煤 ７４ 炭 科 技 ２０１７年第１期 Ｎｏ．１ ２０１７ Ｃ０ＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ ＭＡＧＡＺＩＮＥ 文章编号：１００８—３７３１（２０１７）０１—００７４—０３ 刘世荣 （山西中煤华晋能源有限责任公司，山西河津０４３３００） 摘 要：早期矿建期通风系统的风量风速极易受外部环境的影响．井下供风效果不稳定，难以 确保系统功能的有效发挥。机械通风系统能够避免上述问题，实现对井下供风风量、风速以及 风向的灵活控制，在矿建基建工作中有着广泛的应用。 关键词：机械通风；自然风压；通风系统 中图分类号：ＴＤ７２４．６文献标志码：Ｂ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｃａｐｉｔａｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＬＩＵ Ｓｈｉ－ｒｏｎｇ （Ｓｈａｎｘｉ Ｈｕａｊｉｎ Ｃｏａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｈｅｊｉｎ，Ｓｈａｎｘｉ，０４３３００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｉｒ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｍｉｎｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｅａｓｙ ｔｏ ｂｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｗｉｎｄ ｓｕｐｐｌｙ ｉｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｉｓ ｎｏｔ ｓｔａｂｌｅ，ＳＯ ｉｔ ｉｓ ｄｉｉｃｕｌｆｔ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｙ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｉｒ ｑｕａｎｔｉｔｙ，ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｗｉｎｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ；Ｎａｔｕｒａｌ ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ＣＬＣ ｎｕｍｂｅｒ：ＴＤ７２４．６ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉＯｎ ｃｏｄｅ：Ｂ 井下作业具有工作强度大、工作环境差、危险系 １ 机械通风系统的构建方法 １。１通风系统设计 数高等特点，如果矿井内部缺乏通风系统．或是通风 效果不佳。随着井下作业时间的增长．空气中的煤尘 浓度、瓦斯浓度都会逐步上升．不仅给井下工人的身 １．１．１计算矿井的总风量和风量分配 体健康造成了极大的危害．严重情况下还会引发瓦 斯爆炸．造成不可估量的灾害性后果。矿井通风是每 一计算矿井的总风量。全部风量按回采、掘进、硐 室及其他地点的实际需要的风量的总和进行计算． 其中回采工作面的需风量Ｑ （ｍ，／ｍｉｎ）可由以下方 式获得 个基建和成熟矿井必须要考虑的安全问题．尤其 是基建期，由于此时处于建设初期，阶段性强．通风 系统多变，特别是独头掘进布置独立通风困难．串联 按瓦斯涌出量计算： ＝风多，还易出现循环风现象。因此。合理地构建基建 期通风系统非常重要 １００×ｑ Ｘ ｋｃｇ 式中ｑｃ 回采工作面瓦斯绝对涌出量，ｍ３／ｍｉｎ； ｋ——回采工作面瓦斯涌出不均匀的备用风 究［Ｊ］．金属矿山，２０１１，４０（９）：２５—２７． 参考文献： ［１］郭铁成，付铜洋，陈亚明，等．复杂条件下煤柱回采技术应用研究 ［Ｊ］．中州煤炭，２０１６（４）：５９—６１． ［２］郝万东，ＨＡＯＷａｎｄｏｎｇ．短壁机械化开采技术在小窑残留煤柱回 采中的应用［Ｊ］．煤矿安全，２０１４，４５（１２）：１５３—１５５． ［５］杨光玉，贺兴元．局部煤柱下安全采煤技术［Ｊ］．煤炭科学技术， ２００１，２９（１０）：１６—１９． 作者简介：王雪涛（１９７９一），男，山东平原人，２００２年毕 业于新疆工业高等专科学校采矿工程专业．神华新疆能源有 限责任公司工程师 （收稿日期：２０１６—０９—２０） ［３］李同荣，杨峰．曹家沟矿井煤柱安全回收的实践『Ｊ］．能源技术 与管理，２０１２（３）：１１４—１１６． ［４］康亚明，刘长武．“三下”采煤保护煤柱强度与新支护技术理论研 ２０１７年第１期 量系数： １０ 刘世荣：基建矿井通风系统的构建 ７５ （２）性能方面。在不考虑其他影响因素下，综合 按回采工作面回风流中瓦斯浓度不 对比轴流式通风机和离心式通风机．其性能差距主 应超过ｌ％的换算系数 考虑到不同的工作面．所需要的通风量存在较 大差异，因此在风量的分配、调节和控制上，也必须 要表现在：首先，轴流式通风机的风压较低．但是瞬 时通风流量大；而离心式通风机则相反；其次，轴流 式通风机在联机工作时，其性能会受到明显影响．对 要坚持“按需分配”的原则。在进风段和回风段．可以 通过计算平均风速的方式．对其需风量进行计算和 校对。除此之外，不同的工作面要采取独立通风．避 免相互影响．导致计算结果失准。各个支路分别计算 风速、风量、风压后，将计算数据统一记录和保存…。 １．１．２计算矿井的通风阻力 矿井巷道采用不同的支护方式．巷道内部的通 风阻力也会表现出较大差异．查阅有关资料．得出通 风巷道内的摩擦阻力系数．如表１所列。 表１通风井巷的摩擦阻力系数（Ｎ・ｓＶｍ２） 井巷的摩擦阻力ｈ （Ｎ）为： Ｑ 式中 ——井巷摩擦阻力系数： ￡一井巷长度。ｍ： 井巷周边长度，ｍ： ． 井巷断面积，ｍｚ： 井巷中流过的风量，ｍ３／ｓ。 １－２主要通风机选型 通风机是矿井通风系统中的核心设备之一。在 选择通风机类型时．应当结合矿井实际情况．综合对 比不同种类通风机在性能、结构、适用范围等方面差 异．从而挑选出最佳的通风机。由于不同地区的井下 情况差异较大．因此所用的通风机种类也不相同．其 中最为常见的两种分别是轴流式通风机和离心式通 风机．文章以这两种通风机为例，进行结构、性能和 适用范围三方面的比较 。 （１）结构方面。轴流式通风机具有体积小、重量 轻的特点．因此其内部结构较为紧凑：在传动方式 上．可以由电动机直接拖动。但是电机功率较低。叶 片的转速较慢；此外，由于结构紧凑，一旦内部出现 故障．维修难度较大。离心式通风机的结构也相对简 单．但是体积要比轴流式通风机大，对安装空间有较 高的要求：在传动方式上，离心式通风机电机功率更 大，加上采用了翼型叶片，转速更快；另外，离心式通 风机在设备故障维修方面也更加方便。 风速、风量的控制力降低：而离心式通风机则不会发 生明显的影响：最后。轴流式通风机能够承受较高的 荷载．而离心式通风机容易出现过载现象 （３）适用范围方面 轴流式通风机比较适合于 高流量、低风压、高转速的情况。而离心式通风机则 相反：轴流式通风机对于风量变化控制较弱．因此更 加适合于通风稳定、风量变化区间不大的矿井；轴流 式通风机体积较小、功率较低的特点．决定了它能够 适用于一些中小型的矿井．而离心式通风机由于体 积大，占地面积广，因此只能在大型矿井中使用。 １．３主要通风设施的构筑 （１）墙体选材。理论上来说。随着矿井通风系统 墙体高度的增加．墙体所要承受的预应力和剪切力 也会相应提升。因此在墙体选材上．应当首先考虑具 有较高物理强度的块材。例如。以往通风系统的墙体 多使用红砖．可以用物理强度更高的瓦石代替。 （２）瓦石的物理强度虽然高于红砖，但是瓦石 的抗弯折能力较低。一旦矿井区域发生轻微地震．就 会导致通风系统墙体的破裂。因此，还需要采取加固 措施。在风门门头上用钢梁作为支撑，并在钢梁下方 放置一块２００ ｍｍ×２００ ｍｍ的枕木．一方面能够起 到缓冲上部荷载压力的作用，另一方面也提高通风 墙体的弯折能力 （３）砌体施工。砌体的组成材料主要以混凝土 为主，混凝土的质量直接决定了砌体的物理强度。在 配置混凝土时．应当严格控制各物料的混合比例和 规格型号．以保证混凝土的质量。例如，混凝土中水 泥、砂石的比例应当保持在１：３，为了增加混凝土 的黏性，可以适当掺加一些熟石灰。经过严格配置的混 凝土．在砌筑成墙体后，能够显著提升砌体的强度［３］。 ２机械通风系统使用效果分析 ２．１通风能力分析 以基建期矿井副井井底的掘进工作面为例．由 于供给掘进工作面用风的４台局扇安装在副井井筒 内．从掘进工作面排出的污风先经过局扇群而后才 能排到地面．很容易形成循环风。循环风会导致井下 空气污浊．不利于井下工作的正常开展，必须要进行 防控。通常来说，需要满足以下两个条件，才能杜绝 ７６ 煤炭科技 ２０１７年第１期 循环风的出现［４］ ２．１．１联络巷中局扇总功率大于副井井筒中局扇群 的总功率 当联络巷中的局扇吸风量大于局扇群的吸风量 时．回风流就会从图１中所示的ｌ点流向２点，此时 不会出现循环风。联络巷中局扇的风筒长度远小于 副井局扇群的风筒长度．故联络巷中的风阻小于局 扇群的风阻。风阻越小。风机风压也越小，反之亦然。 ２．１．２联络巷中并联运行的每台风机型号要相同 假设两台不同型号风机的特性曲线分别为Ｉ、 Ⅱ。并联后的等效合成曲线为Ⅲ。风机并联后在风阻 为Ｒ的管网上工作．Ｒ与等效风机的特性曲线Ⅲ的 交点Ｍ．过Ｍ做纵坐标轴垂线．分别于曲线Ｉ和Ⅱ 相交于ｍ 和ｍ２，此两点即是两台风机的实际工况 点 Ｑ 图１ 不同型号风机联合运转曲线 由图１可见。当△ｑ＝Ｐ—Ｏ ＞０，即工况点Ｍ 位于合成特性曲线与大风机曲线的交点 右侧时． 则并联有效；当管网风阻Ｒ 通过Ａ点时，Ａ ０＝０， 则并联增风无效；△Ｏ＜０，即小风机反向进风，则并 联不但不能增风．反而有害。 ２．２通风系统稳定性分析 （１）矿井通风系统的总风量和总阻力，在很大 程度上取决于风机工作状态下的物理风压、风机自 身性能以及巷道风阻。因此，在一些大、中型的矿井 内，通常采用增加风机数量的方式，提升巷道风压。 但是如果多台风机之间的连接不好．则会影响风机 运行的稳定性。对于一些小型矿井来说．可以使用辅 助风机增加风压 但是辅助风机会在一定程度上改 变巷道中风流的流向，甚至会出现风流反向的问题， 不仅影响主风机的工况．也增加了整个通风系统的 不稳定性 （２）同一个矿井通风系统内，物理风压和风机 风压各有专属的通风巷道．正常情况下两个系统互 不干扰。但是当有大型运输设备在巷道中移动时，会 影响正常的气流流向，增加风力阻力，改变巷道内的 风压值．在这种情况下。通风系统的稳定性也会受到 影响。 （３）井下爆破作业时，会产生巨大的冲击波，加 上井下空间有限．因此冲击波的影响非常之大，不仅 会影响正常的风力流向．而且还会造成巷道内壁的 震动、坍落，导致通风系统的部分结构受损，给整个 系统的通风稳定性造成严重危害 ４结语 基建矿井机械通风系统构建时．关键是系统设 计合理，通风机选型科学，通风设施构筑可靠，只有 这样才能保证机械通风系统满足基建矿井需要。 参考文献： ［１］陈梦蕾，杨启山旗山煤矿基于工业以太环网的矿井通风安全监 测监控系统研究构建［Ｊ］．中国安全科学学报，２０１６（０７）： １６４—１６５． 『２１关于煤矿通风系统的安全运行与维护保障研究——安全高效 型矿井建设实例分析［Ｊ］．太原理工大学学报，２０１４（２１）： ｌ３１一ｌ３３． ［３］杨能龙，王德明．大红山铁矿１Ｉ一１矿组中深部４００万吨／年开 采的高效低耗通风技术研究［Ｊ］．煤矿安全与生产技术，２０１５ （１３）：１０９—１１１． ［４］周一辉，王俊生．基于Ｌａｂ ＶＩＥＷ的小波神经网络在煤矿主通 风机状态监测中的应用研究［Ｊ］．工业技术及自动化，２０１５ （０６）：２３１—２３４． 作者简介：刘世荣（１９７９一），男，山西偏关人，２００２年毕 业于太原理业大学阳泉学院采矿与岩土工程专业．山西中煤 华晋能源有限责任公司政工师。 （收稿日期：２０１６—０９—２７）