浅析矿井通风技术及通风系统优化设计

李斐 周福

摘 要： 矿井通风情况对矿井作业安全有直接影响，需要根据各类作业面的特点，合理布设通风系统。本文首先对矿井通风技术的研究现状进行分析，包括通风系统布设及分析计算方法、矿井通风节能技术等，在此基础上，探讨其通风系统优化设计策略，包括优化设计目标、监测点优化布局、通风能力核定以及自动设计支持系统的研发等。

关键词： 矿井通风技术；通风系统；优化设计

前言：矿井作业的危险系数较高，在作业过程中会产生大量的粉尘和有害气体，包括CO、CO2、NO2、NH3、硫化物和沼气等。根据我国矿山作业安全规范的要求，一氧化碳浓度不能超过0.024%，氮氧化物含量不能超过0.00025%，硫化氢含量不能超过0.00066%，二氧化硫浓度不能超过0.0005%。要达到上述标准，必须确保矿井通风系统设计和安装的合理性，同时保证其能够稳定运行，从而为井下作业安全及施工人员的身体健康提供保障。

一、矿井通风技术的研究现状

矿井通风技术的研究与应用直接关系着矿井作业安全，近二十年来，我国在矿井通风技术的研究上取得了重大进展。首先从矿井通风系统设计及分析计算方法的研究来看，相关研究者提出了多种通风阻力测定方法。通过建立作业面紊流传质方程、污染物浓度计算方程等，可以为风量计算分析提供依据。在计算机技术的应用下，还可以通过建立复杂的矿井通风网络模型，为通风系统设计提供依据。矿井通风系统设计的理论研究也不断丰富，射流通风理论、风流动压调节技术、火灾情况下的非稳定风流规律研究等，都为矿井通风系统设计提供了重要基础。

另一方面，矿井通风节能技术的研究也取得了重要突破。比如，通过设计多风机多级机站，可显著提高井下有效风量率，根据需风量对风机进行调节，提高系统可控性，从而减少不必要的能源消耗。再比如，通过采取风阻降低技术，对最大阻力线路进行扩大巷道断面处理，可以获得较好的降阻效果。还可以通过采用流线型扩散塔，在机站出口处安装扩散器等，降低局部风阻，改善井下作业面的空气动力性能。总体而言，通过上述几种矿井通风技术的综合运用，能够有效改善矿井通风条件，满足相关规范要求，保证井下作业安全。

二、矿井通风系统的优化设计

（一）矿井通风系统优化设计目标

矿井通风系统设计是各类通风技术应用的集中体现，其系统布设的合理性直接决定着井下通风量及通风节能效率。某矿井通风系统设计示意图如图1所示，如何判断其是否满足设计要求，主要通过与设计目标进行比较，进而决定是否需要对设计方案进行优化。根据相关设计规范，矿井通风设计要满足以下几点基本要求：（1）通风系统设计应避免过于复杂，由于井下设备安装空间有限，应尽可能通过简单的布设，在满足相关规范要求的前提下，减少空间占用；（2）矿井通风系统设计要满足系统自身的稳定性和可靠性要求，具备较强的井下环境适应能力和抗灾能力，能够保证特殊状况下的通风效率，从而降低井下作业风险；（3）在系统设计和优化过程中，应充分考虑系统运行的节能性，根据实际需要调节风量，减少资源能源浪费；（4）充分考虑系统设计的成本投入问题，同时合理划分经费，保证通风设备质量和性能符合要求。综合上述几方面的考虑，在相关理论和技术的支持下，得出最优化的系统设计方案。

㈡ 矿井通风系统优化设计方法

⑴巷道选型设计

在具体的优化设计过程中，首先应将矿井通风系统设计与巷道选型设计结合起来，确保矿井通风系统能够满足作业面的实际需求。在分析过程中，如果原有巷道形式容易对通风系统布设产生制约，可以考虑采用新凿专用进风斜井的方式，并采用计算机仿真分析方法，确保优化方案的可行性。比如某矿井通过将新凿进风斜井与各中段的运输巷联络石门相连，并增设一级机站，使其进风能力得到显著提升。

⑵减少通风流程

在矿井通风系統优化设计过程中，应对各个巷道分段的通风流程进行精简，过多的通风流程不仅会导致风量出现损失，还会因新风受到污染，导致矿井内的空气指标超出标准范围，进而对施工人员的身体健康及生产安全造成威胁。在此方面，应充分考虑风机选型问题，并对风流压力进行测量，确保通风流程设计符合要求。

⑶局部降阻

针对巷道局部分段通风阻力较大的问题，在设计过程中，应对各分段风速进行测量，根据参数测量结果，确定具体的降阻措施。由于通风系统改造成本较高，需要在前期确保测算的准确性，实现对局部分段的有效优化。

⑷监测点优化布局

监测点的优化布局是矿井通风系统优化设计的一项重要内容，特别是在矿井生产规模不断扩大的情况下，通风系统设计规模也越来越大，其监测和运行调控的复杂性明显提升。比如在多级机站系统的设计和应用过程中，系统管理任务量大，采用人工经验判断方法难以满足实际要求。因此，以计算机和通讯技术为核心的自动化监控系统在矿井通风系统设计中得到了广泛应用。为获取较好的自动监控效果，需要对监测点进行优化布置。首先应保障监测点数量的合理性，如果监测点数量不足，难以实现自动监控管理的全面覆盖，若监测点数量过多，则会增加系统成本投入。因此，应通过对矿井作业面设计图纸进行计算分析，合理确定监测点数量。在此基础上，确保局部监测点设计的合理性，能够反映出系统运行状态，并及时捕获系统运行的异常信息。通过对监测点进行优化设计，确保在线监测系统的正常使用，实现对矿井通风情况的实时掌控。

⑸通风能力核定

通风能力核定是矿井通风系统设计的一项重点工作，从近几年来矿井生产作业的实践情况来看，因通风系统导致的井下作业事故仍时有发生，这与前期设计阶段的通风能力核定不到位有很大关系。在采煤技术快速发展下，实际工程采用的技术方法越来越多样化，部分矿井在设计能力不足的状态下进行开采施工，严重增加了施工安全隐患。其中，要实现矿井通风系统的正常运行，就需要对其通风能力进行准确核定。在此基础上，通过对通风网络、风机选型等进行优化，确保通风系统能够满足实际生产技术的要求。在井下作业过程中，也需要定期对通风系统进行核定，特别是在作业面推移的情况下，需要对通风系统作出同步调整，并再次核定其通风能力。

⑹研发自动设计支持系统

从矿井通风系统设计和优化的实际需求来看，研发一套自动设计支持系统十分必要。目前矿井通风系统的设计规模不断扩大，采取传统设计软件进行设计，周期较长，而且难以保证系统功能性能能够满足实际要求。采取自动设计支持系统，可以利用计算机对通风系统进行规划调节，将传统的线性优化方法转变为非线性优化方法，从而使最终的优化设计方案更加符合实际情况。以往的计算机软硬件水平难以实现这一目标，但近年来计算机相关技术发展迅速，为自动设计支持系统的研发奠定了基础。可通过采用人工神经网络技术，以人的知识经验为指导，通过计算机自学习，完成大量的重复性计算工作，快速完成通风系统设计和优化任务。这不仅可以提高前期通风系统设计质量，还能够在作业面推移中，为通风系统的调整提供支持，减少设计时间，从而提高施工效率。

结束语：综上所述，矿井通风技术及通风系统的研究与应用对矿井生产活动有重要影响，通过总结其技术研发成果，可以推动理论成果向应用成果的转化。在此基础上，通过采用先进的理念和技术方法对矿井通风系统进行优化设计，可以提升设计方案的合理性，同时降低通风系统的投入成本，获得较高的综合效益。

参考文献

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[2]王明华，赵文彬，朱光丽，徐蒙，张守勇.资源整合时期矿井通风系统优化与设计[J].煤矿安全，2014，45（02）：111-114.