＊李 健

（晉能控股集團陽城晉圣上孔煤業(yè)有限公司 山西 048006）

引言

在時代不斷進步的背景下，各行各業(yè)均實現(xiàn)了長足發(fā)展，煤礦企業(yè)也是如此。當(dāng)今社會，人們對于煤礦的安全生產(chǎn)愈發(fā)重視。想要實現(xiàn)安全生產(chǎn)，就應(yīng)該注重礦井下的通風(fēng)情況，科學(xué)的進行通風(fēng)設(shè)計，為作業(yè)人員提供安全的生產(chǎn)環(huán)境。新時期信息技術(shù)較為發(fā)達，設(shè)計人員應(yīng)該注重新技術(shù)的引入，在保證順暢通風(fēng)的同時，也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能，不斷提高生產(chǎn)效率，提升煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1.煤礦井下通風(fēng)的重要性

與其他的生產(chǎn)作業(yè)不同，煤礦生產(chǎn)是在地下進行的，這在一定程度上增加了作業(yè)的復(fù)雜性。井下空氣不足，需要引入地面上的空氣。但是空氣在流入的過程中，會經(jīng)過不同的作業(yè)場所，使得空氣中摻入各種有毒有害氣體、粉塵等，導(dǎo)致空氣成分改變。再加上井下運行設(shè)備不斷散熱以及地?zé)岬龋瑫沟镁碌臏囟炔粩嗌?，使得空氣變得更加惡劣。在這樣的情況下，只有通過通風(fēng)的方式才能夠改善井下的空氣條件，保證工人安全作業(yè)。進行煤礦通風(fēng)，主要有以下幾方面原因：其一，保證井下空氣暢通，讓作業(yè)人員能夠呼吸新鮮空氣。其二，利用新風(fēng)帶走和稀釋有害氣體、粉塵等，讓井下的環(huán)境能夠達到《煤礦安全規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)。其三，保證礦井下的溫濕度適宜，為作業(yè)人員提供舒適的作業(yè)環(huán)境。其四，實現(xiàn)快速救災(zāi)。如果井下發(fā)生安全事故，可以通過控制風(fēng)流為救災(zāi)提供便利。也就是說，只有保證井下的通風(fēng)順暢，才能夠保證作業(yè)人員生命安全，降低安全生產(chǎn)事故發(fā)生的概率，推動煤礦企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

2.煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化原則和基本要求

（1）優(yōu)化原則。在設(shè)計井下通風(fēng)系統(tǒng)時，應(yīng)該注意以下原則：①簡單化原則，符合經(jīng)濟性優(yōu)化要求；②計劃優(yōu)先性原則，保證煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)方案的設(shè)計現(xiàn)象，通過方案設(shè)計的合理性，保證井下通風(fēng)設(shè)計的可行性；③煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化還要體現(xiàn)出良好的可靠性，保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可調(diào)；④通風(fēng)系統(tǒng)的性能與井下生產(chǎn)能力相匹配，在設(shè)計過程中要符合煤礦安全生產(chǎn)規(guī)范和實際要求。

（2）基本要求。在開展通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案中，要符合以下基本要求：①確保井下通風(fēng)系統(tǒng)能夠?qū)⒊渥愕男迈r空氣輸送到井下工作面，保障一線作業(yè)人員的生產(chǎn)環(huán)境，提高井下作業(yè)安全性；②煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計還要盡可能簡化，提高風(fēng)流的平穩(wěn)性，有利于通風(fēng)系統(tǒng)管控，提高煤礦井下作業(yè)的風(fēng)險抵抗能力；③如果在進行煤礦生產(chǎn)的過程中，出現(xiàn)安全事故，應(yīng)該第一時間幫助工人撤出，通過有效的方式促進風(fēng)流可控性得到提升；④降低運行費用，井下的通風(fēng)系統(tǒng)需要一直處于運行的狀態(tài)，因此必須從節(jié)能等方面入手，引進新的技術(shù)盡可能的減少運行費用，以此來促進煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益的提升，實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展。

3.煤礦井下通風(fēng)阻力影響因素

（1）煤礦生產(chǎn)布局。煤礦工程具有較多的類型。不同類型的工程，無論是在地質(zhì)條件上，還是在生產(chǎn)的規(guī)模上都有著很大的不同。在這樣的情況下，通風(fēng)系統(tǒng)也應(yīng)該根據(jù)不同類型的煤礦工程進行有針對性的設(shè)計，要因地制宜，提高通風(fēng)系統(tǒng)的科學(xué)性。

（2）巷道斷面的設(shè)計。設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)時，巷道的斷面是必須要考慮的因素，其對系統(tǒng)的性能等具有重要影響。巷道是煤礦工程的重要組成，其斷面的大小直接決定著通風(fēng)系統(tǒng)的工作效率。如果巷道的斷面較小，那么在巷道存在破損的情況下就會增加通風(fēng)阻力，進而使得通風(fēng)不暢。并且阻力的增加會在一定程度上增加能源的損耗。

（3）采空區(qū)或者地表漏風(fēng)。設(shè)計人員應(yīng)該有效控制地表漏風(fēng)，可以通過空氣隔幕加以控制，同時也可以促進通風(fēng)效率的提高。在選擇空氣隔幕時，應(yīng)該結(jié)合實際選擇大口徑的隔幕，以此來減弱通風(fēng)阻力。

（4）礦井空巷問題。一般而言，通風(fēng)裝置和動力裝置是控制風(fēng)力與風(fēng)向的關(guān)鍵，讓它們發(fā)揮作用，促使煤礦井下實現(xiàn)順暢通風(fēng)。煤礦生產(chǎn)是一個長期的過程，在不斷開發(fā)的過程中，地下會形成很多空巷。大部分空巷都沒有封閉處理，這就造成了通風(fēng)系統(tǒng)運行時，出現(xiàn)新風(fēng)外流的情況，給系統(tǒng)帶來了不良影響。

4.煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化策略

（1）合理分配通風(fēng)系統(tǒng)。在進行通風(fēng)系統(tǒng)的安裝時，應(yīng)該重視對通風(fēng)量的科學(xué)安排。在安裝之前，應(yīng)該深入礦井中進行勘察。值得注意的是，在相關(guān)位置的通風(fēng)量發(fā)生變化后，如擴大開采面等，必須要根據(jù)實際變化，進行設(shè)備的更換，以此來實現(xiàn)順暢通風(fēng)，防止意外的發(fā)生，促使作業(yè)人員能夠安全作業(yè)。同時，還應(yīng)該注重通風(fēng)阻力的降低，不斷提高通風(fēng)的效率。影響通風(fēng)效率的因素有很多，如通風(fēng)井的長度、風(fēng)量的大小等?；诖耍诎惭b通風(fēng)系統(tǒng)的過程中，必須要綜合分析各種因素，考慮它們對通風(fēng)阻力的影響，提高設(shè)計和安裝的科學(xué)性。

（2）優(yōu)化礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。在井下，各個巷道之間需要進行連接，以此來實現(xiàn)風(fēng)的通路，這就需要在巷道中的恰當(dāng)位置安裝相關(guān)設(shè)備，進行風(fēng)向和風(fēng)量的調(diào)節(jié)，促使新風(fēng)能夠在巷道中暢通，實現(xiàn)與地面空氣的轉(zhuǎn)換，讓井下充滿新鮮的空氣。關(guān)于巷道的連接，主要有兩種方式：一是并聯(lián)，這種方式可以顯著地提高風(fēng)的利用率，可以根據(jù)實際作業(yè)需要進行通風(fēng)調(diào)節(jié)。在并聯(lián)的巷道中，風(fēng)的污染性會大大降低。二是串聯(lián)，這種方式的優(yōu)點在于風(fēng)速與流量上，但是其會在一定程度上帶來污染，同時無法進行風(fēng)量的調(diào)節(jié)。

（3）合理設(shè)置礦井通風(fēng)設(shè)施。井下的通風(fēng)設(shè)備也會影響到通風(fēng)效果，并且這種影響是直接性的，因此應(yīng)該注重通風(fēng)設(shè)備的科學(xué)設(shè)置。在通風(fēng)系統(tǒng)中，涉及的設(shè)備有風(fēng)窗、風(fēng)橋以及風(fēng)門等等，應(yīng)該進行科學(xué)配置、合理安排，減少設(shè)備數(shù)量。此外，應(yīng)該重視對設(shè)備的檢修和維護，保證設(shè)備可以正常運行，促進井下通風(fēng)。

（4）監(jiān)測點的分析。伴隨著煤礦企業(yè)的進步發(fā)展，礦井規(guī)模不斷擴大，這在一定程度上增加了通風(fēng)系統(tǒng)的復(fù)雜度，同時也加重了作業(yè)人員的工作量。針對這種情況，應(yīng)該進行相關(guān)監(jiān)測點的設(shè)置，實現(xiàn)對通風(fēng)系統(tǒng)的實時監(jiān)測。相關(guān)工作人員在智能終端可以得到通風(fēng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，了解系統(tǒng)的實際運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)不正常的現(xiàn)象，可以進行及時檢查調(diào)整。想要實現(xiàn)科學(xué)監(jiān)測，就應(yīng)該合理的設(shè)計監(jiān)測點，需要根據(jù)實際情況進行設(shè)置，不斷提高監(jiān)測的效果。

（5）構(gòu)建高效煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)。為了達到煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化效果，企業(yè)應(yīng)積極構(gòu)建全新的井下高效通風(fēng)模式，提高通風(fēng)系統(tǒng)的整體運行性能[1]。在實際優(yōu)化中，煤礦企業(yè)應(yīng)組織專人做好煤礦通風(fēng)系統(tǒng)組件的巡查和性能監(jiān)控，確保煤礦井下通風(fēng)技術(shù)優(yōu)化順利實施。在高效通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用中，井下管理人員需要合理的選擇通風(fēng)設(shè)備，充分考慮通風(fēng)設(shè)備的維修便捷性與廠商信譽度，并且確保設(shè)備具有較高性能。在進行煤礦井下通風(fēng)設(shè)備的檢修與評估環(huán)節(jié)中，應(yīng)積極構(gòu)建科學(xué)的管理體系，定期對煤礦井下通風(fēng)設(shè)備易損件和系統(tǒng)內(nèi)老化環(huán)節(jié)進行更換，尤其應(yīng)重視煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的保養(yǎng)修復(fù)管控，避免影響煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)運行效果，提高設(shè)備運行穩(wěn)定性。

5.煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的實施案例

（1）工程概況。某煤礦工程地處該礦區(qū)的東北邊緣位置，該煤礦井下相對瓦斯涌出量為29.65m3/t，絕對瓦斯涌出量達到了102.72m3/t，屬于高瓦斯類型的礦井。煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)選用分區(qū)對角混合抽出方式，在煤礦井下的南北回風(fēng)立井和斜井中都設(shè)置獨立地對旋風(fēng)機，底部回風(fēng)立井設(shè)置2套軸流式風(fēng)機。由于每個區(qū)域相距較遠，因此該礦井下的通風(fēng)系統(tǒng)較為分散，很難實現(xiàn)統(tǒng)一控制效果，長期運行中都是憑借人為操作來實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)控和巡查，降低了風(fēng)機運行效率，同時在通風(fēng)系統(tǒng)的運行中也很難結(jié)合具體情況對風(fēng)機運行狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，從而無法有效監(jiān)測通風(fēng)系統(tǒng)運行情況，容易出現(xiàn)風(fēng)機耗能較高或故障等問題。

通過新的煤礦井下通風(fēng)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，可以解決該煤礦工程的通風(fēng)系統(tǒng)運行問題，對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進行全面優(yōu)化，引入集中化管理模式，提高通風(fēng)小了的基礎(chǔ)上，保證高瓦斯涌出量得到有效排放，保障煤礦井下作業(yè)安全。在本次煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化中，引入了柔性調(diào)節(jié)模式、以及集中控制系統(tǒng)，同時在通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)加入自動化故障診斷功能，保障該煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的靈活控制，最大限度保障煤礦井下作業(yè)安全。

（2）煤礦井下通風(fēng)控制系統(tǒng)優(yōu)化。結(jié)合該煤礦工程的井下通風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)前情況分析，在系統(tǒng)優(yōu)化改造時充分考慮可行性、改造收效和改造成本等方向的因素，確定改造完成的煤礦井下通風(fēng)結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。

從上述井下通風(fēng)系統(tǒng)改造可以看出，其中主要可以分成人機界面、信號轉(zhuǎn)換、監(jiān)控對象和信號采集等幾個模塊。其中，監(jiān)控對象主要指的是通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)機、電子控制柜、風(fēng)門以及變頻器等設(shè)備，在實際監(jiān)測工作中，重點做好設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)測，從而實現(xiàn)智能調(diào)控要求。數(shù)據(jù)信息采集模塊一般是通過設(shè)置監(jiān)測目標(biāo)，通過井下各類傳感器和監(jiān)控目標(biāo)的運行狀態(tài)來實現(xiàn)各項目監(jiān)測。蔥桶提供通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)控的科學(xué)支撐[2]。信號轉(zhuǎn)換模塊是將各類傳感器監(jiān)測獲取的常亮信息轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，為系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)提供參考。人機界面一般包含以太網(wǎng)、監(jiān)控終端設(shè)備以及計算機管理中心，以此來顯示煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)各模塊的運行情況，及時反饋故障信息，并具備遠程操控的功能，滿足煤礦井下特殊情況的遠程調(diào)控需求。

（3）通風(fēng)機控制系統(tǒng)優(yōu)化。為了實現(xiàn)煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的集中控制與溶性調(diào)整要求，通過結(jié)合該礦井的實際情況分析，對原本的通風(fēng)控制系統(tǒng)進行改造，引入全新的閉環(huán)反饋調(diào)控系統(tǒng)，圖2為全新的閉環(huán)控制流程。

從圖2可以看出，優(yōu)化后的通風(fēng)控制系統(tǒng)實際運行環(huán)節(jié)可以對煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量、井下瓦斯?jié)舛?、?fù)壓情況以及粉塵濃度進行全時段監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)量無法滿足井下瓦斯等有害氣體排放的需求時，通風(fēng)系統(tǒng)會結(jié)合具體的監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算出偏差量進行調(diào)整，通過反饋調(diào)節(jié)信號的傳輸，通過濾波調(diào)整和PID系統(tǒng)調(diào)控后，轉(zhuǎn)換成輸出頻率信號，實現(xiàn)變頻器輸出控制，為通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機運行進行柔性調(diào)節(jié)。為了有效實現(xiàn)控制穩(wěn)定性要求，在通風(fēng)系統(tǒng)中還要利用實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，完成雙重邏輯的對比和調(diào)節(jié)，確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行[3]。

該煤礦的井下通風(fēng)系統(tǒng)工作時間較長，為保證在不同模式下井下通風(fēng)控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，在進行控制系統(tǒng)的設(shè)定環(huán)節(jié)中，假如風(fēng)機轉(zhuǎn)換模式發(fā)生了故障，就可以轉(zhuǎn)換到正常的風(fēng)機工作模式，但倘若在一般狀況下進行風(fēng)機轉(zhuǎn)換，就必須合理地選用總風(fēng)量進行替換，對主風(fēng)機和備用風(fēng)機實行控制聯(lián)合設(shè)計，實現(xiàn)風(fēng)流損失狀態(tài)下完成風(fēng)機的靈活切換。

（4）風(fēng)機故障診斷和預(yù)警系統(tǒng)。煤炭開發(fā)工程可以進行大量風(fēng)機事故數(shù)據(jù)分析，通過采用問題樹方法，建立風(fēng)機事故的自動巡查診斷系統(tǒng)，這個體系主要是結(jié)合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)收集的風(fēng)機運行信息為依據(jù)，對其中出現(xiàn)的異常信息進行逐層分解，判斷風(fēng)機運行的事故性質(zhì)，從而采取相應(yīng)的事故排除措施。在對煤礦井下通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)機進行故障診斷工作時，當(dāng)風(fēng)機出現(xiàn)機械故障狀態(tài)時，就能夠通過對SQL數(shù)據(jù)庫分析得到各種事故狀態(tài)下風(fēng)機正常運行的診斷信號，同時將轉(zhuǎn)換成特點故障信號波形，將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，在整個風(fēng)機工作流程中，就能夠很有效地完成風(fēng)機運行信號檢測，而倘若出現(xiàn)了信號異常情況，系統(tǒng)會發(fā)出警報，同時和數(shù)據(jù)庫中的故障頻譜進行匹配，準(zhǔn)確的確定風(fēng)機故障類型，圖3為煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機故障頻率曲線。

（5）煤礦井下優(yōu)化后通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用情況。通過對該礦井工程中的通風(fēng)系統(tǒng)改造后，已經(jīng)實現(xiàn)了1年時間的穩(wěn)定運行，結(jié)合具體的運行狀態(tài)分析，該礦井取締了以往5個井下人為通風(fēng)巡查崗位，在實際運行中井下并未發(fā)生由于粉塵或瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)帶來的安全事故。通過系統(tǒng)的柔性調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造，有效降低了14.6%的通風(fēng)系統(tǒng)耗電量，運行故障率降低了82.2%。該煤礦工程已經(jīng)通過優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)為集團主要項目，積極推廣更多礦井工程中應(yīng)用，都取得了理想的應(yīng)用效果。

6.結(jié)束語

通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，當(dāng)今社會煤礦開采力度加大，井下問題也不斷增加，如巖溫的增加、阻力的增大等，這些都會在很大程度上影響井下通風(fēng)，危害到作業(yè)人員生命安全。因此必須進行通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，以此來保證井下的安全生產(chǎn)。