礦井通風系統(tǒng)是礦井通風方式、通風方法和通風網(wǎng)絡的總稱。建立合理的礦井通風系統(tǒng)是以最經(jīng)濟的方式,向井下各用風地點提供足夠的新鮮空氣,保證工作人員的呼吸,稀釋并排除瓦斯等各種有害物質(zhì),降低熱害,給井下工人創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。
合理通風系統(tǒng)的基本要求
合理通風系統(tǒng)首先是技術先進合理、安全可靠和經(jīng)濟效益好,主要體現(xiàn)在:
通風系統(tǒng)簡單,網(wǎng)絡結構合理,能保質(zhì)保量地向用風地點穩(wěn)定可靠供風。
主要通風機性能與網(wǎng)絡特性相匹配。主要通風機的可調(diào)性好、高效區(qū)寬、運行效率高、運轉費用少。
具有較高的防災和抗災能力。不因通風系統(tǒng)不合理或不完善而導致災害的發(fā)生,而在發(fā)生某種災害事故時,可以利用現(xiàn)有通風系統(tǒng)加以控制,使災變范圍小。
有利于實現(xiàn)機械化。能適應煤炭生產(chǎn)新技術、新工藝的推廣和應用。
經(jīng)濟效益好。包括主要通風機的配置、安裝和運轉費用低,專用通風巷采用經(jīng)濟斷面,維修費用少,局部通風機運行費用低,通風構筑物少等。
建立合理通風系統(tǒng)應遵循的基本原則
整體性原則。通風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的子系統(tǒng),因而在擬定與分析通風系統(tǒng)時,必須與其他系統(tǒng)(開拓開采系統(tǒng)、運輸和提升系統(tǒng)等)相協(xié)調(diào),必須與地質(zhì)和開采條件相適應,以選取總體最優(yōu)的通風系統(tǒng)。
通風系統(tǒng)是進、回風井,主要通風機及其附屬裝置、通風網(wǎng)絡和通風構筑物等多個要素組成的,這些要素之間有機聯(lián)系、相互影響。因此,在分析通風系統(tǒng)時,不能單從某一要素考慮,必須從通風系統(tǒng)整體考慮。在對生產(chǎn)礦井的通風系統(tǒng)進行技術改造時,不僅要考慮到新系統(tǒng)的先進性,而且要充分利用現(xiàn)有的通風井巷和通風設備,以使新老通風系統(tǒng)協(xié)調(diào)起來,保證新老區(qū)的安全生產(chǎn),構成一個合理的新通風系統(tǒng),這是整體性的另一含義。
時間性原則。礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)劣,有個時間性問題。
礦井生產(chǎn)由若干個時間段組成(如建井期、投產(chǎn)初期、正常生產(chǎn)期、擴大生產(chǎn)期及礦井收縮期等),且不同的生產(chǎn)期,對通風系統(tǒng)的具體要求也不同。在投產(chǎn)初期或礦井后期,需要的風量少、通風阻力不大、小能力的主要通風機就能滿足要求。正常生產(chǎn)期和擴大生產(chǎn)期需要的風量多、井下通風網(wǎng)絡復雜、風量調(diào)節(jié)頻繁,原來被認為最佳的通風系統(tǒng)就可能出現(xiàn)不適應而需要改造。因此,選定和分析礦井通風系統(tǒng)時,必須緊密結合生產(chǎn)發(fā)展情況,找出各階段的主要矛盾,集中精力去解決它。當然,在擬定和分析某階段通風系統(tǒng)時,不僅需要考慮當前,也要研究過去和預測后一時期的需要,避免經(jīng)常出現(xiàn)通風工程落后于生產(chǎn)的被動局面。
在正常生產(chǎn)時期,隨著生產(chǎn)的發(fā)展和地質(zhì)條件的變化,會出現(xiàn)生產(chǎn)區(qū)域的轉移或對通風要求發(fā)生變化的現(xiàn)象,這樣原來適應于某一生產(chǎn)系統(tǒng)的通風系統(tǒng)會變?yōu)椴贿m應,此時就必須及時對礦井通風系統(tǒng)加以調(diào)整,使其最佳。
由于通風構筑物的建立或撤除、井巷中礦車或提升設備的運行、地面大氣條件的變化及爆炸或火災事故的發(fā)生,都會引起通風狀況的變化。因此,不能靜止地研究正常時期的通風系統(tǒng),還要考慮到各種可能性(如風門開啟、事故造成系統(tǒng)的破壞等)預測和增強通風系統(tǒng)對環(huán)境的適應性。
礦井通風系統(tǒng)合理性分析
礦井通風系統(tǒng)的合理性表現(xiàn)在通風系統(tǒng)的安全性、有效性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性諸方面。概而言之,凡是符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定,滿足對礦井通風系統(tǒng)基本要求的都屬于合理的礦井通風系統(tǒng),但合理的不一定是最優(yōu)或較優(yōu)。目前,礦井通風系統(tǒng)存在的問題主要有以下幾種:
通風機的效率低。全國30 個礦務局使用老型號軸流式通風機(100 臺風機)的調(diào)查,49% 的風機運行效率低于50% 。造成電能浪費。
驅動風機電機額定功率過大,電機效率低。電機的效率η和功率因數(shù)cos φ是隨其負荷率(實際輸出功率與額定功率之比)的變化而變化的。負荷率接近1 時,η和cos φ最大,當負荷在0.5 以下時,η和cos φ迅速下降,目前不少礦井存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象。
通風阻力大,阻力分布不合理。據(jù)統(tǒng)計資料,全國國有重點煤礦中有40% 屬中等和高阻力礦井。其中占礦井總數(shù)14.9% 的高阻力礦井共93 對,而這些礦井主要通風機的電耗占全國國有重點煤礦的一半,少數(shù)幾個高阻力礦井的通風電耗,占原煤電耗的一半以上。在新井設計中,礦井通風系統(tǒng)以進風段阻力占總阻力的25% 、用風段占45% 、回風段占30% 為宜。而現(xiàn)場實測表明,大多數(shù)礦井回風段的通風阻力占總阻力的60% ~85% 。實測表明,高阻力區(qū)段往往只分布在某些地段或局部地點,其原因主要是有效通風斷面過小、風速過大、拐彎過急過多。
風量不足、漏風多。有的礦井由于全礦或采掘面供風量不足,或風流串聯(lián)次數(shù)多,往往造成某些地點瓦斯積聚、礦塵濃度超標,直接威脅著安全生產(chǎn)。保質(zhì)保量地向用風地點供風,減小漏風,提高有效風量率,是通風系統(tǒng)有效性表現(xiàn)之一,也是防止瓦斯積聚、保證安全生產(chǎn)的重要措施。
風流不穩(wěn)定。風流不穩(wěn)定的主要原因有:角聯(lián)網(wǎng)路多;主要通風機在駝峰區(qū)附近工作;風門數(shù)量多、位置不當、管理欠妥;自然風壓有季節(jié)性變化,作用在某些分支風路上;多風機相互干擾,甚至相互“搶風”等。
具有上述問題的礦井,均需要進行系統(tǒng)調(diào)整分析,選擇較優(yōu)的方案進行通風系統(tǒng)改造,以保證其安全性、有效性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性,保障礦井安全生產(chǎn)。
提高礦井合理通風系統(tǒng)穩(wěn)定性的途徑
風流不穩(wěn)定表現(xiàn)為井巷中風流方向不穩(wěn)定或風量變化幅度超過允許范圍。這類現(xiàn)象對安全管理極為不利,是導致煤礦事故的原因之一。在用風地點或瓦斯涌出的巷道中,風流方向不穩(wěn)定或風量變化幅度過大,可能會導致超限,或火區(qū)難以控制??梢姷V井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性不僅是一項技術指標,也是一項重要的安全指標。要防止礦井內(nèi)風流不穩(wěn)定,主要可以從以下幾方面入手:
防止主要通風機工作不穩(wěn)定。選擇風機時,必須使風機性能與井下風網(wǎng)結構相匹配,防止風機工況點進入不穩(wěn)定區(qū)。對于單臺風機運轉的礦井,必須設法降低風機工作風阻,主要是井下風網(wǎng)阻力,特別是回風段阻力。多臺風機聯(lián)合運轉的礦井,要盡量避免生產(chǎn)過于集中在某一翼或一采區(qū),各臺風機能力應基本一致,避免相差太大,要設法減少公共段風阻。自然風壓變化較大的參數(shù),避免當?shù)V井反向自然風壓增大時,風機工況點進入不穩(wěn)定區(qū)。平時應加強風機的維修,消除風機機械系統(tǒng)損壞和供電系統(tǒng)故障,使風機保持良好的工作性能。
改善井下風網(wǎng)結構。保質(zhì)保量地構筑風門,加強風門管理與維護,防止風流短路而導致某些用風地點風量不足甚至無風。加強角聯(lián)風網(wǎng)的管理,有計劃地設置、合理利用有益角聯(lián),設計時盡量避免,生產(chǎn)中要嚴格控制和及時處理有害角聯(lián)。