矿井通风系统设计和优化

摘要：矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，其设计合理与否对全矿井的安全生产及经济效益具有长期而重要的影响。矿井通风系统应根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。矿井通风系统应具有较强的抗灾能力，当井下一旦发生灾害性事故后所选择的通风系统能将灾害控制在最小范围，并能迅速恢复正常生产。

关键词：矿井 通风 优化

1 生产矿井通风设计的特点和要求

矿井通风设计是整个矿井设计内容的重要组成部分，生产矿井的通风设计，涉及范围较广，例如增设新采区、开拓新水平、改变主要通风机的工作方法，改变矿井的通风系统、扩大矿井通风能力等，都要进行通风设计。因此，必须周密考虑，精心设计，力求实现预期效果。

矿井通风设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进和经济的矿井通风系统。矿井通风设计分为新建与改建或扩建矿井通风设计。无论新建、改建或扩建矿井的通风设计，都必须贯彻党的技术经济政策，遵照国家颁布的矿山安全规程、技术操作规程、设计规范和有关的规定。

2 生产矿井通风设计的基本内容和步骤

要根据在通风设计的服务期限以内，通风困难和通风容易两个时期，分别按以下内容和步骤进行具体设计。

2.1 拟定矿井通风系统

在生产矿井的通风设计中，通风系统的变化幅度很不相同。例如需要增加新采区，但瓦斯变化不大、增产任务不大时，矿井的通风系统不会有太大的变化，也不致增开新风井。

但如果新开的采区在边远地区或在较深的水平，而且产量和瓦斯量有较大的增加，现有的通风能力不能满足时，或者因为井田重新划分、井型变化时，矿井通风系统往往发生较大的变化，可由中央并列式变为中央并列和中央分列混合式，或由中央并列式变为中央并列和两翼对角混合式，或由一个通风系统分成两个独立的通风系统等。

2.2 计算与分配矿井总风量

由于正在生产的老区，计算风量的依据(如沼气和二氧化碳等气体的浓度、井下空气温度、风速、浮尘、各处漏风量等)都可实测出来，设计中的新区可以参考条件相同的老区数据，所以，生产矿井通风设计中风量计算与分配，可以先计算各个用风地点的有效风量，然后山里往外推算进风路线上的风量和回风路线上的风量，有时还要计算某些网路内的自然分配风量。

2.3 计算矿井通风总阻力

为了计算各条风路的通风阻力，正在生产的老区，各风路的风阻值应该用实测数据，设计中的新区风路，可参考与老区相同风路的数据，或者用本章第四节所述的方法进行计算，新区每条风路做成后要实测它的风阻值，为修改没计使用。通过这项计算，要把通风困难和通风容易两个时期的矿井通风总阻力和总风阻都定出来。

2.4 局部风量调节

为了保证新区从施工到投产的过程中，新区和老区各个用风地点都能得到所需风量，新区和老区之间，新区内各网路之间，老区内各网路之间，要采取风量按需调节的措施，设计中至少要制订出通风困难时的调节措施。

2.5 主扇的调节或选择和矿井通风费用概算

现用主扇的能力，如果能够适应设计的要求，就只需要调整它的工况点，并验算其电动机能力。如果不能适应要求，就得新选主扇，各台主扇在通风困难和通风容易两个时期的工况点，都要落在各主扇特性曲线的合理工作范围内。概算吨煤通风成本。

3 通风系统优化

矿井通风系统是组成矿井生产的一个重要环节。故生产矿井的挖潜、技术改造和优化，也应包括通风的内容。经过优化后的矿井通风系统，应与矿井的生产相适应，技术上先进、合理、可靠；保证生产所需的充足、稳定的风量，在较好的经济效果基础上具备较强的抗灾能力。

3.1 调查研究工作

在进行矿井通风系统优化设计之前，首先应进行通风现状的全面调查，摸清矿井通风的阻力分布，漏风情况和风机性能，以及瓦斯、地质、气候条件及开拓布置等方面的资料。从而找出矿井通风系统中存在的主要症结，进而找出解决的途径，为通风系统优化提供可靠的依据。

3.1.1 通过井巷通风阻力测定工作，可以描绘出沿矿井各通风路线的阻力分布图。以此为据，分析各区段通风阻力是否合理。

3.1.2 由于井口封闭不严，加之施工质量不合要求等原因，常使外部漏风率超过规定，而由于原设计不合理，通风构筑物位置与结构欠佳，也使内部漏风率提高。为此，应逐个调查其漏风点，提出改善措施，为改造设计提供依据。

3.1.3 由于通风机长期运转，且有时附属装置阻力大，风硐断面过小，风硐短，曲率半径小，扩散器的扩散角和导流设备不合理等原因，造成通风机装置的综合效率降低。为此，必须查明通风机的运转实际特性及其工况。

3.2 编制方案的注意事项

3.2.1 矿井通风系统的布置是紧密结合开拓布置的。在生产中，由于地质条件和生产部署，常会出现两翼生产不平衡的现象，有时产量集中于某一翼或某一采区，而造成一翼或一个采区通风能力不足，而另一翼或另几个采区的通风能力过剩。这对矿井的风量分配很难管理，通风能量消耗很不经济。为此，矿井在安排生产时，要尽可能考虑各个系统的通风要求，在采掘布置中，尽量达到均衡生产，或使改造后的各个通风系统，能够适应生产能力。

3.2.2 要充分利用原有生产矿井的通风系统和通风设备，使原有通风系统，稍加调整改造后，就可以见效，达到投资少、工期短、见效快的目的。

3.2.3 由于矿井的产量经常波动，采区的更替，地质条件变化的原因，要求在编制技术改造方案时，对通风能力应留有一定的余地。一般对中小型低瓦斯矿井，可取10％~15％的备用量，大型高瓦斯矿井取15％～20％的备用量，衰老矿井，可不考虑其备用量。

3.2.4 箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼做进风井，如果兼做回风井使用，必须采取措施，满足安全的要求。

3.2.5 每一个生产水平和每一采区，都必须布置回风巷，实行分区通风。

3.2.6 井下爆破材料库及充电室必须用单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。

3.3 编制优化方案步骤

3.3.1 结合矿井生产发展规划，按不同生产时期，不同水平选择多种通风系统方案，以便比较、优选。

3.3.2 根据所提的不同方案，分别按生产要求，由里向外推算进风路线及回风路线的需风量。

3.3.3 计算矿井通风系统阻力。

3.3.4 确定风机选型及工况点。

3.3.5 计算各井巷的风量分配及风量调节量。

3.3.6 计算各项通风经济指标。

3.3.7 经比较确定最优通风方案及其通风参数。

3.4 通风系统技术改造质量的评价

3.4.1 优化后的通风能力与矿井生产能力的适应程度，是衡量通风系统优劣的一项重要标志。如改造后的矿井通风量与生产要求的风量一致，主要通风机的工况点，应落入合理范围内，各井巷的风速符合《规程》规定，实施局部调节措施后的风量风压仍满足生产要求，即说明通风能力符合生产要求。

3.4.2 改造后的矿井通风系统，要保持稳定的风流流动，即矿井通风系统的可靠性，表现为通风的稳定性。为此，应尽量满足下列要求：

①全矿通风系统要尽量布置成集中进风、分区式独立通风系统。各系统应有独立的回风道，尽量减少进风路线的通风阻力。

②采区回风尽量避免相互间连通，否则，易发生风流停滞或不稳定，而引起瓦斯积聚。

③风道断面的大小，直接影响着通风能力及其经济性，风道断面大，风速低，风压消耗小，则通风耗电下降；但风道断面大，会使工程费用增加，因此必须选取最优的经济断面。由于各矿条件不同，则最优断面值也不同。各矿可根据积累的资料计算出不同风量时的通风断面，继而算出经济风速值。

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