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摘要 ：通风系统的可靠性直接影响矿井生产作业的安全性。 因此， 为实现矿井安全生产的目标， 必须重视矿井通风技术的应 用，结合矿井实际情况做好通风系统的优化设计。基于此，本文 首先阐述了矿井通风技术研发现状及发展历程，进一步指出矿 井通风系统优化设计要点。为增强技术研究现实意义， 本次选取 某矿井通风系统为实例， 分析其现状， 探讨该矿井通风系统的优化设计方案， 总结优化设计实效， 以供参考。
矿井通风技术主要用于排出矿井内废气，并将新鲜空气输 送给各井下作业点，以此改善矿井空气条件，降低安全事故发 生概率。矿井通风系统是以互联网及计算机技术为基础建立的 通风工程体系，其运行目的在于净化井下空气并促进空气流通， 同时还可起到控制井下温度的作用。矿井通风技术及通风系统 的最根本目的为排出污浊空气的控制供给新鲜空气，以此保障 了井下作业的安全性。为此， 本文针对矿井通风技术及通风系统 展开优化设计。
1 矿井通风技术研发现状及发展历程
1.1 技术现状
工业化产业在新时代背景下持续发展，矿产资源需求随之 增加。在此形势下，矿产开采产业发展迅猛。但结合矿井作业的 实际情况来看，有毒气体和有害粉尘对矿井作业人员安全造成 了一定威胁。
为改善矿井通风条件， 调节温湿度， 降低矿井安全事故发生 率，应做好通风设计工作。矿井开采期间会产生粉尘及气体，且 空间狭窄， 对空气流通造成了阻碍， 致使井下作业空气条件不断 降低，若不加以处理可影响作业人员身体健康，引发呼吸道疾 病，甚至可能造成爆炸事故。因此，必须重视矿井通风技术与通 风系统的应用与运行。
通风技术经过长期发展， 现已基本成熟， 但在实践应用期间 存在风机效率低、线路不合理等问题，制约了矿井通风效率，且 在一定程度上加大了矿井生产成本。立足于现状分析矿井通风 技术，发现近年来矿井通风技术相关的研究多集中在三个方面， 其一为井下降温技术， 将井下降温技术融入到通风系统中， 用于保障通风效率， 并结合井下条件合理调节温度条件， 尽可能营造
舒适作业环境 ;其二为动态优化技术，主要是指结合矿井作业 现实需求， 动态化调整优化矿井通风技术， 通过针对性系统调整 最大限度地改善通风效果 ;其三为通风系统成本，成本及效益 问题是近年来矿井通风系统研究的第三个侧重点，旨在以现实 需求为依据，通过主扇和辅扇协同运作的形式调节井下通风量， 在有效把控系统运行成本的同时，还可对井下环境污染成分产 生一定控制效果。
1.2 发展历程
我国矿井通风技术在长期发展中不断进步演变，共经历了 传统通风系统、现代通风系统两大阶段。
第一，传统通风系统阶段。在该阶段中，多运用主扇通风形 式构建通风系统， 而主扇功率普遍较大， 此时需结合实际情况调 整通风系统。在此情况下，形成了两大通风体系，即分区通风体 系和统一通风体系。若矿井作业点具有分散性特征， 通常会应用 分区通风体系，采用分散式通风点确保通风系统可覆盖于不同 矿井区域内， 由此减少风路长度， 避免通风阻力过大运行问题的 出现。此外， 分区通风体系可根据矿井各工作面实际需求调整通 风系统参数，在一定程度上控制了通风成本，且保障了通风效 率。在矿井通风技术长久发展历程中，分散通风体系在 1980 年 之前应用较为普遍， 有效保障了煤矿通风效果。但通过实践应用 发现， 分区分散通风体系投入运行后则虽可调节但不可停止， 由 此极大浪费了资源， 故该通风体系逐渐被淘汰。统一通风体系多 用于非煤矿井中， 在范围小但深度大的矿井中尤为适用， 通过集 中通风而保障通风效果。应用统一通风体系时， 需集中所有通风 设备， 为技术人员运维管理提供便利， 可大幅提升管理水平。
第二，现代化通风系统阶段。该阶段最具代表性的为离心式 通风设备， 将离心式通风设备设置到矿井通风系统中， 在提升通 风效果的同时减少系统能耗。随着矿井通风技术的发展， 轴流式 扇风机被逐步应用到矿井通风系统中， 相较于其他通风设备， 该 风机设备具有的自重轻、体积小、成本低的优势，可良好满足现 代矿井通风需求。
2 矿井通风系统优化设计要点
2.1 优化设备布置
设备装置配置情况可直接影响矿井通风系统运行效果，为最大限度发挥出通风系统作用，应立足于矿井实际情况科学布 置多风多级机站，通过改善优化通风装置而加快矿井生产作业 中的风力传输速度， 缩减矿井作业时间， 并有效降低通风系统能 耗，从而控制运行成本，通过降低成本保障矿井作业经济效益。 通风技术是保障矿井生产作业安全性的关键技术，其在新时代 背景下得到了长效发展，通风系统设备装置在此形势下不断更 新换代， 多风多级机站通风系统结构现已得到广泛应用， 可在一 定程度上改善通风系统性能，使矿井内的有毒气体及有害粉尘 能够及时排出， 并可根据矿井实际需求调整通风参数， 以此更便 于换气通风目标。考虑到多风多级机站通风系统结构的优势， 在 优化设计通风系统时， 可按照多风多级机站布置通风装置， 以此 促进通风控制目标的实现， 使矿井通风需求切实得到满足。
2.2 缩减通风流程
不同矿井项目的结构场地条件存在差异，因此，为确保所设 计的通风系统能够良好符合矿井实际需求，可根据矿井结构合 理设置巷道通风分段流程， 尽可能进行简化， 防止因通风流程过 多而造成风量损失， 并在一定程度上防止新风被污染， 继而将矿 井空气指标控制在合理范围内，避免有毒有害气体危害作业人 员身体健康。
在缩减通风系统流程期间，应综合考虑通风系统风机规格 及型号， 对通风系统风量及风力科学测算， 以此改善优化通风系 统流程， 杜绝风量损失问题。
2.3 核定通风能力
核定通风系统是优化设计矿井通风系统的关键内容。结合 当前矿井的生产运行情况来看，若矿井通风系统发生质量问题， 则易造成安全事故。为降低通风系统故障率， 需在通风系统前期 设计工作过程中做好通风能力的核定工作。矿物资源是保障现 代化工业可持续发展的关键性条件，矿产开采产业随之迅速发 展，在此期间衍生出诸多开采办法，极大保障了矿井作业效率。 然而， 部分矿井为追求经济效益最大化， 在通风系统设计不当情 况下仍推进开采作业， 致使矿井工作面产生了诸多安全隐患。在 复杂化矿井作业条件下， 通风系统的作用格外关键， 为保障系统 运行效果， 应科学严谨落实通风能力的核定工作， 以矿井需风量 为依据检验系统通风能力是否达标，若发现通风能力稳定性不 足或与矿井需风量不匹配， 则需及时调整优化。在完成通风能力 核定并确认达标后， 需进一步优化通风网络， 并合理选择风机装 置型号， 最大限度地确保通风系统符合矿井生产作业要求。完成 通风系统的优化设计工作后，在井下生产作业期间同样需做好 通风性能核定工作， 若作业面发生推移， 通风系统参数及标准需 同步调整， 以实际需求为依据核定通风能力。
2.4 调整监测点布局
在矿井通风系统运行期间，需持续性地监测矿井内部气体粉尘含量及通风性能。为便于通风系统监测工作的良好落实， 需 以矿井结构及通风系统性能为依据科学布置监测点。随着工业 化进程的不断推进， 矿井生产规模日渐扩大， 给矿井通风系统提 出了更高要求。在此情况下， 通风系统监测作业的复杂程度不断 提升。
为降低劳动量，提升通风系统管理效果，可引入计算机技术 及现代化通讯技术， 设计自动化监控系统， 并将该监控系统对接 矿井通风系统，借助自动化监控系统了解矿井通风系统的实时 运行参数， 将通风性能数据直观化呈现出来。为确保自动化监控 系统能够切实发挥效果， 应立足于矿井结构设置监测点。
在布置通风能力监测点时应科学控制监测点数量，若监测 点数量过少，则难以实现矿井范围全面覆盖，若监测点数量过 多，则可造成不必要的成本开支。在确定监测点数量时，应对矿 井作业面图纸全方位测算分析， 立足于实际确认监测点数量。在 此基础上， 根据矿井局部区域特征布置监测点， 以此确保监测点 可切实反映出矿井通风系统的运行状态，及时采集通风系统异 常数据， 第一时间捕捉异常情况， 以此避免问题恶化而引发故障 事件。监测点的合理布置有助于自动化监控系统良好发挥作用， 使矿井管理人员可充分掌握通风系统运行状况，及时发现问题 及时解决， 使矿井通风系统能够充分发挥作用， 继而在矿井范围 内营造安全生产环境。
2.5 改造通风网络
在现阶段矿井项目中，中央并列模式通风系统最为常用，其 遵循传统通风系统原理，根据矿井作业结构科学设计通风网络， 以此确保通风风机功率达标，并避免能源浪费现象的发生。通 风装置是影响通风网络工作效率的关键性因素，在当前时代背 景下， 多依靠高压变频技术调节通风系统运行状态， 使通风系统 更加符合矿井生产作业情况。运用高压变频技术虽可大幅提升 矿井通风系统风速， 但矿井主石门位置存在风速超限隐患， 为避 免该问题的发生， 可在优化设计通风系统时增设一道主石门。此 外，若阻力影响了矿井通风，形成了两翼通风阻力不均衡局面， 将会大幅降低矿井通风系统运行效果， 为规避该问题， 提升矿井 通风系统运行效果， 可将回风暗立眼设置在矿井井底位置， 以此 更便于矿井回风， 继而全方位保障矿井通风系统运行效果。
2.6 研发设计系统
在现代化环境下，矿井通风系统在优化设计时融入了部分 自动化、智能化技术，且矿井通风系统日益增大，传统通风系统 设计软件及技术方法现已无法满足需求，不仅无法保障优化设 计周期，且不利于通风系统功能的控制。在此形势下，为保障矿 井通风系统运行效果， 应灵活应用各类先进技术手段， 借助计算 机技术及自动化设计软件优化传统线性设计办法，转换非线性设计方式， 立足于矿井实际情况， 以此确保优化设计后的通风系统能够符合矿井需求。
近年来，人工智能技术日渐完善，其中的神经网络技术同样 得到长效发展，此时可将神经网络技术应用到矿井通风系统的 优化设计工作中， 用于解决应对重复性设计内容， 以此提升通风 系统优化设计效率。此外，矿井生产作业过程中，可能发生作业 面推移情况，此时同样可引入神经网络技术，缩短优化设计时 间，改善矿井通风条件。
3 矿井通风系统优化设计实例分析
3.1 系统现状
为增强矿井通风系统优化设计的现实意义，本次将某矿井 通风系统作为研究对象展开具体的性能分析。案例矿井在日常 作业期间主要应用的是抽出式通风系统，为了解该通风系统运 行效果，运用风速合格率、风质合格率、有效风量率、风机装机 效率、风量供需比、综合指标六项分析评估案例矿井的抽出式通 风系统运行情况，上述六项指标的现状调查结果分别为 30.5%、 23.6%、49.3%、47.5%、0.47、56.4%， 根据指标数据结果不难看 出，案例通风系统综合性能略有不足，需进一步调整优化。在此 基础上分析通风系统现存问题， 第一， 案例矿井通风系统主扇设 备并未体现出良好的运行效率，致使风机装置难以有效配合通 风网络开展通风工作，继而大幅降低了案例矿井通风系统运行 效果。第二，对案例矿井进风量进行统计，结果为26.9m3/s，进 风量与矿井通风系统实际所需风段存在严重的不匹配问题，导 致案例矿井生产中段无法得到有效通风换气，污浊空气聚集于 矿井内部， 难以及时排出， 由此不仅使矿井通风系统难以发挥出 其原有作用，还可极大威胁作业人员健康。第三，案例矿井通风 系统的风机装机效率为 45.7%，通风装置存在一定问题，严重影 响了通风系统稳定性， 而不稳定风流又可引发漏风问题， 继而进 一步降低风质质量， 最终使通风系统难以满足矿井通风需求， 不 利于矿井安全生产作业， 因此， 为确保案例矿井能够实现安全化 生产， 必须立足于通风系统现状， 结合通风系统现有问题进行解 决优化。
3.2 优化方案
为良好解决上述问题需优化设计矿井通风系统，为保障通 风系统优化设计效果，需于正式优化设计之前编制专项改造方 案，从安全性、经济性、稳定性三个方面对通风系统进行优化。 案例矿井为最大限度地优化设计通风系统，共提出了两个优化 改造方案。方案一具体优化改造步骤如下 ：①以矿井开采区域 地点为依据改变通风系统形式，将以往的抽出式通风系统调整 为两翼对角式、中央边界式通风系统， 在不同区域设置相应的通风系统，用于保障通风效果。②引入分区通风模式，并结合矿井
场地结构设置回风巷， 以此便于控制风流稳定性， 并根据矿井风 流需求调整通风系统运行参数， 防止出现各类通风问题。③引入 U 型退式通风方式，为矿井巷道运维作业提供便利，此外，调换 局部通风设备，从设备角度优化通风效果，同时融入反向风门， 进一步保障矿井开采安全性及通风系统稳定性。方案二仅在通 风方式方面存在差异，即U 型退式通风方式调整为 Z 型方案，借 助回风侧钻孔瓦斯配套设备防止矿井内瓦斯外涌，同时引入柔 性风筒，用于降低设备安装难度，并为后续运维工作提供便利。 除上述差异点外， 两个优化改造方案一致。
从不同角度分析对比矿井通风系统优化改造方案效果，发 现两种方案均具有较强可行性， 结合通风结果展开分析， 发现方 案一与方案二在回风量、进风量、风量合格率方面均有所提高， 但相较而言， 第一种方案在进风量方面更具优势， 与案例矿井的 电需风量更加匹配，且风量合格率更符合标准，因此，经对比分 析后， 案例矿井最终选择方案一进行通风系统的改造优化。
3.3 改造效果
案例矿井选定通风系统优化改造方案后严格落实，对完成 优化设计的矿井通风系统运行状况进行观察，发现完成更换设 计对主扇设施可良好满足矿井通风系统动力标准，在主扇与辅 扇的相互配合下有效控制了矿井风流，继而大幅提升了通风系 统的稳定性。从风速合格率、风质合格率、有效风量率、风机装 机效率、风量供需比、综合指标六个方面评价评估矿井通风系 统的综合性能，通过该方式了解通风系统优化改造效果。风速 合格率从之前的 30.5% 提升至 83.5% ;风质合格率由 23.6% 提 升至 78.7% ;有效风量率由 49.3% 增加至 61.9% ;风机装机效率 从 47.5% 增加至 62.3% ;风量供需比从优化设计前的 0.47 提升 至 0.81 ;综合指标则从 56.4% 提升至 78.3%。从上述六项指标来 看，通风系统优化改造后得到了极大提升， 优化效果显著， 能够 使通风系统更好地运行，继而大幅提升了矿井生产作业的安全 化程度。
4 结语
通风系统运行效果直接影响着矿井作业的安全指数，因 此，必须予以足够重视。在优化设计矿井通风系统时，应灵活 运用矿井通风技术，做好关键性通风设备的布置工作，尽可能 缩减通风流程， 提升通风实效， 做好通风能力的核定检验工作， 同时需合理调整监测点布局，改造通风网络并落实设计系统的 研发设计工作，以此从不同方面切实提高矿井通风系统的运行 效率与质量。
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