矿井通风系统优化改造应用研究

邓金凯

摘 要：矿井作业面通风系统是矿井通风系统的重要构成要素，其运行的安全、稳定对矿井生产安全和综合效益有着直接影响。以此为着手点，对井下作业面通风系统优化开展研究。结合具体工程实际，在分析矿井原有通风系统不足的基础上，对原有通风系统进行了改良优化，希望能够为其他矿井相似工程的开展提供借鉴与参考。

关键词：矿井;通风系统;优化改造

0 引言

矿井通风系统服务于整个矿山开采阶段，是矿产生产最重要的辅助系统，其主要功能是调节井下气候。矿井通风系统主要是指由一些通风巷道、通风机、通风网络组成的系统。通风机是通风系统运行的动力装置，通风巷道是风流动的通道，通风网络决定了风量的分配方式。通风机运行工况、通风巷道的属性及通风网络的变化都会对通风系统的运行状态产生影响。在矿井建设初期，矿井通风网络较为简单，通风系统处于最优状态。

1 矿井通风系统构建原则

在矿井生产作业中充分发挥通风系统的作用至关重要，明确相应构建原则是基本前提。结合当前矿井通风系统的运行需求，其在优化构建中需要遵循以下基本原则：首先，在通风系统的设计构建中必须要充分考虑到矿井实际生产作业状况，了解其面临的通风需求，进而才能够设计更为合理的通风系统运行能力，确保通风条件能够匹配以矿井生产作业要求，避免出现通风能力较差带来的威胁问题;其次，在矿井通风系统的优化构建中，往往还需要表现出较强的可靠性和稳定性，需要确保其能够伴随着矿井生产作业，持续性发挥应有通风价值，并且在一些调控系统方面更是需要表现出较强的稳定运行效果，降低通风系统自身出现故障问题的几率;另外，矿井通风系统的优化构建往往还需要表现出较强的简洁性特点，可以在最大程度上降低自身对于矿井生产作业影响的基础上，保障其可以更好关注于礦井的各个区域，形成最为高效的通风条件;最后，对于矿井中通风系统的优化构建，往往还需要重点考虑到相关法律规范的基本要求，尤其是对于《矿井设计规范》以及《矿井安全规程》，更是需要设计人员深入研究，杜绝违规行为出现。

2 通风控制系统存在问题分析

矿井现阶段采用的以PLC及变频器为基础的通风控制系统，存在结构简单、便于操控等优点，在矿井生产初期，通风系统简单时可以有效对矿井通风系统运行状况进行监控，但是随着矿井开拓系统不断扩展，井下通风系统、地质构造更趋复杂，采用的通风控制系统逐渐难以满足矿井通风可靠需要，具体表现为：通风控制系统受到自身结构限制，对通风参数监控范围有限，随着矿井开拓延伸不断扩展，势必会发生由于采集数据不足导致通风控制系统分析结果偏差较大问题;随着通风系统复杂程度增加，传感器采集数据、PLC控制系统处理数据以及变频器执行控制指令耗时增加，会出现无法及时对通风异常情况即刻响应问题：随通风系统延伸，通风阻力变大，井下风压会有所降低，若PLC数据分析不及时，无法有效确保井下用风需求。总之，随着矿井开采深度不断增加，地质构造更趋复杂，矿井通风系统距离变大、构成复杂，现采用的通风控制系统时常出现分析失准、响应耗时过长问题，不能快速调整风流，达不到减灾防灾目标。为了克服现阶段矿井变频器以及PLC构建的通风控制系统存在不足基础上，基于矿井煤炭生产地质条件，提出采用现场总线控制方式的智能通风系统，并采用CO2测试智能通风系统可靠性。

3 矿井通风系统优化改造措施

3.1 优化矿井通风网络 改善主通风机工况点

矿井通风网络决定着整个系统的通风阻力，它不仅影响着通风系统的运行方式，还影响主通风机工况点。在开采初期，矿井通风系统只服务1个回采工作面，矿井通风网络相对简单。在开采中后期，矿井通风面积增加，线路变长，矿井通风网络变得复杂，漏风量增加。对于中后期的矿井通风网络，需进行优化。由于矿井通风网络比较复杂，改变矿井通风网络会造成风量的变化，这就需要对矿井通风网络进行数值模拟，找出最优解决方案。串联型通风网络能增加通风阻力，而并联性通风网络能降低矿井通风，因此可采用并联的方法来改善某些局部通风阻力较大的巷道。对于某些矿井，增加巷道断面面积实现起来也相对比较简单，可利用废弃巷道进行通风，这样不仅可降低废弃巷道中的瓦斯积聚，还可提高巷道利用率。主通风机工况点与矿井通风阻力及风量有关。在对矿井通风系统采取一些降阻措施后，还应对矿井风量进行重新计算，从而对主通风机工况点进行调节，提升风机运行效率。

3.2 通风方式的优化布置

在矿井通风系统的构建中，选择适宜合理的通风方式是关键条件，通风方式不合理，不仅仅会导致通风效率较差，难以满足通风需求，还会产生严重的能耗损失，需要作为优化的重要目标。在通风方式的优化设置中，构建人员往往需要充分考虑到进出风井的具体布置，确保形成较为协调有序的相互关系。一般而言，当前比较常用的通风方式有对角式进出风井、混合式进出风井以及中央式进出风井三类，需要结合不同矿井作业状况进行恰当选择和布置。从中央式进出风井的布置上来看，其又可以根据不同矿井特点合理划分为分列式通风方式以及并列式通风方式，需要在综合分析各个因素的基础上予以恰当选用和布置。在对角式进出风井的布置中，则主要针对出风井设置在两翼区域，进而也就可以明显降低通风阻力，还可以表现出较高的安全性。当然，因为现阶段很多矿井都表现出了较强的复杂性特点，如此也就需要借助于混合式进出风井予以布置，以求达到最为理想的通风条件。

3.3 智能通风系统

系统内的各功能模块独立运行，任一环节出现故障不会给其他环节造成不利影响，控制系统的可靠性、稳定性显著提升;控制系统数据传输采用工业以太网以及CAN总线两种方式，工业以太网用以现场监控PC与远程监控PC间数据交互;CAN总线用以现场监控PC对通风系统设备控制。采用的信息交互方式确保了控制系统具有快速反应能力;生产过程中面临诸多不利因素影响，为应对可能突发的各类问题给通风控制系统造成的影响，确保智能通风系统运行平稳，该智能通风控制系统采用冗余设计配备有冗余系统，冗余系统可以在通风构筑物、通风设备发生意外情况时及时、快速响应，保证矿井通风安全。选用的智能通风控制系统可以对矿井通风设备、构造物运行参数及通风参数进行时实在线监测，具备大量监控数据同时分析处理能力，依据智能算法作出更为合理的决策指令，远程对通风设备运行状态进行控制，掌握各个通风节点变化情况，确保井下合理通风。

3.4 优化设置机械设备

对于矿井通风系统的优化布置而言，合理设置机械设备同样也是重要手段，只有确保各个通风设备能够处于最优位置，并且朝向和固定较为科学，进而才能够维系后续通风系统的稳定运行。针对通风机械设备的选型需要严格把关，根据通风参数要求选择最为适宜的设备类型，避免出现型号不匹配问题;通风机械设备数量以及布置位置也需要重点围绕通风方式以及通风网络进行优化，以求形成更为高效的通风条件。

4 结束语

伴随着中国矿山生产规模及深度的不断增大，矿井通风系统复杂性不断提升。为确保矿井运行安全，井下生产作业对通风系统的性能有了更高的要求。鉴于此，矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产实际中组织专业力量，开展针对性分析探究，总结行之有效的通风方案，实现回采面通风的高效、安全，为矿井综合效益的提升提供保障。

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