煤矿通风系统风流稳定性影响因素及解决策略论文

 

　　关键词：煤矿通风系统,风流,稳定性,影响因素

 

 

　　煤矿通风系统主要包含通风设施、通风巷道，地面主要包含:通风机、风流监测系统、控制系统等组成部分，通风系统风流是否稳定，直接影响着煤矿井下生产是否安全，所以煤矿企业要对通风系统有正确认识，并深入分析可对通风系统风流稳定性产生影响的因素，科学判断系统稳定性，并采取有效措施稳定风流，以充分发挥通风系统功能作用，充足的为井下用风点提供新鲜空气，降低有害物质浓度，减少安全事故发生几率。

 

 

 

　　煤矿通风系统其组成部分主要包含:通风动力装置、控制系统、风流监测、通风井巷网络等，可对矿井中的气候进行调节，并保障生产安全。在煤矿开采过程中，系统内部各个分支的风阻会不断变化，像自然风会经风口流入到矿井当中，在风机运作过程中，进入地下通风网络当中，随后通过回风井向外排出，所以如果矿井当中的风阻有所变化，必须要保证通风系统运行的稳定性、可靠性，在此基础上确保各分支的风量可达到生产要求，同时有效避免风流反向流动[1。

 

　　在风流缺乏稳定性情况下，有可能会造成个别用风点出现瓦斯堆积、风量不足等情况，甚至引发瓦斯爆炸，因此，为使煤矿王广更加女全，需在矿开通风系统运行过程中尽量提升风流稳定性。

 

 

　　煤矿通风系统由机械与自然通风系统两大结构组成。机械通风是在风机等通风设备的支持下持续向工作平台提供稳定风压，保证空气流通，以此排出有害气体，可在设备中设置相关参数以确保自动化运行，也可由工作人员根据实际情况进行操作。自然通风系统是一种依靠煤矿结构设计实现自然通风的模式，根据矿产朝向，调整其结构，确保空气能够在自然情况下流入矿井实现通风。但需要注意的是，自然通风系统的风速相对较慢，风向容易受到外界环境因素影响，通风效果并不稳定。因此，需要依靠机械通风系统与自然通风系统互相配合，在保证稳定通风的基础上来保证达到煤矿通风要求，从而取得最佳通风效果。

 

 

　　建立煤矿通风系统，主要作用是用更低的成本为巷道用风位置供给合适的风量，由此确保矿井下作业人员的人身安全，并促进生产效率提升。在煤矿生产过程中，矿井通风是保障作业安全的重要手段，在矿井生产中发挥着重要作用。

       一方面，随着煤矿领域的发展，矿井开采深度日渐加大，很多井内空气都存在流通不畅问题，在无法及时充足的供应02情况下，导致CO₂浓度持续上升，这使得矿井作业人员很容易出现缺氧情况，并引发CO₂中毒等问题。而科学构建煤矿通风系统，能使井内空气更顺畅的流通，如图1所示。只有在良好通风的环境下，才能确保井下工作过程中有足够的氧气，切实满足工作环境需求，同时该系统在运行当中，也能使其他环境条件得到改善，进一步提升井下作业安全行与工作效率。

 

　　另一方面，矿井生产期间会有大量有毒有害气体产生，比如瓦斯、CO等，并会有部分有害物质，像粉尘等，如果这些有害物质被工作人员大量吸入，将会使其呼吸系统受到损害，从而对煤矿作业产生负面影响，并会影响作业人员其身体健康和生命安全。而建立煤矿通风系统，可最大程度的将矿井内有害物质抽出，确保矿井当中空气流通，有效降低CO2中毒、瓦斯爆炸等事故发生几率，维护矿井生产安全。所以，在井下作业及管理期间，要对所有矿区各地点实际通风量进行详细计算，并为各地点分配适当的需风量，充分满足矿井安全生产所需。而且在矿井通风系统稳定运行情况下，一旦发生灾变，能够及时控制风流方向，预防事故影响进一步扩大。

 

 

　　1）复杂性。煤矿通风系统的实际工作效率会受到诸多外界环境因素影响。由于井下作业环境复杂，加上通风要求较高，所建设形成的通风网络通常包含大量分支，某些大型煤矿的通风网络分支可达800多条，同时伴随众多通风网络节点存在。为全面提升通风效率，打造良好通风环境，这些节点都需根据实际情况布设对应通风设施，导致风流的复杂性不断提升。

 

　　2）动态性。一方面，煤矿通风系统受科技进步的影响，正在不断地升级改造，科技含量与工作效率不断提升，相应的系统风流也将随着系统优化而不断改变。另一方面，煤矿井下业务的持续开展，使井下通风需求不断改变，相应通风系统网络结构随着通风需求也将持续变化，使系统风流更加符合井下业务开展需求。

 

 

 

　　1）网络设置。煤矿通风动力与矿井巷道分支风速之间存在紧密的联系，两者呈现正相关关系。一般情况下，并联与串联电路构建形成的通风网络风流稳定性较强，在动力组数量调整改变的情况下，加上通风方向出现调整，将可能直接影响风流流动方向。

 

　　2）风阻改变。煤矿井下工作当中会受到风阻的影响，这些风阻具有随机性强且范围大等典型特征。受井下复杂环境的影响，局部扰流、死角等流畅影响因素会影响风阻变化，同时瞬时风压与气压变化也将导致风阻变化，进而对系统风流稳定性造成影响。

 

 

　　1）风机本身工作稳定性与风流稳定性之间存在紧密联系。一般巷道物理风压与风机运行状态都将直接对通风风量与风阻造成影响。若矿井规模不大，其通风模式多为单台风机通风，在实际工作期间，若出现巷道风阻或风压上升等问题，将直接影响风机运行性能，进而对风流稳定性造成影响。若矿井规模较大，通常将使用更多风机联合工作，在风机设备匹配度欠佳的情况下，风流稳定性将下降，严重情况下还会使风机之间的作用相互抵消，进而造成风机运行失稳。

 

　　2）辅助风机的工作性能也会对风流稳定性产生一定影响。由于大多煤矿会将辅助风机设置在巷道分支点位，由于位置特殊，所以风机运行性能会对巷道当中的风流方向产生直接影响，并由此会降低风流稳定性，难以保证通风系统能始终稳定、可靠的运行。尤其若辅助风机保持较大功率，将更容易在通风支流当中发生风流停滞等情况，严重情况下可发生反向问题。

 

　　3）物理风压会影响风流稳定性。如果巷道当中有物理风压。这些物理风压以及风机的风压等都会对巷道通风阻力产生影响，并会较大程度影响风量风向以及风量分配等。若物理风压方向与风机风压方向统一，物理风压越大，风流稳定性就会越高。

 

 

　　1）机械运输作业实际情况将影响风流稳定性。在煤矿井下活动信息化程度不断提升的情况下，机械运输作业效率持续提升，对于大型设备来说，在工作过程中会影响风流运动方向与速度，加上风流、设备、巷道之间存在相互摩擦的问题，也将在一定程度上对风流稳定性造成影响[2]。

 

　　2）爆破作业会较大程度影响风流稳定性。在煤矿领域持续发展过程中，不断提升着现代化水平，但目前很多煤矿生产过程中仍会使用爆破作业。而在爆破期间，所产生的冲击波极大，会较大程度影响风流的稳定性，并由此造成巷道发生变形破坏或者垮塌等问题，在此基础上会使通风系统当中部分分支的风阻有所改变。需要注意的是，爆破工作后所产生的大量粉尘，也可能影响系统风流稳定性，甚至使风流方向发生倒转。

 

 

　　井下灾变也是影响煤矿通风系统风流稳定性的重要因素之一。以火灾为例，在火灾形成并蔓延的过程中，巷道温度急剧上升，物理风压持续增大，并直接改变巷道风流，最终影响风机运行稳定性与工作效率，在灾情更大的情况下，甚至可能出现负风量现象。尤其在火灾部位处于煤矿上行风流环境中时，急剧上升的风压与风机风流位置相反，在煤矿等孔体积未改变的情况下，风机运行状态发生变化，此刻系统风压受火灾风压与风机风压的共同影响，井下风量持续增加。若煤矿等孔体积提升，风机风压随之降低，风压也将持续减小，自身工作功率受到较大影响。而且在矿井当中如果发生火灾，巷道当中的原热力状况也会有所改变，在温度不断上升过程中，整体风流情况也会有较大变化，尤其是发生火灾后会同步出现火风压，将容易加剧灾害区域化问题。而且因存在火灾压，会使巷道当中的风量有所改变，较大程度影响原本巷道内的风压分布情况，并会破坏煤矿原通风系统，进一步加大事故影响范围，严重情况下可造成煤矿内发生爆炸问题[3]。

 

 

　　在通风网络当中，若其中有一条分支其通风风阻Ri有ΔRi的增量，那么所增加的通风阻力会对相邻通风分支其风量Qj产生影响fi，具体如式（1）所示：

 

 

　　式中：fi代表风路稳定程度。在此基础上，设定式（2）：

 

 

       式中：Qj′指通风网络内部在通风阻力改变之后第j条通风支路的风流量；Qj指的是通风阻力固定不变情况下第j条通风支路具体的风流量；n指的是通风支数。

 

　　结合上述公式，可发现fj越接近1，通风分支风流稳定性将越佳；fj越接近0，则表示通风分支风流稳定性越差。结合上述公式，可判断各通风分支其风流的稳定性，若发现有通风回路稳定性不符合实际要求，则需根据实际情况采取对应措施及时进行调整。

 

 

 

　　为使风流更加稳定，关键是要建立稳定的通风风路，实践中要结合不同的动力通风系统针对性的进行参数设计与优化。进口风机安装中，需优化设计风路，充分考虑通风受到大环境的影响情况。若相应点位较为平滑，可装设单个风机，以防因震动影响风流稳定性。若要安装多个风机，应着重考虑井下风网情况，重点考量长度以及角度等，确保风阻、风流保持相对平衡状态，使风路运行更加稳定。

 

 

　　煤矿要结合实际情况合理选择并优化风机性能，保证其设备性能与通风要求保持一致，比如根据井下作业开展推进情况与外界气候变化情况来及时调整运行参数，并选择负压通风方式，促使通风机有更强的输送风能力，并减少通风能耗，并要考虑在环境恶劣情况下，仍可把风流传至设定点位，确保通风系统具有较高稳定性。

 

 

　　为避免物理风压影响风流稳定性，需要在系统设计中着重考虑物理风压因素，并在设置动力机组以及风路期间全面考量矿井地理环境以及气候特征等因素，尽量避免物理风压影响矿井风流稳定性。

 

 

　　为使风流更加稳定，要科学设计风网，确保各风道保持良好的协调性，重点考虑角度、尺寸等参数，保证风流速度合适且风力稳定。

 

 

　　在煤矿生产中，矿井通风系统属于关键的辅助系统，在通风系统运行中保证风流稳定，有助于提升煤矿生产效率，维护生产安全。所以，煤矿企业要着重优化及改造矿井通风系统，加强通风管理，降低外界环境与内部活动作业等行为对通风稳定性的影响，确保通风系统高效顺利的运行，为作业人员营造优良的工作环境，促进生产效率及经济效益提升。

 

 

　　[1]李梦瑶.分析煤矿通风系统的安全性与稳定性[J].内蒙古煤炭经济，2021（18）：8-10.

 

　　[2]侯宇杰.南沟煤矿通风系统不稳定原因分析及对策研究[J].山西化工，2020，40（2）：67-69.

 

　　[3]赵常林.新时期下采矿区通风安全管理存在的问题及对策研究[J].矿业装备，2022（3）：166-167.