煤矿通风系统风流稳定性影响因素分析

2021-09-21张亚龙

机械管理开发 2021年8期

张亚龙

（山西新元煤炭有限责任公司，山西寿阳 045400）

引言

通风系统是确保煤矿井下生产安全的基础，其构成包括地面主要通风机、通风巷道、通风设施、相关的风流监测及控制系统等[1-2]。在正常生产期间，通风系统是为井下各用风点提供足够的新鲜空气并稀释瓦斯、粉尘等有害物质浓度，为井下作业人员提供相对良好的工作条件；当井下出现安全事故时，通过控制通风系统风流方向及大小，并与其他措施相配合，可避免事故扩大化[3-5]。

1 煤矿井下通风系统特点

1.1 动态性

煤矿井下通风系统结构随着煤炭的开采逐渐发生变化，采掘作业不断推进、接替，采区准备、开拓、生产、封闭等会使通风系统在网络结构上出现动态变化。同时煤炭采掘作业时产生的瓦斯、高温及煤尘等均会给通风系统造成一定的影响。此外，在采掘作业中采动动压不断地变化，通风系统中的巷道在采动压力下断面出现变化、部分区域出现冒顶，都会给通风系统的正常运行带来影响；通风设施在采动影响下出现变形，造成漏风率增加；通风设备锈蚀、磨耗及性能衰减等会使通风系统运行状态出现变化[6]。因此，通风系统会随着矿井生产动态发生变化，具有动态性特征。

1.2 复杂性

煤矿井下通风系统运行时受到诸多因素的影响，是一个相对复杂的系统。

特别是对于开采范围大或者进入后期开采的老矿而言，井下通风巷道长度达到200 km、通风设施数量达到100 个以上、用风点超过40 个、网络分支可达600 条以上、通风网络节点在500 个以上，通风系统整体较为复杂[7]。

2 影响通风系统稳定性的因素

影响通风系统稳定性的因素有多种，重点从通风设备、通风网络及自然风压等方面进行了分析。

2.1 通风设备

通风系统中的通风设备包括主要通风机、局部通风机等，主要通风机工作性能的变化会导致整个通风系统风量、稳定性出现波动；井下巷道内布置的局部通风机数量、工作性能出现变化会导致邻近通风网络中其他分支风量出现变化，并影响风网内其他通风机运行工况。当通风系统中其他设施不经济或者无法满足需要时，可通过局部通风机给通风网络分支中增加动力，从而改变通风网络分支中某风量，进而确保通风网络中各用风点风量满足需要。

2.2 通风网络

井下掘进的巷道构成了煤矿通风系统通风网络，风流在巷道中流动满足煤矿生产需要。通风网络主要结构包括通风构造物、巷道等。

通风网络是通风系统的重要组成部分之一，通风网络图是分析通风网络的依据，通风网络图是由分支的集合及点的集合组成。当部分巷道年久失效或者在地压、动压或者地质条件等因素影响下出现断面严重收缩变形时，会明显增加通风网络通风阻力，严重时会导致井下用风点风量不足，通风能耗增加。

2.3 自然风压

煤矿井下通风系统与大气直接连通，大气气压出现变化会直接影响井下通风系统。特别是地面空气温度出现变化后会影响井下通风系统风流温度，从而影响井下空气密度，在不同巷道位置形成由于空气密度差异而引起的重力差，从而给通风系统运行带来一定影响。一般情况下，在夏季由于地面空气温度较高、自然风压为负，对井下通风系统造成一定的不利影响；在冬季时由于空气温度较低，从而自然风压为正，可在一定程度上有助于矿井通风。

2.4 井下事故

当生产时巷道、采场等出现大面积坍塌，井下出现火灾、瓦斯爆炸等安全事故时，会给通风系统稳定性造成较大威胁，同时通风系统稳定性出现变化会进一步加剧对井下安全事故的影响。井下出现的安全事故会导致通风网络风阻发生变化、通风设施漏风等，同时部分事故会直接摧毁通风回路严重时导致的主要通风机反转。

2.5 井下生产

煤矿井下生产包括采掘、运输、巷道密闭等。大型机械设备在巷道、采场内运行时会在设备前后方形成负压，从而形成涡流。巷道内的大型设备不仅会形成通风阻力，而且会给通风系统风流、风向造成一定影响。此外，井下掘进巷道或者采面内采用的松动爆破，会给通风系统稳定性造成一定影响。爆破后形成的冲击波会降低巷道围岩稳定性，严重时会导致巷道坍塌，从而使得某一通风风支中风阻出现明显变化，同时爆破后产生的有毒气体会使井下空气质量明显恶化。