李 芳

（山西沁和能源集團南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 引言

煤礦企業(yè)目前采用全面的通風(fēng)系統(tǒng)隱患排查結(jié)合通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點傳感器測得的通風(fēng)參數(shù)，對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控并不斷地改進(jìn)和優(yōu)化[1-4]。通風(fēng)系統(tǒng)檢查通常能夠保證隱患排查的全面性，同時檢查通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。但人工排查費時費力，且不能做到實時監(jiān)測，因此，需要輔以在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)參數(shù)的收集和隱患的自動識別，對通風(fēng)隱患進(jìn)行及時的監(jiān)控和分析，并根據(jù)模型適時進(jìn)行預(yù)警。兩種方法相結(jié)合，便于工作人員對通風(fēng)系統(tǒng)運行情況進(jìn)行分析，有助于保證通風(fēng)系統(tǒng)的安全可靠。

2 礦井概況

南凹寺煤礦采用混合式開拓方式，礦井主采3#煤層，煤層不具有爆炸性。目前，該礦進(jìn)風(fēng)井有6 個，分別是主、副斜井、新副立井、北進(jìn)風(fēng)井、排矸副立井和南平硐；回風(fēng)井有2 個，分別為南風(fēng)井和南二風(fēng)井。各采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)相對獨立，分區(qū)通風(fēng)。該礦全部采用綜采回采工藝，全部垮落法管理頂板，采煤方法為走向長壁采煤法。礦井現(xiàn)生產(chǎn)工作面4個，備用2 個，開掘工作面13 個?；夭晒ぷ髅鏋椤癢”形通風(fēng)和“U”形通風(fēng)，開掘工作面局部壓入式通風(fēng)。

3 通風(fēng)系統(tǒng)隱患排查

3.1 隱患排查目的與方法

采用安全檢查表法定期對礦井通風(fēng)隱患進(jìn)行詳細(xì)的排查，同時在各測風(fēng)點進(jìn)行通風(fēng)阻力測定，錄入數(shù)據(jù)庫，建立隱患監(jiān)控系統(tǒng)，為災(zāi)害預(yù)警提供依據(jù)。

（1）通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計是否完善

根據(jù)規(guī)程要求，結(jié)合礦井實際情況，針對巷道和作業(yè)場所的實際需風(fēng)量，查看礦井通風(fēng)系統(tǒng)和局部通風(fēng)系統(tǒng)是否能夠滿足需要以及是否存在較大缺陷。

（2）礦井通風(fēng)阻力測定

通風(fēng)系統(tǒng)是否可靠受到通風(fēng)阻力的影響。礦井通風(fēng)阻力測定是通風(fēng)技術(shù)管理主要內(nèi)容之一，其目的在于檢查通風(fēng)阻力的分布是否合理，某些巷道或區(qū)段的阻力是否過大，為改善礦井通風(fēng)系統(tǒng)，減少通風(fēng)阻力，降低礦井通風(fēng)機的電耗并為均壓防滅火提供依據(jù)。通過對通風(fēng)阻力的測定，可以進(jìn)一步優(yōu)化礦井的通風(fēng)系統(tǒng)，降低生產(chǎn)成本，提高防災(zāi)抗災(zāi)能力，具有較高的經(jīng)濟效益和安全效益。

（3）通風(fēng)設(shè)施及設(shè)備

構(gòu)建和維護通風(fēng)設(shè)施是保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定的前提和基礎(chǔ)。為保證風(fēng)流按照既定的線路流動，就必須在某些巷道內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的設(shè)施，并通過各種通風(fēng)設(shè)備對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)。而這些通風(fēng)設(shè)施和設(shè)備位置選擇是否合理、運行狀態(tài)是否穩(wěn)定有效直接決定生產(chǎn)區(qū)域的通風(fēng)效果。如果通風(fēng)設(shè)施設(shè)備不合理或損壞，就會造成大量漏風(fēng)甚至風(fēng)流短路、循環(huán)風(fēng)，不但造成極大的浪費，同時威脅到井下工作人員的安全和礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

對礦井主要通風(fēng)機的運行狀態(tài)進(jìn)行檢查，包括其工況、電壓和電流等，查看風(fēng)機是否發(fā)生故障，定期測定風(fēng)機風(fēng)量能否滿足礦井需要，核實風(fēng)機各項參數(shù)的準(zhǔn)確性。檢查各種通風(fēng)設(shè)施，包括風(fēng)門、風(fēng)硐、風(fēng)橋、導(dǎo)風(fēng)板、調(diào)節(jié)風(fēng)窗、風(fēng)障以及密閉墻等，確保其狀態(tài)合理、運行穩(wěn)定。

（4）通風(fēng)管理措施執(zhí)行情況

通過對各種通風(fēng)措施執(zhí)行情況的檢查可以了解井下工作人員的安全生產(chǎn)意識。通常情況下人的不安全行為是造成礦井通風(fēng)災(zāi)害的主要因素之一，因此要加強區(qū)隊對措施的學(xué)習(xí)和理解，并嚴(yán)格執(zhí)行。

（5）局部通風(fēng)系統(tǒng)檢查

檢查閉鎖裝置是否能夠正常運行，局部通風(fēng)機安裝位置是否合理，運行狀態(tài)是否良好，檢查風(fēng)筒距離正頭位置，風(fēng)筒是否破口。對局部風(fēng)流進(jìn)行檢查，評估可靠性，確保不出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)、串聯(lián)通風(fēng)等。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)隱患排查初步分析

（1）礦井通風(fēng)阻力分析

本次采用氣壓計同步測定法，對選擇的四條路線進(jìn)行通風(fēng)阻力測定。西風(fēng)井共兩條，分別為3503工作面和3501 工作面；西二風(fēng)井共兩條，分別為3505 工作面和和西區(qū)路線。通風(fēng)參數(shù)見表1。

表1 通風(fēng)參數(shù)測量結(jié)果

① 按照相關(guān)規(guī)定要求，礦井回風(fēng)量達(dá)到10000～20000m3/min，通風(fēng)阻力要小于2940Pa，四條通風(fēng)阻力測定路線中最大阻力為1982.5Pa，小于2940Pa，所以礦井通風(fēng)阻力滿足相關(guān)要求。

② 四條路線測定的等積孔及礦井總值均大于2m2；同樣總風(fēng)阻也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.354N·s2/m8，故該礦現(xiàn)處于通風(fēng)容易時期。

③ 通過分析通風(fēng)阻力三區(qū)圖可知，4 條路線三區(qū)分布大致合理，但回風(fēng)阻力較大，特別是2703工作面路線，回風(fēng)段阻力占比60.8%，原因為巷道缺乏維護以及巷道斷面較小等。如圖1 所示。

圖1 3503 工作面三區(qū)通風(fēng)阻力分布圖

（2）通風(fēng)隱患排查

采用安全檢查表法排查隱患1 個、優(yōu)化項1 個。

① 風(fēng)機房內(nèi)風(fēng)機顯示的壓力與實測壓力差距較大，經(jīng)檢測為傳感器故障，更換后恢復(fù)。

② 該礦現(xiàn)有2 臺風(fēng)機：西風(fēng)機實測排風(fēng)量約為13785m3/min，西2 風(fēng)機實測排風(fēng)量約為14580m3/min。兩臺風(fēng)機由于礦井生產(chǎn)安排問題造成風(fēng)量分配不合理，需要優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，重新劃分通風(fēng)范圍，以提高通風(fēng)效率。

4 通風(fēng)系統(tǒng)隱患自動監(jiān)測、分析及預(yù)警

4.1 自動監(jiān)測原理

對通風(fēng)系統(tǒng)資料和通風(fēng)阻力進(jìn)行測量和收集，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建完善的數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)隱患分析和預(yù)警模型。利用在線監(jiān)測系統(tǒng)，對礦井主要通風(fēng)參數(shù)（風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)向）和主要設(shè)施（設(shè)備）運行狀況實施監(jiān)測，并通過模型進(jìn)行分析和網(wǎng)絡(luò)解算，對通風(fēng)隱患實時預(yù)警。

4.2 監(jiān)測預(yù)警方法及模型

（1）風(fēng)量、風(fēng)速預(yù)警模塊

風(fēng)量風(fēng)速預(yù)警模塊主要包括2 部分：一種方法是通過通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的傳感器測得的通風(fēng)數(shù)據(jù)對比，出現(xiàn)異常時及時預(yù)警，屬于直接監(jiān)控；另一種方法是通過網(wǎng)絡(luò)解算對礦井整體通風(fēng)情況進(jìn)行計算，結(jié)合關(guān)鍵位置風(fēng)量監(jiān)測，對礦井通風(fēng)量進(jìn)行對比分析，屬于間接監(jiān)控。

（2）循環(huán)風(fēng)預(yù)警模塊

按照要求在掘進(jìn)巷道規(guī)定位置安裝風(fēng)速風(fēng)向傳感器，并對其實施監(jiān)控。當(dāng)風(fēng)流方向與設(shè)定值夾角大于90°時就說明風(fēng)流發(fā)生了變化，易產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)，則對其進(jìn)行預(yù)警。

（3）風(fēng)壓預(yù)警模塊

風(fēng)門及調(diào)節(jié)風(fēng)窗等設(shè)施是否完好或處于正常狀態(tài)，對通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有決定性作用。在調(diào)風(fēng)設(shè)施兩側(cè)安裝風(fēng)壓傳感器進(jìn)行監(jiān)測，如果風(fēng)壓出現(xiàn)較大變化甚至逆轉(zhuǎn)則說明設(shè)施處于不良狀態(tài)，則對其進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警。

4.3 監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)成及效果分析

（1）監(jiān)測預(yù)警模型數(shù)字化

監(jiān)測預(yù)警模型數(shù)字化包括圖紙數(shù)字化、通風(fēng)參數(shù)提取、數(shù)據(jù)審核、網(wǎng)絡(luò)解算等步驟。圖紙數(shù)字化主要是將CAD 版本的通風(fēng)系統(tǒng)圖轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可識別的具有巷道位置信息格式的圖紙；通風(fēng)參數(shù)提取主要是將通風(fēng)阻力測定參數(shù)及現(xiàn)場傳感器傳輸?shù)耐L(fēng)參數(shù)進(jìn)行匯總和錄入，并計算各通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的風(fēng)量、風(fēng)阻等；數(shù)據(jù)審核是通過理論計算數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，確定數(shù)據(jù)真實性以及各種數(shù)據(jù)是否符合要求；網(wǎng)絡(luò)解算是通過內(nèi)部模型計算初始自然風(fēng)壓，進(jìn)行風(fēng)機特性模擬、最小樹生成、回路生成、回路風(fēng)量平衡等。

（2）隱患在線監(jiān)測、預(yù)警

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要內(nèi)容為：

① 監(jiān)控系統(tǒng)圖顯示各傳感器的位置，并可查詢傳感器工作狀態(tài)和監(jiān)測數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)曲線，當(dāng)工作狀態(tài)發(fā)生變化或監(jiān)測數(shù)據(jù)超過正常范圍時進(jìn)行預(yù)警；② 網(wǎng)絡(luò)解算是按照預(yù)設(shè)的時間間隔，根據(jù)各通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中傳感器測量的通風(fēng)參數(shù)，自動計算出其他相關(guān)巷道的風(fēng)量、風(fēng)速等，并和基準(zhǔn)值進(jìn)行對比；③ 隱患預(yù)警功能是綜合了各傳感器測量數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)解算數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)警模塊規(guī)則，對出現(xiàn)異常情況的地點進(jìn)行通風(fēng)隱患預(yù)警。

（3）實施效果

目前自動監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用已超過11 個月，在應(yīng)用期間共進(jìn)行預(yù)警13 次，包括短時間風(fēng)速預(yù)警8 次、長時間風(fēng)速預(yù)警1 次、風(fēng)流異常預(yù)警2 次、風(fēng)壓預(yù)警2 次。根據(jù)預(yù)警后的實際排查和分析，短期風(fēng)速預(yù)警主要原因為生產(chǎn)調(diào)節(jié)，屬于正常波動；長期風(fēng)速預(yù)警主要是回風(fēng)巷斷面較小且發(fā)生變形，導(dǎo)致風(fēng)速超限；風(fēng)流異常報警發(fā)生在西二采區(qū)2#回風(fēng)斜巷，經(jīng)排查為西5#預(yù)抽巷積水導(dǎo)致巷道回風(fēng)斷面變小，回風(fēng)阻力變大，從而使風(fēng)流由流向西回風(fēng)轉(zhuǎn)為流向通風(fēng)阻力更小的西二回風(fēng)，致使風(fēng)流異常；風(fēng)壓預(yù)警主要原因是工作人員檢查回風(fēng)巷通過后未將擋風(fēng)裝置完全復(fù)位導(dǎo)致的。

5 結(jié)語

（1）現(xiàn)在礦井處在通風(fēng)容易時期，但回風(fēng)段阻力較大，需加強回風(fēng)巷修護管理，調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)。

（2）需要繼續(xù)加強通風(fēng)技術(shù)管理，從物、管、環(huán)三個方面加強隱患排查治理工作，確保通風(fēng)系統(tǒng)可靠。

（3）實踐證明，在現(xiàn)場測定通風(fēng)參數(shù)和利用安全檢查表法對礦井通風(fēng)系統(tǒng)隱患進(jìn)行精確摸排的基礎(chǔ)上，建立數(shù)據(jù)庫，通過對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化，實時采集通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)、上傳通風(fēng)系統(tǒng)隱患，結(jié)合隱患識別模型，利用網(wǎng)絡(luò)解算，可實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)隱患在線實時監(jiān)測和預(yù)警，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全具有重要意義。