煤矿通风系统安全检测及其优化

＊赵振国

（晋能控股煤业集团通风部 山西 037000）

引言

由于煤矿的通风系统安全性会对煤矿开采安全产生直接影响，现阶段的各大煤矿开采企业已经加强了对通风系统设计的重视，并且在进行煤矿开采之前均会对既有的通风系统进行全面的检测，以期提升通风系统的安全性和可靠性，保障井下作业安全。从现阶段的煤矿开采现状来看，井下作业的深度加大，难度加大，对通风系统的要求也更为复杂。如何保障通风系统的可靠性成为煤矿开采行业需要解决的重点问题，要想保障井下作业安全，则需积极进行通风系统优化。因此，研究煤矿通风系统的安全检测和系统优化方法具有积极意义。

1.煤矿通风系统的安全检测

(1)对通风阻力的测定

常用的通风阻力测定方法有压差计法，气压计逐点测定法和观测点测定法。其中的压差计法指的是，通过在相邻的两个测定点装设压差计和皮托管的方式进行压差测定。在装设皮托管时，应使其处于风流相对稳定的区域，并且与风流方向相平行。在安装皮托管之前应保持皮托管的通畅性，谨防出现叠加和被杂物堵塞的现象，当皮托管内部的空气温度与巷道温度相同后便可安装皮托管，并在压差计上的读数稳定后，便可明确两个侧定点的通风阻力差。这种测定方法存在测定结果精度高的优势，但在现场测定过程中十分费时费力，会增加很多工作量，因此不适合大范围应用，在针对局部通风阻力进行测定时可优先选用；血压计逐点测定法则是借助气压计完成对测定点静压差的测量，并且得出动压差和位压差，依据得出的数据运算出通风阻力；双侧点测定法是指，采用两台精密度较高的气压计，放置在测点1的位置，记录读数后将一台气压计留在原处，另一台气压计移至第二个测点，同时读取两台仪器的读数。再将第一台气压计移至第二个测点进行读数，以此类推，直至完成所有测点的测定。这种测量方法可以有效避免气压计误差问题对测定结果的影响，但并未考虑到气压变化的影响，致使最终测得的结果还会存在一定的误差[1]。

(2)对风机风量的测定

针对风机风量进行测量的主要目的是了解井下通风系统中风机的性能，检测其能否满足井下通风需求。常用的风机风量测定方法包括风表法、静压管测量法和静压差测量法，具体如下：

风表测量法可以被细分为人工测量和传感器测量两种。采用人工测量时，需要由专业的测风人员手持式风速仪（见图1）在巷道内匀速走动，并记录风表读数，绘制出风表曲线，结合断面风的面积和风表的读数可以计算出该区域的风量。此种操作方法的优势在于所使用的测量设备较少，缺点在于操作流程较为复杂，且存在较大的误差，每次测量所消耗的时间也较长，很难提供准确的风量值，目前已经很少应用此种测量手段。

图1 手持式风速仪

传感器测量法则是借助专用的风速传感器来测定区域内的风量。主要测量方法为将风断面划分为多个小区域，并且在每个区域内均装设一个风速传感器。通过风速传感器可测得区域内的平均风速。此种测量风速的方法适用于对离心式风机风量的测量。风速传感器的布局方法如图2。

图2 风速传感器的布局图

均压管测量法，主要适用于对圆形风道内风量的测量，在其他特殊巷道中也可使用。主要测量原理为，先将测风断面分割成面积相等的圆环，在对圆环几何半径的动压进行测量后根据公式求得平均风速和断面风量。计算公式如下：

采取静压差测量法时是基于力学理论，根据流体在管道中的流速变化和阻力因素来判断流体转化量，通过测定其流体能量的转化能力来分析巷道风量。尤其是对于巷道截面变化幅度较大的风量测量工作中，可以基于能量守恒定律来确定流体总量是否发生变化。在流体由大截面向小截面端流动时，流体流动的过程需要遇到一定的阻力，此时的流体静压将由大变小，而速压则恰恰相反。根据这一原理，在对旋风机的风量进行测定时，可分别引出两个压力输入至压差传感器中，利用读数和公式测得风机的风速与风量。该种测量风量的方法虽然与传感器测量法存在相同之处。但采取静压测量法时的测量操作较为简便，无须使用大量的风表安装机架，减少了风速测量的工作量，且所测得的数据也相对稳定。静压差测量原理图见图3。

图3 静压差测量原理图

2.煤矿通风系统的优化策略

首先，需要建立起相对完善的通风体系。即根据煤矿生产需求和井下作业要求对煤矿通风系统进行科学设计。总结前期的煤矿通风系统设计经验可以将通风系统划分为四种类型，主要包括一般型、排瓦斯型、防火型和降温型。而在进行通风系统设计时，可以采取并联形式和串联形式。但实际上，当前的井下作业环境相对复杂，通常是以混合型为主。具体进行通风系统设计时，需要根据煤层走向以及井下作业的空间环境要求，参照煤层走向示意图来设计通风系统，明确在通风系统的特定位置需要设置几个风机，并且结合前期的经验，利用风量和风速计算公式来明确井下作业巷道中所需的通风等级，依据此制定合理的通风体系。

其次，需要提升通风系统的应变能力。在井下作业的过程中，为了提升煤炭运输效率，通常会形成一整条运输带。在此种状况下，一旦某个区域发生火灾问题便可能引发较为严重的连锁反应，致使火灾大范围蔓延。为此，在设计通风系统时，也需要保障每个巷道的独立性。可以根据井下作业的巷道分布规律和回巷分布规律设置多个风机设备，且对于风机设备的安装位置应提高重视，避免风机工作过程中造成相互影响的现象。在日常运行中，两台风机设备应协调运转，增强井下通风效率。而当发生火情时，则能通过单独控制风机来降低火情影响范围[3]。

最后，科学控制风阻。从前期的煤矿通风工作来看，巷道结构、通风路径均会对风速和风量产生直接影响，这主要是由于巷道结构过窄的情况下会产生较大的风阻，且通风路径设置不当也会增加风阻率。因此，在设计通风系统时要对上述参数进行综合考虑，尽可能通过减少巷道摩擦阻力的方式来控制风组率，提高风速与风量，达成良好的通风效果。

3.结语

从上文研究中不难看出，对通风系统通风效果产生直接影响的因素有很多，主要包括风机性能，巷道阻力和通风路径等。为了进一步提升煤矿通风系统的安全性，在对通风系统进行设计时，应考虑到各类因素对通风效果的影响，综合考虑后优化通风系统结构，并且科学选用风机类型，尽可能为采矿工人创造安全的作业环境，提高采矿效率的同时，也能保障相关作业人员的人身安全。