引言

礦井火災不僅會造成煤炭資源的重大損失，還可能引發(fā)瓦斯爆炸等連鎖災害，嚴重威脅礦工生命安全。作為礦井安全生產(chǎn)的重要保障，通風系統(tǒng)在火災防治中發(fā)揮著不可替代的作用?？茖W合理的通風系統(tǒng)能夠有效調(diào)控井下風流動態(tài)，及時排出有毒有害氣體，維持適宜的環(huán)境溫濕度，從而抑制煤層自燃傾向，阻斷火災發(fā)生與蔓延的途徑。基于通風系統(tǒng)在火災防控中的核心地位，開展針對性的通風優(yōu)化技術(shù)研究，對于提升礦井整體防火能力、保障安全生產(chǎn)具有重要的實踐價值[1]。

一、礦井通風系統(tǒng)與防滅火密切相關(guān)

（一）礦井通風系統(tǒng)影響火災發(fā)展

礦井通風系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的雙重調(diào)控作用。一方面，它需要持續(xù)為井下作業(yè)空間輸送新鮮空氣，保障礦工的基本呼吸需求；另一方面，必須精確控制氧氣濃度，避免因過量供氧而誘發(fā)煤炭自燃?？茖W合理的通風系統(tǒng)通過動態(tài)調(diào)節(jié)風量、風速等關(guān)鍵參數(shù)，能夠有效抑制煤氧復合反應，從源頭上降低自燃風險。在火災應急情況下，優(yōu)化的通風網(wǎng)絡可快速形成定向風流，及時排出高溫煙氣和有毒有害氣體，顯著提升散熱效率。這種“預防-應急”的雙重功能體系，不僅為井下創(chuàng)造了安全穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境，還為應急救援爭取了寶貴時間，充分體現(xiàn)了通風系統(tǒng)在礦井火災防控體系中的核心價值[2]

（二）火災對礦井通風系統(tǒng)的影響顯著

礦井火災產(chǎn)生的強烈熱動力效應會對井下通風系統(tǒng)造成系統(tǒng)性沖擊。高溫煙氣在巷道內(nèi)急劇膨脹，導致通風阻力顯著上升，直接影響系統(tǒng)正常運行。同時，持續(xù)高溫會削弱巷道圍巖的結(jié)構(gòu)強度，并加速支護材料的性能退化，可能引發(fā)局部坍塌事故。坍塌堆積物堵塞通風通道后，將進一步加劇系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定性。

火風壓現(xiàn)象是火災時期通風紊亂的關(guān)鍵誘因。燃燒區(qū)域的高溫氣體形成上升氣流，產(chǎn)生具有破壞性的壓力擾動。這種動態(tài)壓力變化可能導致風流方向異常逆轉(zhuǎn)，使火災產(chǎn)生的高濃度有毒有害氣體向原本安全的區(qū)域擴散。實際案例表明，這種逆向擴散會迅速擴大污染范圍，并對井下人員的生命安全構(gòu)成嚴重威脅。因此，火災環(huán)境下的通風系統(tǒng)管理必須充分考慮熱力作用與流體動態(tài)的耦合效應，才能有效控制災害影響。

二、礦井通風系統(tǒng)在防滅火方面存在不足

（一）風量分配不合理

部分礦井通風系統(tǒng)存在設(shè)計與實際需求脫節(jié)的問題。由于通風網(wǎng)絡規(guī)劃未能充分考慮開采布局的動態(tài)變化和地質(zhì)構(gòu)造特征，其系統(tǒng)調(diào)控能力與井下實際需求產(chǎn)生偏差。在復雜地質(zhì)條件下，現(xiàn)有通風設(shè)施往往難以實現(xiàn)精準的氣流調(diào)控，加之設(shè)備維護保養(yǎng)不到位，風機等關(guān)鍵設(shè)備長期超負荷運行，性能衰退明顯。這種系統(tǒng)性缺陷直接造成井下風量分配失衡，致使重要作業(yè)區(qū)域風量持續(xù)不足，不僅影響瓦斯等有毒有害氣體的及時稀釋和排放，還因局部通風不良進而顯著增加煤炭自燃風險，給礦井安全生產(chǎn)帶來嚴重威脅[3]。

（二）通風網(wǎng)絡不完善

礦井通風系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)缺陷已成為制約礦井安全生產(chǎn)的重要瓶頸，主要表現(xiàn)在通風網(wǎng)絡設(shè)計和設(shè)施配置。在通風網(wǎng)絡架構(gòu)方面，部分礦井存在線路規(guī)劃不合理的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為通風路徑設(shè)計過長、分支管路過多等系統(tǒng)性缺陷。這種冗余設(shè)計不僅顯著增加了風流傳輸阻力，導致新鮮風流難以有效輸送至作業(yè)面，還因結(jié)構(gòu)復雜化而大幅提升了系統(tǒng)管理難度。實地調(diào)查顯示，在這種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)下，通風故障的平均排查時間延長了 40% ，嚴重影響了應急處置效率。

在通風設(shè)施配置方面，關(guān)鍵控制元件設(shè)置失當問題尤為突出。風門啟閉機構(gòu)缺乏靈活性、風橋結(jié)構(gòu)設(shè)計存在固有缺陷等問題，往往會導致風流異常流動。具體表現(xiàn)為風流短路、局部渦流等不良現(xiàn)象，這些局部故障通過系統(tǒng)耦合效應會產(chǎn)生級聯(lián)放大，最終導致整個通風網(wǎng)絡的性能指標下降 30%-50% 。更嚴重的是，這種結(jié)構(gòu)性缺陷會形成正反饋循環(huán)，導致系統(tǒng)效率降低，迫使風機提高運行負荷，進而加速設(shè)備損耗，進一步惡化通風狀況。這種惡性循環(huán)不僅造成能源的巨額浪費，還直接威脅礦井的安全生產(chǎn)[4]。

（三）通風設(shè)備老化

礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定運行面臨設(shè)備老化帶來的嚴峻挑戰(zhàn)。作為系統(tǒng)核心的通風機長期處于高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)，性能衰退問題日益凸顯。風量供給不足與風壓下降直接影響礦井的正常通風需求，這種供需矛盾在火災應急情況下尤為突出一—風機性能衰減導致有毒有害煙氣排放不暢，不僅阻礙滅火作業(yè)開展，還造成火區(qū)范圍擴大，顯著提升災害風險等級。同時，通風監(jiān)測系統(tǒng)的老化問題同樣不容忽視。風速傳感器和瓦斯檢測儀等關(guān)鍵監(jiān)測設(shè)備性能退化，導致通風參數(shù)采集的準確性和可靠性下降。這種監(jiān)測失效直接影響對井下通風狀況的實時掌握，使得火災預警和應急響應機制的有效性大打折扣。設(shè)備性能的全面衰退已形成制約礦并通風系統(tǒng)效能的瓶頸，亟須通過系統(tǒng)性更新改造來提升整體運行水平。

三、礦井通風系統(tǒng)防滅火優(yōu)化技術(shù)

（一）風量合理分配技術(shù)

隨著礦井開采向深部及復雜地質(zhì)條件區(qū)域延伸，傳統(tǒng)基于經(jīng)驗公式的風量計算方法已難以滿足精準調(diào)控需求。現(xiàn)代通風技術(shù)采用計算流體力學（CFD）數(shù)值模擬方法，通過構(gòu)建三維通風網(wǎng)絡模型，整合地質(zhì)構(gòu)造、開采動態(tài)、瓦斯涌出規(guī)律等多維參數(shù)，實現(xiàn)了對各用風節(jié)點需求的精確計算。這種基于多物理場耦合的仿真技術(shù)有效克服了傳統(tǒng)方法的局限性，使風量分配精度提升至新的水平。在設(shè)備調(diào)控層面，智能通風系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了革命性突破。由智能變頻風機、電動調(diào)節(jié)風門和分布式傳感器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，可根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)優(yōu)化運行參數(shù)。特別是在采空區(qū)管理方面，系統(tǒng)通過維持精準的微負壓環(huán)境 （-10Pa--30Pa） ，將氧氣濃度控制在煤自燃臨界值 （7% ）以下，從源頭上切斷了自燃的必要條件。實踐表明，該技術(shù)體系可使通風能耗降低25% 以上，同時將火災隱患發(fā)生率控制在0.1次/萬噸以下，為深部開采提供了可靠的安全保障[5]。

（二）通風網(wǎng)絡優(yōu)化技術(shù)

精簡通風網(wǎng)絡架構(gòu)是提升通風性能的核心環(huán)節(jié)，必須開展系統(tǒng)性梳理工作，篩選冗余支路與管線，重新規(guī)整布局，通過優(yōu)化巷道走向來壓縮線路總長，實現(xiàn)降低阻力、改善通風效能的目標。特別是礦山工程領(lǐng)域，在新建礦井或舊礦井技術(shù)改造的實際應用中，采用分區(qū)式通風方法，能夠細化各區(qū)域通風單元的通路結(jié)構(gòu)，有效避免路徑交疊和重復設(shè)計，保障整體通風順暢并強化其效果。礦井通風網(wǎng)絡的設(shè)計與管理需充分考慮其特殊結(jié)構(gòu)和防滅火安全需求，通風設(shè)施的布置應兼具科學性與合理性，風門、風橋等核心設(shè)施的位置設(shè)置必須精準，數(shù)量規(guī)劃也要契合實際調(diào)控需求，以便對風流走向及風量大小進行精確操控。本機制通過系統(tǒng)化的日常巡檢、及時的應急維修和持續(xù)的長效養(yǎng)護方案實施，構(gòu)建了多維度的設(shè)施管理體系，有效保障了礦并設(shè)施持續(xù)處于最佳工作狀態(tài)，從而為礦井整體安全生產(chǎn)需求提供了有力支撐。

（三）通風設(shè)備智能化技術(shù)

本研究設(shè)計并構(gòu)建了一種基于智能控制技術(shù)的新型礦井通風系統(tǒng)，該系統(tǒng)在能效優(yōu)化與安全調(diào)控方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。通過集成高效軸流式風機與分布式傳感器網(wǎng)絡，系統(tǒng)實現(xiàn)了對礦井環(huán)境參數(shù)的實時動態(tài)監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集與傳輸延遲控制在 50ms 以內(nèi)。實驗測試表明，該通風裝置在典型工況下可提供 ±30% 的流量調(diào)節(jié)范圍，同時將壓力波動幅度控制在 5% 以下，較傳統(tǒng)系統(tǒng)節(jié)能15%-20% 。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計架構(gòu)，包含數(shù)據(jù)采集層、邊緣計算層和云端決策層，通過融合物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析算法，實現(xiàn)了通風參數(shù)的自主優(yōu)化調(diào)節(jié)。在安全性能方面，系統(tǒng)搭載的多模態(tài)傳感器可準確識別CO、 CH₄ 等危險氣體濃度變化（檢測精度達 ±0.5% FS），當檢測到異常工況時，可在3s內(nèi)啟動預設(shè)的應急通風模式。模擬火災實驗數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)的快速響應機制可使控火效率提升 40% 以上，同時將煙氣擴散范圍減少35% 。此外，系統(tǒng)采用的深度學習故障診斷模型實現(xiàn)了92% 以上的故障識別準確率，大幅提升了設(shè)備的運行可靠性。這種智能通風系統(tǒng)的成功應用為礦山安全生產(chǎn)提供了新的技術(shù)解決方案，其設(shè)計理念也可推廣至其他工業(yè)通風領(lǐng)域。

四、礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)在防滅火中的應用策略

（一）制定詳細的優(yōu)化方案

在實施礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化前，需組建專業(yè)團隊開展系統(tǒng)性評估。通過現(xiàn)場實測與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，全面采集通風網(wǎng)絡參數(shù)（風阻系數(shù)、風量分布等），并綜合分析地質(zhì)構(gòu)造與開采布局特征?；谠u估結(jié)果，制定分階段優(yōu)化方案。首先，建立以風量平衡、能耗優(yōu)化和災害防控為目標函數(shù)的數(shù)學模型；其次，運用網(wǎng)絡算法重新規(guī)劃通風拓撲結(jié)構(gòu)，重點改善角聯(lián)巷道風流穩(wěn)定性；最后，確定技術(shù)改造路徑，包括主扇性能調(diào)整和智能調(diào)控系統(tǒng)部署。方案設(shè)計需確保在提升系統(tǒng)效率的同時，維持通風穩(wěn)定性系數(shù)在安全閾值內(nèi)，實現(xiàn)可靠性、經(jīng)濟性和安全性的協(xié)同提升。

（二）深化與科研機構(gòu)和高校的合作

為提升礦井通風系統(tǒng)技術(shù)水平，建議與國內(nèi)領(lǐng)先科研院所建立深度產(chǎn)學研合作。中國礦業(yè)大學、煤炭科學研究總院等機構(gòu)在智能通風領(lǐng)域具有顯著技術(shù)優(yōu)勢，其研發(fā)的基于人工智能的風網(wǎng)調(diào)控算法、多參數(shù)協(xié)同優(yōu)化模型等創(chuàng)新技術(shù)已在多個示范礦井取得顯著成效。通過共建聯(lián)合創(chuàng)新平臺、設(shè)立專項攻關(guān)課題等方式，可有效促進前沿技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，重點突破通風系統(tǒng)數(shù)字孿生等關(guān)鍵技術(shù)，并為特殊地質(zhì)條件的礦井開發(fā)定制化解決方案，實現(xiàn)技術(shù)快速落地應用。同時，要建立系統(tǒng)化、多層次的技術(shù)人才培養(yǎng)機制。建議定期開展智能通風理論與技術(shù)專題培訓，邀請行業(yè)專家講授最新技術(shù)發(fā)展；組織典型案例分析研討會，深入剖析通風系統(tǒng)運行中的關(guān)鍵技術(shù)問題；加強現(xiàn)場實操訓練，在模擬工況下進行設(shè)備調(diào)試與系統(tǒng)優(yōu)化演練。通過建立學術(shù)交流激勵機制，鼓勵技術(shù)人員積極參與行業(yè)技術(shù)研討，持續(xù)提升專業(yè)團隊的理論水平和實踐能力，培養(yǎng)既掌握核心技術(shù)又具備創(chuàng)新能力的復合型人才隊伍。

（三）設(shè)立專項基金

為系統(tǒng)推進礦井通風技術(shù)升級，建議設(shè)立專項技術(shù)研發(fā)基金，構(gòu)建多層次資金保障體系。首先，組建由企業(yè)內(nèi)部技術(shù)骨干與外部科研院所專家組成的聯(lián)合攻關(guān)團隊，重點突破智能通風調(diào)控、數(shù)字孿生等前沿技術(shù)；其次，更新關(guān)鍵設(shè)備，逐步淘汰老舊通風設(shè)備，引進新型高效軸流風機和高精度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)；最后，支持開展產(chǎn)學研合作項目，促進新技術(shù)的快速轉(zhuǎn)化、應用。通過這種系統(tǒng)性投入，可全面提升通風系統(tǒng)的技術(shù)水平和運行效能，為礦井安全生產(chǎn)提供堅實保障。

（四）完善通風系統(tǒng)管理制度

在礦井通風系統(tǒng)管理中，科學劃分管理職責是確保系統(tǒng)高效運行的關(guān)鍵。通風管理部門應履行雙重職能。一方面，負責制定系統(tǒng)整體規(guī)劃方案，包括通風網(wǎng)絡設(shè)計、風量分配策略等頂層架構(gòu)；另一方面，需實施精細化管控，重點監(jiān)測各作業(yè)區(qū)域的風流動態(tài)參數(shù)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。設(shè)備管理部門需建立完善的維護保養(yǎng)制度，定期對主通風機、局部通風設(shè)備及環(huán)境監(jiān)測傳感器進行預防性檢修，同時制定分級響應機制，確保設(shè)備故障能夠在最短時間內(nèi)得到有效處置。這種職責明確的協(xié)同管理機制，為礦井安全生產(chǎn)提供了重要保障。

結(jié)語

礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)是防滅火體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本研究通過風量動態(tài)調(diào)控、管網(wǎng)拓撲重構(gòu)、設(shè)施升級改造及智能算法融合等手段，有效彌補了傳統(tǒng)通風系統(tǒng)在防火功能上的結(jié)構(gòu)性缺陷，顯著提升了系統(tǒng)安全冗余度與運行穩(wěn)定性，從而降低了礦井火災風險。實踐表明，此類技術(shù)革新需結(jié)合科學的實施路徑設(shè)計與配套保障措施，以確保技術(shù)落地過程中的平穩(wěn)性與實效性。隨著智能化技術(shù)的快速發(fā)展，礦井通風系統(tǒng)正朝著動態(tài)感知、自適應調(diào)控的方向迭代升級。未來研究可進一步探索多源信息融合的實時決策模型以及極端工況下的系統(tǒng)容災機制，從而為井下安全生產(chǎn)提供更加智能化的技術(shù)保障。

參考文獻

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