張玉鳳

（河南省平頂山市平煤神馬集團安培中心，河南 平頂山 467000）

每一礦井必須有完善的獨立通風系統(tǒng)。礦井通風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的重要組成部分，是實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的命脈，而確保礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性是通風管理工作的重中之重。本文主要分析多風機聯(lián)合運行時影響礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的因素。

1 概述

礦井通風系統(tǒng)由礦井通風方式、礦井通風動力及其裝置、通風網(wǎng)絡(luò)及礦井通風設(shè)施等組成。其任務(wù)是利用通風動力，以最經(jīng)濟的方式向井下各用風地點提供優(yōu)質(zhì)足量的新鮮空氣，保證井下作業(yè)人員的生命安全，改善礦井氣候條件，而且一旦發(fā)生災(zāi)變能有效控制風量，縮小災(zāi)害范圍，減少礦井損失。

礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性是指礦井通風系統(tǒng)在運行過程中保持持續(xù)供給用風地點所需清潔風量的能力。如果礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性失效，就會直接導(dǎo)致礦井風流不穩(wěn)定，風流不穩(wěn)定是導(dǎo)致煤礦事故發(fā)生的重要原因。礦井內(nèi)風流穩(wěn)定與否，在某種程度上反映了礦井通風動力和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理程度與協(xié)調(diào)狀況。礦井通風風流不穩(wěn)定表現(xiàn)為井巷中風流方向發(fā)生變化或風量大小發(fā)生變化，且其變化幅度超過了允許范圍。

2 影響礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的因素

影響礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的主要因素包括通風網(wǎng)絡(luò)、通風設(shè)施和通風動力裝置3大部分。通風網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通風阻力分布的合理性、通風設(shè)施質(zhì)量和布置的合理性、通風動力裝置（包括主要通風機和局部通風機）運行的可靠性，是通風系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)。

2.1 自然風壓

自然風壓與通風機產(chǎn)生的風壓一樣是通風的動力。通風機與自然風壓聯(lián)合工作，類似于兩個通風機串聯(lián)工作。自然風壓在各個時期內(nèi)影響著礦井通風工作，因此在礦井通風管理工作中應(yīng)給予高度重視。

2.2 主要通風機不穩(wěn)定運行

圖1 軸流式通風機特性曲線

圖2 對角式通風礦井

目前我國煤礦大多數(shù)采用軸流式通風機。在圖1中，軸流式通風機的 “風壓—風量特性曲線”中有一段是不穩(wěn)定運行區(qū)域。當風機工況點進入該區(qū)域時，風壓和風量減少，并產(chǎn)生強大的空氣動力，使通風機附件振動，造成風機和驅(qū)動裝置嚴重損壞，這種現(xiàn)象稱之為風機的喘振現(xiàn)象。因此，風機的工況點必須處于一個合理范圍內(nèi)，軸流式主要通風機的合理運行范圍是：上限，通風機的實際工作風壓不得超過最高風壓的90%；下限，通風機的運轉(zhuǎn)效率不應(yīng)低于60%。

如果礦井通風機工況點超出了其合理運行范圍就可能會出現(xiàn)通風機不穩(wěn)定運行現(xiàn)象，而導(dǎo)致主要通風機進入不穩(wěn)定區(qū)域的因素主要有以下幾點。

2.2.1 風阻變化對通風機運行的影響

在圖2所示礦井中，東西兩翼通風機除擔負著各自的分支風路23段、24段外，還共同擔負著公共路段12段的通風任務(wù)。

當公共段風阻和分支段風阻分別發(fā)生變化時，當分支風路風阻一定時，公共段風阻增大，東西兩翼的風機各自工況點都將上移；當公共段風阻一定時，某分支風阻增大，若23段風阻增大，則西翼系統(tǒng)通風機的工況點將上移，而東翼系統(tǒng)通風機的工況點將下移。這說明多風機運行的礦井當公共路段或分支路段風阻發(fā)生變化（尤其是風阻增大時），兩臺通風機相互影響，都有可能導(dǎo)致通風機進入不穩(wěn)定運行區(qū)域，導(dǎo)致風機出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，從而出現(xiàn)主要通風機運行不穩(wěn)定的情況。

2.2.2 風量變化對通風機運行的影響

在對角式通風的礦井中，某一分支的風量如果發(fā)生變化，對整個礦井的通風系統(tǒng)都會產(chǎn)生影響。例如，在圖1所示的通風系統(tǒng)中，如果123所在風路的風井通風系統(tǒng)風量發(fā)生改變，此時不但會改變Ⅰ號風機的運轉(zhuǎn)特性，同時也會改變Ⅱ號風機的運轉(zhuǎn)特性，直接影響兩個主要通風機的穩(wěn)定運行。同理，改變124風路所在通風系統(tǒng)風量也會有同樣的結(jié)果。因此，在調(diào)整風量時，應(yīng)合理調(diào)整，保證兩個主要通風機的穩(wěn)定運行。

2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及阻力分布的不合理

2.3.1 礦井通風網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

礦井通風網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是指礦井通風網(wǎng)絡(luò)的分支數(shù)量及其連接形式。其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和合理性取決于礦井開拓開采系統(tǒng)設(shè)計、巷道布置和礦井瓦斯、地溫等因素。它對通風網(wǎng)絡(luò)風流的穩(wěn)定性起著重要作用。

隨著礦井生產(chǎn)的進行，礦井具體情況不斷發(fā)生變化，如：采區(qū)的準備、投產(chǎn)與結(jié)束，采掘工作面的推進與接替，礦井開拓延深等工程的不斷進展等。這使得通風系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上隨時間發(fā)生變化，導(dǎo)致風阻分別發(fā)生相應(yīng)的變化。

通風網(wǎng)絡(luò)的基本連接形式有串聯(lián)風路、并聯(lián)風路、角聯(lián)風路，復(fù)雜的通風網(wǎng)絡(luò)都是由這3種形式構(gòu)成，在這3種基本連接形式中，串聯(lián)風路和角聯(lián)風路都會直接影響通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性。串聯(lián)風路增大了風路的風阻，增大了通風阻力，通風費用增高；從安全上來講，串聯(lián)風路前段風道的污染風流必然流經(jīng)后段風道，后段風道難以得到新鮮風流，在串聯(lián)風路中若有一地點發(fā)生事故時，容易波及整個風流，安全性差。另外，串聯(lián)通風中的各個工作點不能進行風量調(diào)節(jié)，不能有效地利用風量。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：采、掘工作面應(yīng)實行獨立通風。角聯(lián)分支具有流向不穩(wěn)定的特性，即角聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中邊緣分支風阻變化對角聯(lián)分支的風量和方向均產(chǎn)生影響，角聯(lián)分支的存在為風流的不穩(wěn)定創(chuàng)造了客觀條件，使安全受到威脅。

2.3.2 礦井通風網(wǎng)絡(luò)阻力分布不合理

礦井通風網(wǎng)絡(luò)阻力分布是指礦井通風阻力在網(wǎng)絡(luò)各關(guān)鍵風路上所占的比例。

目前有些礦井存在通風阻力較高，而且阻力分布也不合理的現(xiàn)象。由于考慮到采掘、運輸?shù)却笮驮O(shè)備的外形尺寸，礦井進風段的巷道斷面較大，通風阻力較小，而回風段常受采動、支護變形、失修等影響，致使巷道斷面難以符合通風要求。對設(shè)計院設(shè)計的新井進行統(tǒng)計分析表明，礦井通風系統(tǒng)中，進風段阻力占總阻力的25%、用風段占45%、回風段占30%為宜。但實際測定表明，大多數(shù)礦井回風段的阻力占總阻力的60%～85%，只有少數(shù)礦井采區(qū)的通風阻力占總阻力的40%～50%，回風段阻力偏大，直接導(dǎo)致回風風流排出困難，容易導(dǎo)致事故發(fā)生。

2.4 通風設(shè)施對通風系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

為了保證風流按擬定的路線流動，就必須在巷道中的合適位置設(shè)置相應(yīng)的通風設(shè)施對風流加以控制。在生產(chǎn)礦井中，礦井通風設(shè)施的建造質(zhì)量、數(shù)量以及安設(shè)位置和通風設(shè)施的管理好壞等都直接影響通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

礦井中常見的通風設(shè)施主要有風門、擋風墻和風橋等。

在礦井通風管理工作中，如果通風設(shè)施設(shè)置的數(shù)量、質(zhì)量不符合要求，位置設(shè)置不合理，對通風設(shè)施的管理維護又不及時，勢必會造成風流短路或大量漏風，直接影響各用風地點風流的穩(wěn)定性。因此合理地建造通風設(shè)施并保證其建造質(zhì)量，同時生產(chǎn)過程中加強對通風設(shè)施的管理和維護是礦井通風管理的重要工作之一。

3 確保通風系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的措施

礦井要確保通風系統(tǒng)合理，應(yīng)該從以下幾方面入手：

3.1 保證礦井通風系統(tǒng)有足夠的通風能力，保證有效地通風。

3.2 合理安排生產(chǎn)布局，力求均衡，確保通風網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定。

3.3 要有可靠的通風安全設(shè)施。

4 結(jié)語

煤礦安全生產(chǎn)過程中，確保礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠是十分重要，也是很有必要的。影響礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素較多，也比較復(fù)雜。本文重點以對角式通風的礦井為例分析了影響通風系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的因素，并提出了確保通風系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的措施，對指導(dǎo)礦井的通風管理和安全生產(chǎn)有重要意義。

[1]李樹剛，邵海.礦井通風[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[2]徐景德.煤礦安全生產(chǎn)管理人員安全培訓(xùn)教材[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.