矿井通风系统的安全性分析

孙 鑫， 朱建峰

（山西宁武大运华盛能源集团有限公司， 山西 宁武 036700）

引言

一直以来，煤炭安全生产问题备受煤炭企业管理者的关注，尽管目前工作面支护效果已经得到很大提升，但是由于通风效果不佳仍会导致工作面瓦斯浓度较大以及粉尘浓度较大，对工作面安全生产造成隐患，同时也会影响工作面作业人员的人身安全[1-2]。因此，对于工作面通风系统的设计及布置而言，需在理论分析的基础上结合实践经验实现对工作面通风系统的最优化设计，为工作面的安全生产奠定基础。

1 工程概况

目前，某煤矿采用抽出式混合通风方式，副斜井、人行斜井以及提升井为工作面的进风，与其相对应的共有两个回风井。该矿回风井的相关设备及巷道的参数如表1所示。

表1 回风井及其通风机参数

2 通风系统安全性分析的理论基础

2.1 矿井通风系统安全性基本要求

1）要求优化后通风系统结构合理且整个系统稳定可靠；

2）要求优化后通风系统能够根据工作面的实时分量需求控制通风机的通风量；

3）要求优化后通风系统能够将稀释甚至消除工作面的瓦斯、粉尘浓度；

4）要求优化后的通风系统具备控制自然灾害的能力，甚至抑制相关事故的发生[3]。

2.2 矿井通风系统最优化思路

为满足上述的矿井通风系统安全性的基本要求，针对通风系统的最优化设计可从以下几个方面着手实施：

1）确保工作面通风系统的串联风路尽可能少，且所有通风设置的布置应合理、可靠；针对已经开采完毕的工作面应将其巷道封闭，进而提升整个工作面的抗自然灾害能力。

2）确保所选通风机的性能相对稳定，能够满足在各种工况下的运行状况，并且保证多个风井之间不存在干扰。

3 煤矿通风系统的安全性的分析

3.1 工作面通风阻力的情况

根据工作面情况设定两条通风阻力的测定路线图，其中1号风井的相对静压为1 676 Pa，2号风井的相对静压为1 958 Pa。但是，目前工作面1号风井所选型通风机的相对静压为1 714 Pa，2号风井所选型通风机的相对静压为2 001 Pa。即说明，现场测定的风阻存在一定的误差。经分析可知，导致阻力测定存在误差的原因包括有：工作面巷道的面积测量有误；工作面某些部位的风量不稳定，导致对风速的测量不准确；风阻测量设备本身存在误差。

在多次核算的基础上，得出1号风井的准确通风阻力为1 720 Pa；2号风井准确的通风阻力为2 016 Pa。

3.2 工作面通风系统的有效性

矿井工作面通风系统主要有通风设备（风机）和通风风路组成，该煤矿共有四个进风井，两个回风井，有两套通风机。经对工作面两条通风路线中断面面积、风速、风量、瓦斯浓度、湿度以及温度等参数进行测定可知：工作面除了运输大巷外，其余位置的温湿度参数均满足《煤炭安全规程》的要求。此外，矿井工作面的分区通风方式不明显，且工作面角联分支较多[4]。

3.3 工作面通风机运行稳定性

经对1号风井和2号风机风机运行状态进行分析，分别得出两个风井中风机的性能曲线和工况点，如图1所示。

图1 通风机性能曲线和工况点

其中：1号风井的风阻曲线函数为H=0.188176Q2；2号风井的风阻曲线函数为H=0.138451Q2。而且在当前通风条件下，1号风井通风机工作时的风量为94.4 m3/min，对应的负压值为1 676.9 Pa；2号风井通风机工作时的风量为118.9m3/min，对应的负压值为1 957.3 Pa。

当前实时通风条件下通风机的运行参数与图1中通风机性能曲线和工况点对比后可知，1号风井和2号风井的通风机的运行状态均在合理区间内，且两台通风机的运行效率均较高。

3.4 工作面通风系统风流的可靠性和稳定性分析

某矿产煤能力为每年90万t。根据煤矿生产能力得出工作面所需的风量约为6 477 m3/min。根据《煤炭安全规程》的相关标准要求，要求工作面的通风量为基于生产能力所得通风量的1.8倍，即该煤矿的理论所需通风量为6 477 m3/min×1.8=11 658 m3/min。

通过对两个风井中风量进行实际测量可知，1号风井的风量为5 334 m3/min。2号风井的风量为6 912 m3/min，则整个工作面的风量为12 096 m3/min。即说明，工作面通风系统的风量供需比满足要求。

3.5 工作面通风系统抗灾能力

判断工作面通风系统是否具备满足要求的抗自然灾害能力，需为通风系统配置相应的防护措施和设备。

由于该煤矿为高瓦斯矿井，为了预防瓦斯突出事故在掘进巷道内安装了防突栅栏，在掘进巷道中间位置安装有防逆风装置和相应的防突风门。

鉴于高瓦斯矿井容易导致瓦斯爆炸事故的发生，该煤矿从瓦斯抽采、通风可靠以及监控等方面提升其对瓦斯爆炸的抗灾能力[5]。具体措施是为通风系统增设相应加大风门的自动装置和监控设施，使得当灾害发生时能够在第一时间内实现自动控制风门，进而减少甚至避免灾害的进一步扩散。

综上所述，该煤矿通风系统其有效性、风机运行效率、风流可靠性及稳定性以及抗自然载荷的能力等方面均满足《煤炭安全规程》的相关标准要求，即说明煤矿的通风系统与工作面相匹配。

4 结语

矿井通风系统号称为煤矿的“呼吸系统”，其主要功能为工作面稀释或者消除瓦斯、粉尘浓度的同时，还具备一定的抗自然灾害的能力。针对煤矿安全生产的相关标准要求，要求其通风系统具备相应的功能尤其是针对其安全性要求。经对1号和2号风井通风系统安全性分析得知：该煤矿的通风系统安全性、可靠性以及相关设备的有效性满足工作面生产要求。