李斐 周福

摘 要： 礦井通風情況對礦井作業(yè)安全有直接影響，需要根據各類作業(yè)面的特點，合理布設通風系統(tǒng)。本文首先對礦井通風技術的研究現(xiàn)狀進行分析，包括通風系統(tǒng)布設及分析計算方法、礦井通風節(jié)能技術等，在此基礎上，探討其通風系統(tǒng)優(yōu)化設計策略，包括優(yōu)化設計目標、監(jiān)測點優(yōu)化布局、通風能力核定以及自動設計支持系統(tǒng)的研發(fā)等。

關鍵詞： 礦井通風技術；通風系統(tǒng)；優(yōu)化設計

前言：礦井作業(yè)的危險系數(shù)較高，在作業(yè)過程中會產生大量的粉塵和有害氣體，包括CO、CO2、NO2、NH3、硫化物和沼氣等。根據我國礦山作業(yè)安全規(guī)范的要求，一氧化碳濃度不能超過0.024%，氮氧化物含量不能超過0.00025%，硫化氫含量不能超過0.00066%，二氧化硫濃度不能超過0.0005%。要達到上述標準，必須確保礦井通風系統(tǒng)設計和安裝的合理性，同時保證其能夠穩(wěn)定運行，從而為井下作業(yè)安全及施工人員的身體健康提供保障。

一、礦井通風技術的研究現(xiàn)狀

礦井通風技術的研究與應用直接關系著礦井作業(yè)安全，近二十年來，我國在礦井通風技術的研究上取得了重大進展。首先從礦井通風系統(tǒng)設計及分析計算方法的研究來看，相關研究者提出了多種通風阻力測定方法。通過建立作業(yè)面紊流傳質方程、污染物濃度計算方程等，可以為風量計算分析提供依據。在計算機技術的應用下，還可以通過建立復雜的礦井通風網絡模型，為通風系統(tǒng)設計提供依據。礦井通風系統(tǒng)設計的理論研究也不斷豐富，射流通風理論、風流動壓調節(jié)技術、火災情況下的非穩(wěn)定風流規(guī)律研究等，都為礦井通風系統(tǒng)設計提供了重要基礎。

另一方面，礦井通風節(jié)能技術的研究也取得了重要突破。比如，通過設計多風機多級機站，可顯著提高井下有效風量率，根據需風量對風機進行調節(jié)，提高系統(tǒng)可控性，從而減少不必要的能源消耗。再比如，通過采取風阻降低技術，對最大阻力線路進行擴大巷道斷面處理，可以獲得較好的降阻效果。還可以通過采用流線型擴散塔，在機站出口處安裝擴散器等，降低局部風阻，改善井下作業(yè)面的空氣動力性能。總體而言，通過上述幾種礦井通風技術的綜合運用，能夠有效改善礦井通風條件，滿足相關規(guī)范要求，保證井下作業(yè)安全。

二、礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)化設計

（一）礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設計目標

礦井通風系統(tǒng)設計是各類通風技術應用的集中體現(xiàn)，其系統(tǒng)布設的合理性直接決定著井下通風量及通風節(jié)能效率。某礦井通風系統(tǒng)設計示意圖如圖1所示，如何判斷其是否滿足設計要求，主要通過與設計目標進行比較，進而決定是否需要對設計方案進行優(yōu)化。根據相關設計規(guī)范，礦井通風設計要滿足以下幾點基本要求：（1）通風系統(tǒng)設計應避免過于復雜，由于井下設備安裝空間有限，應盡可能通過簡單的布設，在滿足相關規(guī)范要求的前提下，減少空間占用；（2）礦井通風系統(tǒng)設計要滿足系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性和可靠性要求，具備較強的井下環(huán)境適應能力和抗災能力，能夠保證特殊狀況下的通風效率，從而降低井下作業(yè)風險；（3）在系統(tǒng)設計和優(yōu)化過程中，應充分考慮系統(tǒng)運行的節(jié)能性，根據實際需要調節(jié)風量，減少資源能源浪費；（4）充分考慮系統(tǒng)設計的成本投入問題，同時合理劃分經費，保證通風設備質量和性能符合要求。綜合上述幾方面的考慮，在相關理論和技術的支持下，得出最優(yōu)化的系統(tǒng)設計方案。

㈡ 礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設計方法

⑴巷道選型設計

在具體的優(yōu)化設計過程中，首先應將礦井通風系統(tǒng)設計與巷道選型設計結合起來，確保礦井通風系統(tǒng)能夠滿足作業(yè)面的實際需求。在分析過程中，如果原有巷道形式容易對通風系統(tǒng)布設產生制約，可以考慮采用新鑿專用進風斜井的方式，并采用計算機仿真分析方法，確保優(yōu)化方案的可行性。比如某礦井通過將新鑿進風斜井與各中段的運輸巷聯(lián)絡石門相連，并增設一級機站，使其進風能力得到顯著提升。

⑵減少通風流程

在礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設計過程中，應對各個巷道分段的通風流程進行精簡，過多的通風流程不僅會導致風量出現(xiàn)損失，還會因新風受到污染，導致礦井內的空氣指標超出標準范圍，進而對施工人員的身體健康及生產安全造成威脅。在此方面，應充分考慮風機選型問題，并對風流壓力進行測量，確保通風流程設計符合要求。

⑶局部降阻

針對巷道局部分段通風阻力較大的問題，在設計過程中，應對各分段風速進行測量，根據參數(shù)測量結果，確定具體的降阻措施。由于通風系統(tǒng)改造成本較高，需要在前期確保測算的準確性，實現(xiàn)對局部分段的有效優(yōu)化。

⑷監(jiān)測點優(yōu)化布局

監(jiān)測點的優(yōu)化布局是礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設計的一項重要內容，特別是在礦井生產規(guī)模不斷擴大的情況下，通風系統(tǒng)設計規(guī)模也越來越大，其監(jiān)測和運行調控的復雜性明顯提升。比如在多級機站系統(tǒng)的設計和應用過程中，系統(tǒng)管理任務量大，采用人工經驗判斷方法難以滿足實際要求。因此，以計算機和通訊技術為核心的自動化監(jiān)控系統(tǒng)在礦井通風系統(tǒng)設計中得到了廣泛應用。為獲取較好的自動監(jiān)控效果，需要對監(jiān)測點進行優(yōu)化布置。首先應保障監(jiān)測點數(shù)量的合理性，如果監(jiān)測點數(shù)量不足，難以實現(xiàn)自動監(jiān)控管理的全面覆蓋，若監(jiān)測點數(shù)量過多，則會增加系統(tǒng)成本投入。因此，應通過對礦井作業(yè)面設計圖紙進行計算分析，合理確定監(jiān)測點數(shù)量。在此基礎上，確保局部監(jiān)測點設計的合理性，能夠反映出系統(tǒng)運行狀態(tài)，并及時捕獲系統(tǒng)運行的異常信息。通過對監(jiān)測點進行優(yōu)化設計，確保在線監(jiān)測系統(tǒng)的正常使用，實現(xiàn)對礦井通風情況的實時掌控。

⑸通風能力核定

通風能力核定是礦井通風系統(tǒng)設計的一項重點工作，從近幾年來礦井生產作業(yè)的實踐情況來看，因通風系統(tǒng)導致的井下作業(yè)事故仍時有發(fā)生，這與前期設計階段的通風能力核定不到位有很大關系。在采煤技術快速發(fā)展下，實際工程采用的技術方法越來越多樣化，部分礦井在設計能力不足的狀態(tài)下進行開采施工，嚴重增加了施工安全隱患。其中，要實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)的正常運行，就需要對其通風能力進行準確核定。在此基礎上，通過對通風網絡、風機選型等進行優(yōu)化，確保通風系統(tǒng)能夠滿足實際生產技術的要求。在井下作業(yè)過程中，也需要定期對通風系統(tǒng)進行核定，特別是在作業(yè)面推移的情況下，需要對通風系統(tǒng)作出同步調整，并再次核定其通風能力。

⑹研發(fā)自動設計支持系統(tǒng)

從礦井通風系統(tǒng)設計和優(yōu)化的實際需求來看，研發(fā)一套自動設計支持系統(tǒng)十分必要。目前礦井通風系統(tǒng)的設計規(guī)模不斷擴大，采取傳統(tǒng)設計軟件進行設計，周期較長，而且難以保證系統(tǒng)功能性能能夠滿足實際要求。采取自動設計支持系統(tǒng)，可以利用計算機對通風系統(tǒng)進行規(guī)劃調節(jié)，將傳統(tǒng)的線性優(yōu)化方法轉變?yōu)榉蔷€性優(yōu)化方法，從而使最終的優(yōu)化設計方案更加符合實際情況。以往的計算機軟硬件水平難以實現(xiàn)這一目標，但近年來計算機相關技術發(fā)展迅速，為自動設計支持系統(tǒng)的研發(fā)奠定了基礎?？赏ㄟ^采用人工神經網絡技術，以人的知識經驗為指導，通過計算機自學習，完成大量的重復性計算工作，快速完成通風系統(tǒng)設計和優(yōu)化任務。這不僅可以提高前期通風系統(tǒng)設計質量，還能夠在作業(yè)面推移中，為通風系統(tǒng)的調整提供支持，減少設計時間，從而提高施工效率。

結束語：綜上所述，礦井通風技術及通風系統(tǒng)的研究與應用對礦井生產活動有重要影響，通過總結其技術研發(fā)成果，可以推動理論成果向應用成果的轉化。在此基礎上，通過采用先進的理念和技術方法對礦井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，可以提升設計方案的合理性，同時降低通風系統(tǒng)的投入成本，獲得較高的綜合效益。

參考文獻

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