安全工程师辅导：生产矿井的通风技术改造

　　矿井通风技术改造是生产矿井挖潜技术改造中的一个重要环节。我国煤矿的通风改造任务很重，到1982年，全国统配煤矿还有89对矿井通风能力不足，另有93对矿井存在着通风阻力大、通风困难和经济效益差的问题。这些矿井亟待进行调整和改造才能保证矿井的安全生产。

　　几年来，我们根据一些矿井改造的要求，开展了矿井通风技术改造问题的研究和讨论，并研究了应用电子计算机进行通风网络的解算与分析。通过对新汶、肥城、铁法和抚顺等局矿的改造工作，取得了一些较好的技术和经济效果。

　　1通风技术改造的内容

　　在矿井生产技术改造过程中，要求通风环节的技术改造内容包括以下几个方面。

　　1． 1解决矿井通风能力不足

　　（1） 主要通风机的能力。即在其合理的工作范围内，排风能力满足不了矿井生产的要求，这个指标比较明显，当矿井（或某一系统）风量确定之后，与风机的排风能力相比，即可知道风机的能力是否满足生产要求。

　　（2） 井巷系统的通过能力（包括各分系统的通过能力）。即在主要通风机的驱动下，矿井（或某系统）风量的通过能力能否满足生产的要求。

　　井巷系统通风能力的大小直接与矿井的等积孔有关。如矿井的等积孔较小时，要通过一定的风量，就会消耗较大的风压，主要通风机风压过高，供风能力不足，就会造成矿井通风困难。在生产矿井的通风改造过程中，由于矿井通风阻力大而引起通风能力不足的问题更为普遍些。

　　因此，要衡量一个矿井的通风能力，应按以下4个条件来检验。①在风机的驱动下，矿井的风量能否满足生产的要求。②消耗的风压是否允许，主要通风机的工况是否合理。③验算各风道的风速是否符合《煤矿安全规程》规定。④风量调节后，矿井风量和风压的变化还能否满足生产的要求。

　　1． 2调整通风系统

　　在技术改造过程中，由于生产的发展变化、产量的增长及开拓布置的变动，要求调整矿井和采区的通风系统。生产矿井的通风系统调整，除应与矿井设计有相同的要求之外，还应考虑以下几个问题：

　　（1） 要充分利用原有的井巷系统和通风设备，充分发挥其潜力，进行合理调整。尽量减少开拓工程和基本建设项目，减少改造费用。

　　（2） 老矿的井巷要发生“老化”，其断面往往达不到原设计的规格，加上巷道失修等问题，矿井的通风阻力损失和分布会发生变化，应根据矿井实际现状，通过调查摸清情况，有针对性地进行综合治理。

　　（3） 生产矿井的通风系统，往往由于井田范围大、老空区多、多水平同时开采等多方面的原因，使矿井通风系统的调整更为复杂。因此必须合理选择通风方案，验算通风系统和通风设备的通过能力。这就必须要进行复杂的通风网络解算和技术经济方案比较，从中选取较优的方案，以满足矿井生产的要求。

　　（4） 矿井风量计算及其基础资料是关系到矿井正常生产、安全条件以及确定井巷断面和通风设备的选型问题，是矿井通风的基本参数。

　　2技术改造的几点做法

　　2． 1摸清生产矿井的通风现状，查明问题的关键，挖掘潜力

　　我们在新汶、肥城、铁法、抚顺等局进行矿井通风改造之前，均首先进行了一次通风现状的全面调查，摸清矿井的通风阻力分布、漏风情况和风机性能以及其他方面如瓦斯、地质、气候条件、开拓布置等方面资料。找出矿井通风能力不足的主要矛盾，进而查明解决的途径，为通风技术改造提供依据。

　　（1） 查明井巷通风阻力的分布。通过巷道通风阻力的测定，可以描绘出矿井风压分布图。这样在通风系统图上，清晰地分析各区段通风阻力消耗是否合理，这个测定的阻力资料也是矿井通风网络解算时的基础资料。

　　（2） 查明漏风状况。矿井漏风分两个方面：一是外部漏风，即井口、风机装置等部位的漏风，按设计规范规定，应不超过10%~15%，但我国矿井目前均在20%以上。而带有提升设备的矿井，如铁法的晓明、大隆等矿，利用箕斗井作回风，其漏风率均在30%~35%以上，个别在50%以上。应加强封闭，改进井口密封结构。二是内部漏风，即采空区，煤柱和通风建筑物的漏风。由于通风设计不合理，通风建筑物位置与结构以及管理等问题，使矿井的有效风量达不到通风质量管理标准。

　　（3） 查明风机运转工况，提高主要通风机装置的综合效率。我国煤矿主要通风机的使用效率比较低，一般在50%~60%，个别仅有20%~30%。其原因：①设备陈旧，效率低。②风机选型不合理，与通风系统不匹配，造成大马拉小车，使电耗增大。特别是大风量通风机的高效率区均在高风压区（在3000~3500Pa）以上，对等积孔大的大型矿井，很难进行通风机的选型。③通风机的附属装置阻力大、效率低。尤其是风峒的设计，断面过小，拐直角弯，会引起较大的局部能量损失。

　　通过矿井通风现状的调查，可以掌握矿井通风技术改造要解决的问题，针对这些问题采取适当措施，满足生产发展的要求。

　　2．2 根据生产实际，合理安排采掘部署，均衡生产，充分发挥各个系统的通风能力，改善矿井通风条件

　　矿井通风系统的布置是紧密结合开拓布置的，因此在制定矿井生产发展规划、开拓布置和安排采掘衔接关系时必须考虑该系统的通风能力，统筹安排，达到综合平衡。

　　但在生产过程中，由于地质条件和生产部署，常会造成出现两翼生产的不均衡，有时产量集中于某一翼或某一采区，则要求加大定地区的通风强度，而另一翼则不能充分利用。因此要求矿井在安排生产时，要考虑各个系统的通风能力，进行采掘布置时，尽量达到均衡生产，这样来发挥各个系统的通风能力，改善矿井通风条件。

　　2．3 通风技术改造方案的编制

　　针对生产矿井通风存在的问题，结合不同时期的生产发展，可以编制多种技术改造措施的通风方案，经过技术经济比较，最后确定较优的通风改造方案。

　　在编制改造方案时，应注意以下几方面的问题：

　　（1） 通风系统的布置要紧密结合矿井开拓布置，因此要结合矿井生产发展规划和采掘部署来编制通风方案。例如，可按“六五”、“七五”等不同时期布置通风系统，或按不同水平，并且按每个水平不同区域（如走向范围大的矿井）来布置通风系统。对于每一时期应该针对通风的问题采取多种技术改造措施，编制尽可能多的方案来进行比较。例如，对新汶孙村矿的改造，分为现阶段的生产系统、过渡到下水平的过渡时期以及深水平（一600m水平和一800m水平）3个不同时期，每个时期根据不同要求又编制了几个方案，总共有21个方案来进行比较。这样对矿井当前和长远的通风情况有个较全面认识。从而取得了较好的经济效果。

　　（2） 生产矿井的改造要充分利用原有的通风系统、井巷和通风设备，或加以适当改造。这样的改造项目一般说来投资少、工期短、见效快。如老虎台矿东翼排风井的通风能力有限，目前主要生产水平在一540m水平，回风水平为一505m，回风流全靠一505m总回风经风井排出地面，势必造成东翼消耗负压更高。而矿井东翼一430m与一330m风道维护均较完好，可作东翼并联回风，以减轻排风井自一505m~一330m的负担，有利于东翼风压的下降。

　　（3） 在核定通风能力时，要留有余地，选取一定的备用系数。由于矿井的产量的波动、采区的更替、地质条件的变化等因素，要求在编制技术改造方案，进行通风能力核定时，应留有一定的备用量，但备用量太大会造成财力、物力上的浪费。对于新矿井或发展矿井备用系数更大些，例如中小型低瓦斯矿井可取10%~15%的备用系数，大型高瓦斯深井可取15%~20%的备用系数。对于一些老井或衰老矿井，可以不考虑备用系数。

　　2．4 应用电子计算机进行通风网络解算和分析

　　各个通风方案要进行验算其通风能力，分析其通风效果，这就需要进行矿井的通风网络解算工作。我们编制了ALGOL60和ForTran语言的有多种功能的计算机程序，包括有：

　　（1） 风量自然分配程序。这个程序是采用H·Cross迭代法，在网孔选择方面应用了图论中关于最小树的理论而编制的。

　　程序可用于解算存在自然风压、固定用风量的多台风机的网络解算，可以求算各分支巷道的风量自然分配和风机工况。

　　（2） 风机选优程序。在风量自然分配程序的基础上编制风机选优程序。程序数据库内已列有国产70B2、4-72、4-73和9-57系列等各个个体曲线的参数，即各台风机的风量Q和风压H及效率η的3个数值组。根据矿井（或各个风机系统）的风量要求，程序可以自己选出功率消耗最小的风机，并在该风机驱动下，求出各风道分支的风量分配。

　　（3） 矿井风量优化调节程序。根据现场的风流调节方法，以最大风压路线为基准，而在其他风流的风路系统中加调节风窗来控制。这种方法常使矿井风压普遍增大。造成通风运营费用的不合理，有时还会出现矿井风量不足的问题。较好的调节方法应该是把较低风压路线的风压调上去的同时，便高压路线的风压尽量降下来。其办法是在矿井的回风区寻找有流入最大风压路线的风道，在这个风道上设置调节风窗，截流一部分风量流入最大风压路线内，从而降低最大风压路线的风压。我们已编制了计算机程序，可以自动编排各条风流路线，寻找合适的调节风道位置，计算调节量大小，又使调节后的通风能耗达到最小。

　　3通风系统的评价

　　矿井通风系统的技术改造，就是要使矿井改造后有一个良好的满足生产的通风系统，一个良好的通风系统常用“安全可靠、经济合理”来衡量，对此我们作些粗略的分析。

　　3． 1通风系统的安全可靠性

　　（1） 通风系统的稳定性。从矿井通风系统可靠性的要求来看，保证通风系统的稳定性是一个重要方面。对于影响风流稳定的问题，目前讨论较多的是通风网络结构的影响风机联合运转时相互影响问题。前者对单角联网络中提出了角联分支风流稳定的判别式，但对双角联网络中角联风道的风流方向就有9种情况及其判别式，这些判别式均相当繁琐，很难在实际工作中应用，而井下实际的通风网络远比双角联网络复杂得多。同样对多台机联合运转也提出了对风机性能的要求和稳定条件。得与复杂的通风网络联系在一起的分析也较困难。为了提高通风系统风流的稳定性，要求在通风系统布置时尽量采取分区并联系统，减少角联风道。另外在日常管理中要加强控制，防止风流反向与短路，现提出以下一些具体作法。①全矿通风系统要尽量布置成集中入风，分区式独立通风系统。多风机联合运转时，各系统的回风道应该独立，如果回风道有相联时，则必须用风门隔开，防止相互影响。通风系统布置时，要尽量减少入风风路的通风阻力，尽量早分风，有早于主要通风机工作的稳定。②采区最好由1个石门集中入风。防止其联络道中风流停滞或不稳定而引起瓦斯积聚事故。③回采工作面应采用独立通风，同一采区内的上下阶段和邻近煤层尽量不同时回采，这样可以减少角联风路和防止进回风流的干扰。④要加强通风设施的质量管理。矿井的主要风门应设2道，防止同时启开。调节风窗和风门的位置尽量不设在影响风流方向改变的危险风道上。尽量用绕道代替风桥，保证通风的可靠性。⑤在有自然风压影响的井筒区域，要通过计算对部分井筒进行控制，加强主要通风机对这一区域的作用能力，抵御自然风压的影响，保证风流稳定。⑥要定期检查和验算角联风道的风流稳定性，进行调节，使角联风道两端的风压差有一定的数值，以保证其稳定性。

　　（2） 通风系统的抗灾能力。矿井通风系统的安全性有时以矿井通风系统的抗灾能力表示。其表现为：在正常生产条件下，有较完善的通风设施和可靠的通风制度，而一旦发生事故时，有较好的防止事故扩大和控制风流的应急措施，有可靠的安全出口、避灾路线和其他措施。因此在布置矿井通风系统时，应注意以下几个方面的问题。①通风系统要尽量采用分区独立通风，减少角联风道，保证生产时期的风流稳定，而一旦发生事故时其相互干扰小，使事故控制在本系统范围内。②通风系统要简单、单一。尽量减少通风建筑物设施，可以减少漏风和防止启开时影响风流不稳定等问题。③在布置通风系统时，必须要考虑事故发生后有可靠的安全出口和避灾路线，在发生事故时，应能根据事故的位置和性质来调节和控制风流，使灾区的工作人员能安全撤走。

　　3．2通风系统的经济合理性

　　矿井通风系统的经济合理性是在技术可靠性的基础上，如何使矿井通风达到较好的经济效益。

　　（1） 提高通风系统的经济效益。矿井通风费用中主要通风机的电耗占有很大的比重，如何降低主要通风机的电耗有以下几点做法。①在多台风机联合运转时，当矿井的总风量为一定值时，为了使各系统主要通风机运转的功率消耗最小的必要条件是各分风系统的风压消耗相等。因此在布置通风系统时，安排采区、风量分配及井巷断面设计等方面，最终能使各分系统的风压消耗达到相等，以实现经济的目标。②优选主要通风机。采用我们编制的主要通风机选优程序，使选出的风机能满足矿井风量的要求，运转在稳定区域内，又达到运转的经济费用最小。③风道的优化断面与优化风速。根据风道的井巷开凿费用、通风电费、通过的风量大小和服务年限，可以确定最优断面。按萍乡巨源矿熊家山斜井的资料可知：当排风量为60m3/s时，最优断面为10m m2；排风量为80m3/s时，最优断面为13 m2。从求得的最优断面和流过的风量，就可以算出它的经济风速约为6m/s，基本吻合。因此，我们认为，对于一些服务年限长的主要风道，在设计其断面时，应当用经济风速来验算。

　　（2） 矿井风压与等积孔。矿井风压与等积孔是衡量矿井通风能力和难易程度的重要指标。也能反映出矿井通风系统的合理性和经济性问题。矿井风压的大小直接与矿井的风量、井型、井深、开采范围和通风路线长短等因素有关。但为了有利于控制瓦斯的涌出，减少漏风和提高通风设施的质量管理要求，则矿井的总风压不宜过高。根据资料统计，我国煤矿的平均风压，高瓦斯的大型矿井为2500~3000Pa，低瓦斯的大型矿井为1800~2500Pa，中小型矿井的平均风压分别下降1/3~1/2。