建投資的多少，而且對礦井投入生產(chǎn)后的生產(chǎn)面貌和經(jīng)濟效益也有長遠的影響。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，必須進行礦井通風系統(tǒng)的改造。礦井通風系統(tǒng)改造是生產(chǎn)礦井改造的重要內(nèi)容之一。
2傳統(tǒng)礦井通風系統(tǒng)
我國煤礦自50年代開始采用機械通風，但風機的運轉(zhuǎn)效率一直較低。據(jù)統(tǒng)計風機運轉(zhuǎn)效率僅約40%，比設(shè)計的風機效率降低一半以上。通風能耗約占礦井總能耗的1/3，通風電費約占通風能耗的70%。大型礦井的風機裝機功率高達數(shù)千千瓦，年通風電費達數(shù)百萬元。造成礦井通風系統(tǒng)能耗高的主要原因是：①通風方法和設(shè)計手段；②風機性能；③管理水平。
我國礦井通風系統(tǒng)設(shè)計多數(shù)采用統(tǒng)一的主扇通風系統(tǒng)，漏風系數(shù)取得大以及按最困難時期的最大風壓選擇風機，使選取的風機風壓過高，通風系統(tǒng)建成后，由于煤礦開采技術(shù)上的特點，致使主扇的工況點風壓比設(shè)計的風壓低得多。我國大多數(shù)煤礦所使用的70B2風機屬于高、中風壓和中流量風機，高效率區(qū)多在2000-3000Pa范圍內(nèi)。而煤礦當風量為40-90m3/s時，礦井總阻力多在600-900Pa之間。風機等積孔與礦井通風網(wǎng)絡(luò)等積孔不匹配，使風機長期在低效率區(qū)運轉(zhuǎn)。
3礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究
3.1礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計遵循的原則
新礦井在通風系統(tǒng)設(shè)計或生產(chǎn)礦井在進行通風系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計時，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)計一方案，并且各個方案各有優(yōu)缺點。要從眾多的方案中確定出最優(yōu)的通風系統(tǒng)方案，必須首先確定礦井通風系統(tǒng)的評判指標。
3.2礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計進展
由于礦井通風系統(tǒng)非常復(fù)雜，通風系統(tǒng)的解算是相當復(fù)雜的，手工解算或是利用傳統(tǒng)的通風網(wǎng)絡(luò)解算軟件解算工作量太大根本無法達到及時得到井下通風狀況的目的。所以開發(fā)出一個功能強大、界面友好、操作簡潔方便、可視化度高的通風網(wǎng)絡(luò)仿真軟件能夠大大加強礦井通風的管理力度，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)過多年實踐得出的經(jīng)驗和教訓(xùn)收集起來，經(jīng)過整理加工，形成有關(guān)控風措施的知識庫；此外，根據(jù)巷道供風作用為巷道分類，從而形成數(shù)據(jù)庫，最后編制成推理機。
劉劍于1993年開發(fā)FortranCAD系統(tǒng)，可查詢采場剖分信息，根據(jù)漏風源匯位置坐標，可查詢對應(yīng)的單元號，是否為邊界單元等等；根據(jù)漏風源匯的漏風量，計算單元號，確定單元均質(zhì)區(qū)號及滲透系數(shù)等；繪制二維或三維的采場域圖、均質(zhì)區(qū)劃分圖、漏風源匯位置及編號圖、采場剖分圖、流線或流管圖、等壓線或等壓面圖等。
譚國運開發(fā)Fortran77 Dbase-Ⅲ采用通路法進行風量調(diào)節(jié)，在計算風網(wǎng)調(diào)節(jié)的同時可以發(fā)現(xiàn)通風阻力最大的區(qū)段和地點，為降低阻力，改造通風系統(tǒng)提供途徑；其次，該系統(tǒng)采用一體化通風管理方法，收到良好效果。
4新型多風機多級機站礦井通風系統(tǒng)
4.1新型多風機多級機站特點
多風機多級機站具有顯著的優(yōu)越性，它既可提高礦井有效風量率，又可節(jié)省電能消耗。我國自1983年開始該通風技術(shù)的試驗研究以來，先后有幾十個大中型非煤礦井采用此技術(shù)，改造原有的通風系統(tǒng)，都取得了明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。例如我國重慶煤科院研發(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)簡單，維修方便，運行可靠，高效節(jié)能的優(yōu)點，并能適應(yīng)載荷沖擊波動等惡劣工況。
所謂多風機多級機站，即是由幾級(至少是三級以上)風機站接力地將地表新風直接送到井下作業(yè)區(qū)，將污風抽排到地表。其需風點的風量調(diào)節(jié)基本上由風機控制，盡量避免用風窗調(diào)節(jié)，以提高系統(tǒng)的可控性，使礦井通風系統(tǒng)真正做到按需供風。
4.2礦井通風系統(tǒng)節(jié)能風機的推廣應(yīng)用
目前我國中煤科工集團重慶研究院自主生產(chǎn)的抽出式局部通風機與我國煤礦巷道通風機參數(shù)合理匹配，為新型掘進施工或引排瓦斯用通風機，該風機具有大流量、高風壓、高效率、低噪聲、系列化、結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便等特點，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。對于FQC系列礦用氣動抽出式塑料葉輪軸流局部通風機，以其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕等特點適用于煤礦井下作抽出式局部通風用，也可作為冶金礦山、隧道工程等局部通風設(shè)備。又如智能局部通風機是根據(jù)國內(nèi)礦井通風現(xiàn)狀，為了減少掘進巷道瓦斯事故及實現(xiàn)局部通風機節(jié)能降耗而研發(fā)的一種新型壓入式局部通風機，為我國研究礦井通風節(jié)能技術(shù)有重要意義。
4.3礦井通風技術(shù)研究的進展和方向
新型礦井通風系統(tǒng)應(yīng)為礦井各用風場所提供足夠的新鮮風量，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，礦井通風技術(shù)研究的進展和方向主要是：在礦井通風系統(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)通風系統(tǒng)、多風機多級機站通風系統(tǒng)、主—輔多風機系統(tǒng)、統(tǒng)一主扇通風系統(tǒng)；新型、高效、節(jié)能礦用風機的研制與應(yīng)用；采用優(yōu)化設(shè)計技術(shù)；礦井通風系統(tǒng)的微機自動控制技術(shù)研究等。
5 結(jié)語
實踐表明，與傳統(tǒng)的礦井通風系統(tǒng)比較，新型礦井通風系統(tǒng)風機運轉(zhuǎn)效率高，可為礦井各用風場所提供足夠的新鮮風量，保證作業(yè)空間良好氣候條件下，具有高效、節(jié)能的特點， 簡化了礦井風機數(shù)據(jù)量大的問題，提升了礦井通風系統(tǒng)的效率。
