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摘要：从研究矿山通风系统优化对安全生产的重要性开始，通过对矿山通风系统的分析和评价，提出最佳的矿山通风系统。技术手段分析和优化矿山通风系统研究的首要任务是总结现有经验，完善和改进现有的矿山通风系统分析理论，并加以应用。所有先进的技术手段来实现矿山通风系统的智能化和高效率。通过对赵庄矿山通风系统现状的模拟和分析，本文还提出了改革方法。通过经济性、安全性、效率性等具体的比较分析，方案得到了优化。此外，对矿山通风系统的设计、转换和优化将提供更重要的应用价值。
关键词：矿井通风与安全；矿井通风系统；优化；系统分析
由于矿井通风优化工作的不可逆，为了更高效模拟矿井通风系统风流分配规律，分析通风系统运行状态进而做出正确的优化改造方案决策，基于通风决策支持系统构建解算分析模型，解算、模拟井下通风系统风量分布，掌握井下风流的变化规律；调整风网结构，优化系统的通风功耗，实现矿井通风的按需、合理分配，降低事故发生的可能性，达到安全、高效生产的目的，解决矿井通风实际问题，实现矿井集约化生产。
为了合理开展矿井通风决策支持系统的建立与模拟工作，对矿井通风系统进行通风阻力测定和风机性能测定，在基于AutoCAD的矿井通风系统图上将现场普查提取的矿井相关基础参数录入，保证各个回风井工况点误差、主要用风地点风量误差和重要巷道风量误差均小于5%，则认为该网络解算模型达到了工业试验的精度范围，可以进行网络解算。
1矿井通风系统优化对安全生产的意义
矿井通风系统由多个要素组成，各个要素之间存在着有机的联系，彼此相互影响。要全面优化矿井通风系统，首先要分析通风系统运行状况，把握存在的问题，寻求改进方案。在此基础上选择科学的通风系统管理方案和通风系统改造方案。矿井通风系统的合理改造和优化将给企业带来便利。不只是一个可观的经济效益。更重要的是其社会影响对矿山安全生产具有非常现实的意义。
赵庄矿的产量日益增加，矿区不断扩大，开采水平不断加深，通风管道也越来越长。以前的通风系统不能满足现在的生产安全要求。目前赵庄矿井通风系统复杂老化，外部漏风严重，两台主风机容量不平衡；隧道回风系统零部件有限，施工断面小，每年增加巷道通风阻力；带有通风系统的大型生产区很多，导致巷道大量漏气，井下通风越来越难。为确保井下生产的安全、可靠和经济，必须优化通风系统改革。
2矿井通风系统优化的步骤
矿井通风系统优化改造比新矿井通风设计更为复杂。它不仅要考虑当前矿井的生产情况、巷道网络情况、通风设施情况，还必须考虑到规划期间，甚至是更长远时期矿井的各种情况以及变化。在对矿井通风系统进行改造时，使改造后的通风进行优化。系统应显著改善矿井的安全生产状况，通风能力应与生产能力相适应。充分利用现有的巷道和通风设施，对于单位的财力和物力，要尽可能采用先进的技术和设备，考虑目前的生产需求，要有长远的计划。因此，矿井的通风系统优化修改工作有赖于科学技术的进步，要有目标，有计划，必须按照程序进行。思考问题的思想要先挖出来再拓展，强调因地制宜，综合管理。
进行矿井通风系统优化和技术改造，应做好以下几方面的工作。
根据生产要求，确定通风系统技术改造的目标。2.1技术改造的目标大致有
(1)增加风量。
(2)减阻节电。
(3)提高稳定性。
2.2通风系统现状调查
制定方案前，对现有通风系统进行全面勘察，了解矿井通风系统现状，发现存在的问题，并提供实际的基础资料，制定改造
方案。的报价。调查方法包括通风技术测定，查询通风月报等。
通风系统调查的主要内容：
(1)主要通风机性能测定。
(2)矿井通风阻力测定。
(3)风量分布状况调查。
(4)漏风测定。
2.3通风现状分析
(1)分析主通风机设备性能的优劣势，对主通风机设备性能进行评价。
(2)分析测定阻力的结果。
(3)分析网络结构是否合理。
2.4拟定矿井通风系统技术改造方案
拟定矿井通风系统技术改造方案，就是针对本矿出现的具体问题，选取解决各类问题的途径，并将它们有机地结合起来，使通风状况得到改善。
2.5利用计算机对通风系统改造方案进行模拟
通风系统改造的方案经筛选获得后，电子计算机输入有关参数，利用计算机解算通风网络，模拟、分析各种改造方案，最
后优化改造方案。
利用计算机进行模拟时，必须具备以下技术资料：
(1)能进行复杂网络解算的源程序。
(2)通风网络图。
(3)主要通风机特性曲线。
(4)各分支的风阻值。
(5)风量。
(6)自然风压值。
上述资料准备齐全后，按网络解算程序要求的格式输入计算机，由计算机进行网络解算，即可对通风系统进行模拟。
3矿井通风系统优化的技术措施
在生产矿山中，网络各分支的风阻随工作面的进展和巷道的恶化和破坏而变化。各用风地点的需风量，随着瓦斯涌出量和产量的变化。
为了始终保证按需分配风量，降低矿井通风系统中某些分支的阻力和进行风量调节，是通风管理工程中必须要做的一项技术性很强的工作。
3.1影响矿井通风总阻力的因素
3.1.1风量的影响
风量对阻力的影响主要表现在三个方面：
(1)由通风阻力定律可知，通风阻力与风量的平方成正比关系。
(2)各分支通过的风量与自然分风量的差异越大，矿井通风阻力就越大，各分支的阻力远离平衡，增阻调节量也就越大。
(3)对通风阻力还与多风机联合运转有关系。
3.1.2各个分支风阻对阻力的影响
一定量的风流通过某段井巷所消耗的能量与该井巷风阻成正比，因此，分支风阻越小，风流通过时阻力就越小。
3.1.3网络结构对阻力的影响
矿井通风系统的网络结构不同，即使支路数量、支路风阻和风量相同，系统的总阻力和总风阻也不同。因此，一旦确定了巷道的数量及其参数，就要合理地选择风流路线，避免或减少串联，尽量采用并联网络，做到“早、晚”。坚持原则，努力避免阻力和通风增加，使矿井通风总阻力降到最低。
3.2降低矿井通风阻力、调节风量的技术措施
为了增加矿井或某个矿区的总风量，降低主风机的功耗，以保证生产需要，有时需要降低巷道通风阻力。为了减少投资并取得快速效果，应首先考虑减少对分支机构的阻力，并考虑实施的可能性。具体选择应根据矿山情况和比较方案确定，但应在技术上可行、经济和高效。
4赵庄矿通风系统存在的问题
经过多次测试、现场调查和现状分析，找出赵庄矿通风系统存在如下问题：
(1)由于开采水平的不断延伸，该矿通风路线不断变长,加之回风巷道断面由于年久失修不断减小(如总风眼设计断面积为8m,但是目前的有效断面积仅有7m)，使得矿井通风阻力22增大。如038风井风机风量仅为238m3/s，但是风压却达到了360mmH2O，较大的风机风压,降低了主要通风机风量,增大了主要通风机的电功消耗。
(2)系统通风总量不足，由于矿井开采水平不断增加，废旧巷道较多，内部漏风严重，从而造成有效风量小。根据赵庄的实际情况，单纯通过截堵内部漏风的方法很难达到增大有效风量的目的，故而需要提高风机能力，增大进风。
(3)通风系统漏风严重。由于漏风未通过采场等作业地点,使得风机产生的风量未能得到有效利用,井下部分地点风量不足,无法有效供给风量。
(4)大量设置的通风设施(如13东总回的调节风门，11西进风大巷末端的调节风门等)和上部水平及回风斜巷的年久失修，导致了局部阻力偏大，提高了整个矿井的通风阻力。
(5)从通风系统图上看，本矿大量的角联巷道存在，浅部水平大巷与每条回风斜巷之间形成了一个复杂的大角联网络，最明显的是西翼的边界回风，由于白道子风井主要通风机能力较小，很大一部分回风要通过中央风井，阻力明显增大。
(6)井下独立通风硐室及采掘工作面有效风量偏低。
4.1赵庄矿对本次通风系统改造的具体要求
(1)本矿有复杂的通风系统，人为很难控制井下通风状态，在进行改造时尽量避免对整个矿井通风系统进行大规模的改动。
(2)改造应立足于矿井“生产紧张、时间紧迫”的现状，对井下失修巷道进行大规模的套修不现实。
(3)根据性能调整，更换了高功率电动机，提高了主要通风机的转速，增加了转速，满足了安全生产的要求。
(4)提高主要通风机的转速，会使井下通风阻力有很大的提高，要特别注意通过采取对应的措施进行降阻，使通风系统的总阻力不超过4500 Pa。
(5)矿井通风系统的降阻工作应立足于开拓少量的新巷道或对废弃的并联巷道的重新利用。
(6)应考虑改造资金问题，尽可能不开拓新巷道，而是通过清理巷道和利用旧巷道达到增风降阻目的。
(7)为了降低通风运行费用，优化方案中尽量考虑封闭白道子风井的风机。
4.2确定改造方案的总体思路
(1)现场进行调查，与现场工程技术人员进行讨论，找出通风系统存在的问题。
(2)对现有通风系统进行模拟，考察主要进风系统和主要回风系统降阻的可能性及降阻的地点、幅度。
(3)矿井的漏风状况进行考察，看可否采取堵漏措施。
(4)全面考察整个矿井的通风系统结构，初步确定矿井优化方案。
(5)计算机模拟优化方案，分析优化效果。
(6)完善优化方案，对各优化方案进行比较，选出最佳方案。
(7)对优选方案进行分析比较。
4.3初定优化方案
在前一阶段对巷道通风系统进行分析研究的基础上，根据矿井的实际生产情况和近期的方案，在现有通风系统的基础上，对方案进行了优化，并对现状进行了模拟。
4.3.1提高038风井风机转速
即对038风井风机进行改造，增大电机功率，提高038风井风机转速。从模拟结果可知：随着转速的提高，038风井风量有所增加，但是038风井风机风压提高幅度也较大，当转速达到550n/min时，风压值达到了435mmH2O，当转速达到600n/min时，风压值增为51 mmH2O，大风压会给通风管理工作带来困难。
通过以上分析可知，仅仅依靠提高038风井风机转速来增加风量是不够的，还须采取其它措施来降低通风阻力，以达到增风降阻的目的。根据赵庄矿的实际情况，经多次现场调研，并与现场技术人员反复讨论，最终形成一致意见，决定在矿井的总进风侧和总回风路线上做文章，通过打开进风侧暗立井和扩大总回风眼断面积来达到增风降阻的目的。
启封4-7水平暗立井、4-6水平暗立井、5-8水平暗立井和7-9水平暗立井。
由于各种原因，4-7水平、4-6水平、5-8水平和7-9水平各有一个暗立井被封闭。为降低矿井进风侧通风阻力，增大巷道风量，可以将这几个暗立井启封，并清除其中的罐笼等障碍物。暗立井风阻值可根据相似巷道的经验值选取(4-7水平暗立井、5-8水平暗立井风阻值取0.0179 kg/m7；4-6水平暗立井、7-9水平暗立井风阻值取0.0119kg/m7)。
4.3.2清理总回风巷道
矿井回风眼的设计断面积为8m2，加之常年失修，总回风巷道的断面目前只有7m2左右，且通过风量比较集中，通风阻力较大(115风眼－新031风眼－新931＋新831路线的总阻力为510帕；12水平231－038井底的总阻力为400帕)，成为矿井通风的主要制约因素。故急需对总回风巷道进行清理，扩大其断面积，以达到降低通风阻力的目的。
038风井风机转速提高到570n/min，并进行降阻。方案实施后，039风井风机风压为440mmH2O，风量明显增加了67m3/s；白道子风井风机风压为340mmH2O，风机风量减少了1.5m3/s；总风量增加了66m3/s，风量增长较多，但039风井风机风压值较大。
矿井通风系统与主通风系统贯通会出现的通风系统不稳定等通风问题，借助通风决策支持系统对可行性优化方案进行解算模拟，提出优化改造方案，并对赵庄矿通风系统实施调整，保证了矿井下风机通风系统与主通风系统的安全贯通，同时解决矿井施工区域风量不足的问题。
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