浅析影响矿井通风系统稳定性和可靠性的因素

2014-10-17张玉凤

河南科技 2014年19期

张玉凤

（河南省平顶山市平煤神马集团安培中心，河南平顶山 467000）

每一矿井必须有完善的独立通风系统。矿井通风系统是矿井生产的重要组成部分，是实现煤矿安全生产的命脉，而确保矿井通风系统的稳定性、可靠性是通风管理工作的重中之重。本文主要分析多风机联合运行时影响矿井通风系统稳定性和可靠性的因素。

1 概述

矿井通风系统由矿井通风方式、矿井通风动力及其装置、通风网络及矿井通风设施等组成。其任务是利用通风动力，以最经济的方式向井下各用风地点提供优质足量的新鲜空气，保证井下作业人员的生命安全，改善矿井气候条件，而且一旦发生灾变能有效控制风量，缩小灾害范围，减少矿井损失。

矿井通风系统的稳定性和可靠性是指矿井通风系统在运行过程中保持持续供给用风地点所需清洁风量的能力。如果矿井通风系统稳定性和可靠性失效，就会直接导致矿井风流不稳定，风流不稳定是导致煤矿事故发生的重要原因。矿井内风流稳定与否，在某种程度上反映了矿井通风动力和网络结构的合理程度与协调状况。矿井通风风流不稳定表现为井巷中风流方向发生变化或风量大小发生变化，且其变化幅度超过了允许范围。

2 影响矿井通风系统稳定性和可靠性的因素

影响矿井通风系统稳定性和可靠性的主要因素包括通风网络、通风设施和通风动力装置3大部分。通风网络结构及通风阻力分布的合理性、通风设施质量和布置的合理性、通风动力装置（包括主要通风机和局部通风机）运行的可靠性，是通风系统稳定可靠的基础。

2.1 自然风压

自然风压与通风机产生的风压一样是通风的动力。通风机与自然风压联合工作，类似于两个通风机串联工作。自然风压在各个时期内影响着矿井通风工作，因此在矿井通风管理工作中应给予高度重视。

2.2 主要通风机不稳定运行

图1 轴流式通风机特性曲线

图2 对角式通风矿井

目前我国煤矿大多数采用轴流式通风机。在图1中，轴流式通风机的 “风压—风量特性曲线”中有一段是不稳定运行区域。当风机工况点进入该区域时，风压和风量减少，并产生强大的空气动力，使通风机附件振动，造成风机和驱动装置严重损坏，这种现象称之为风机的喘振现象。因此，风机的工况点必须处于一个合理范围内，轴流式主要通风机的合理运行范围是：上限，通风机的实际工作风压不得超过最高风压的90%；下限，通风机的运转效率不应低于60%。

如果矿井通风机工况点超出了其合理运行范围就可能会出现通风机不稳定运行现象，而导致主要通风机进入不稳定区域的因素主要有以下几点。

2.2.1 风阻变化对通风机运行的影响

在图2所示矿井中，东西两翼通风机除担负着各自的分支风路23段、24段外，还共同担负着公共路段12段的通风任务。

当公共段风阻和分支段风阻分别发生变化时，当分支风路风阻一定时，公共段风阻增大，东西两翼的风机各自工况点都将上移；当公共段风阻一定时，某分支风阻增大，若23段风阻增大，则西翼系统通风机的工况点将上移，而东翼系统通风机的工况点将下移。这说明多风机运行的矿井当公共路段或分支路段风阻发生变化（尤其是风阻增大时），两台通风机相互影响，都有可能导致通风机进入不稳定运行区域，导致风机出现喘振现象，从而出现主要通风机运行不稳定的情况。

2.2.2 风量变化对通风机运行的影响

在对角式通风的矿井中，某一分支的风量如果发生变化，对整个矿井的通风系统都会产生影响。例如，在图1所示的通风系统中，如果123所在风路的风井通风系统风量发生改变，此时不但会改变Ⅰ号风机的运转特性，同时也会改变Ⅱ号风机的运转特性，直接影响两个主要通风机的稳定运行。同理，改变124风路所在通风系统风量也会有同样的结果。因此，在调整风量时，应合理调整，保证两个主要通风机的稳定运行。

2.3 网络结构及阻力分布的不合理

2.3.1 矿井通风网络结构

矿井通风网络结构是指矿井通风网络的分支数量及其连接形式。其结构的复杂程度和合理性取决于矿井开拓开采系统设计、巷道布置和矿井瓦斯、地温等因素。它对通风网络风流的稳定性起着重要作用。

随着矿井生产的进行，矿井具体情况不断发生变化，如：采区的准备、投产与结束，采掘工作面的推进与接替，矿井开拓延深等工程的不断进展等。这使得通风系统在网络结构上随时间发生变化，导致风阻分别发生相应的变化。

通风网络的基本连接形式有串联风路、并联风路、角联风路，复杂的通风网络都是由这3种形式构成，在这3种基本连接形式中，串联风路和角联风路都会直接影响通风系统的稳定性。串联风路增大了风路的风阻，增大了通风阻力，通风费用增高；从安全上来讲，串联风路前段风道的污染风流必然流经后段风道，后段风道难以得到新鲜风流，在串联风路中若有一地点发生事故时，容易波及整个风流，安全性差。另外，串联通风中的各个工作点不能进行风量调节，不能有效地利用风量。因此，《煤矿安全规程》规定：采、掘工作面应实行独立通风。角联分支具有流向不稳定的特性，即角联网络中边缘分支风阻变化对角联分支的风量和方向均产生影响，角联分支的存在为风流的不稳定创造了客观条件，使安全受到威胁。

2.3.2 矿井通风网络阻力分布不合理

矿井通风网络阻力分布是指矿井通风阻力在网络各关键风路上所占的比例。

目前有些矿井存在通风阻力较高，而且阻力分布也不合理的现象。由于考虑到采掘、运输等大型设备的外形尺寸，矿井进风段的巷道断面较大，通风阻力较小，而回风段常受采动、支护变形、失修等影响，致使巷道断面难以符合通风要求。对设计院设计的新井进行统计分析表明，矿井通风系统中，进风段阻力占总阻力的25%、用风段占45%、回风段占30%为宜。但实际测定表明，大多数矿井回风段的阻力占总阻力的60%～85%，只有少数矿井采区的通风阻力占总阻力的40%～50%，回风段阻力偏大，直接导致回风风流排出困难，容易导致事故发生。

2.4 通风设施对通风系统稳定性的影响

为了保证风流按拟定的路线流动，就必须在巷道中的合适位置设置相应的通风设施对风流加以控制。在生产矿井中，矿井通风设施的建造质量、数量以及安设位置和通风设施的管理好坏等都直接影响通风系统的稳定性。

矿井中常见的通风设施主要有风门、挡风墙和风桥等。

在矿井通风管理工作中，如果通风设施设置的数量、质量不符合要求，位置设置不合理，对通风设施的管理维护又不及时，势必会造成风流短路或大量漏风，直接影响各用风地点风流的稳定性。因此合理地建造通风设施并保证其建造质量，同时生产过程中加强对通风设施的管理和维护是矿井通风管理的重要工作之一。