赵亚军1 王学亮1，2
1.内蒙古科技大学 内蒙古 包头 014010
2.神华包头煤化工有限责任公司 内蒙古 包头 014010
摘要：煤矿产业作为国家重要的能源支柱产业，在生产技术和生产安全水平方面基本已达到国内外先进水平。而在矿井实际作业过程中，通风除尘技术的全面应用，在某种程度上为确保矿井的安全生产提供的强大的技术支撑。与此同时，随着矿井通风除尘技术的不断创新，大量新技术不断涌现，如，可控循环通风技术、泡沫除尘技术等等，应用过程中根据矿井开拓方式和地质构造，选择合理的通风除尘技术，最大限度的发挥新技术的通风除尘效应。本文列举实际矿井生产事故案例，对各种通风新技术和除尘新技术进行介绍分析，优化并提升技术应用水平，为今后矿井开采工作提供更加安全、可靠的作业环境。
关键词：矿井通风；除尘技术；研究
1 事故案例
黑龙江省2005年“3.14”七台河矿业精煤新富煤矿三区一采特大瓦斯爆炸事故，据调查，该井因不具备安全生产条件，2004年被驻地煤矿安全检察机构下达停产通知，但该井于2005年初在未经过验收标准的情况下擅自开工生产，因掘进工作面长期处于停风状态，瓦斯积聚并达到爆炸极限，工人在矿灯带电的情况下更换灯泡，产生电火花引起瓦斯爆炸，致18人死亡，1人受伤。
2 矿井通风除尘技术的必要性
2.1 矿井通风
矿井作业属于一种半封闭作业环境，容易聚积大量有害气体，主要包括刺激性气体、窒息性气体、爆炸性气体三种类型。其中，窒息性气体的危害性最为严重，主要是有其中所包含的一些化学物品，如，氮气、一氧化碳等，具有极强的窒息特性，被统称为“矿井瓦斯”。瓦斯对人体的危害程度不言而喻，一旦遭遇明火内含有毒气体将被瞬间点燃，最终导致矿井爆炸。因此，时刻保持矿井处于良好的通风状态，减少井下瓦斯含量，是对矿井人员生命安全的尊重。此外，对矿井内瓦斯含量的实时监管，可在采取回风下山、工作面风流、工作面回风巷、工作面回风流、尾巷内设置相应的瓦斯传感器，将设备所检测到风流中瓦斯进行实时回传，当矿井瓦斯浓度超标时，立即报警提示，若达到规定所要求的断电浓度时，将电源在第一时间进行切除，停止一切矿井工作。
2.2矿井除尘
粉尘作为矿井作业中的第二大危害，是煤矿开采过程中不可避免的现象，在煤矿生产过程中，如采掘作业、钻眼作业、炸药爆破、顶板管理、装载及运输等各个环节都会产生大量的矿尘。但若未能对粉尘进行有效清除，长此以往对作业于井内的人员产生呼吸感染影响，更有甚者可能引发严重的肺癌疾病。因此，为了能够从根本上满足煤炭资源安全高效开采的需求，为井下作业人员建立更加安全、更加清洁的作业环境，相关专业研究机构，以现有防尘技术为前提条件，开发研究出各种类型的新型高效经济环保的除尘技术，高效抑制矿井生产过程中的呼吸性粉尘，为今后矿井防尘技术发展致命方向及目标。
3 矿井通风技术类型
3.1 可控循环通风技术
可控循环通风技术是在原有通风技术的基础上加以改进的一种新型通风技术。在矿井中瓦斯含量浓度较低时，位于矿井边远区域的采掘工作面，原有通风系统未能在根据实际需求提供相应的通风技术，但是在此区域所产生回风的风质良好，针对这种情况，可将相关通风设备、设施以及监控设备安装在局部通风系统的进、回风之间，不仅能够对回风进行更加合理。更加有效的应用，且能够在某种程度上实现对回风的二次利用，有效增强用风地点的实际风量。图1 为可控循环通风系统。
图1 可控循环通风系统
1—主要通风机；2—循环通风机；3——工作面；4—风量瓦斯浓度监测点
3.2 脉动通风技术
脉动通风技术的研发目的是为了能够有效解决每层巷道中和回采工作面上隅角瓦斯积聚问题。所采用的通风方法主要是在将风流断续器安装在局部通风机的风筒口，是风流断续器不断的向掘进工作面连续提供脉冲式风流，随着时间的不断推移风流速度也将产生周期性的变化，正常通风条件下，风量波动范围小，因而脉动速度也低。在脉动通风情况下风量范围大，因而脉动速度高。
当经CO2或CH4气体融入巷道风流时，风流与空气介质两者之间在密度上存在较大的差异，双方所产生惯性也不同，当风流速度加快是，瓦斯微团与空气介质无法同步，导致出现负压区或者增压区，瓦斯介质微团由高压区向低压区运动。此外，脉动通风技术还具备一定的除尘功能，当矿井内的粉尘处于悬浮状态时，紊流风流横向脉动速度的均方大于或等于粉尘的沉降速度，对粉尘的下降进行有效的阻止。我们通过资料查阅及实践总结，分析出采矿工作面合理风速见下表：表1 采矿工作面合理风速
3.3 均压通风技术
所谓均压通风技术，其实质上是一种有效缩短矿井采空区以及已采区漏风通道两者风压差，避免漏风现象的技术形式，能够在某种程度上达到预防火灾的目的。均压手段是通过借助相关设施和设备，从而对风流压力的具体分布进行科学合理的调整及改变，常见的手段主要包括调压风墙、调压风窗、调压风筒等等。
①调压风墙。在巷道中拟调压点设置有相应的调压风墙，以调整风压的挡风墙。而隔断风流改变和调整风压的分布状态并未对风量有直接要求，具体调整和改变风流特性如图2所示。
图3 泡沫除尘工艺流程图
4.2 磁化水降尘技术
与其他除尘技术相比，磁化水降尘技术具有以下几种有点：设备简单、安装方便、成本低、性能可靠、易于实施等等。磁化后的水物质，将对水体性质产生一定的影响，如，水体粘度降低，在某种程度上增强了水物质的吸附能力、溶解能力以及渗透能力，并且水珠体积的缩小，对水的雾化程度产生有效的提升作用，产生了更对与粉尘直接解读的机会，极大的提高了矿井除尘效果。图4 为难于润湿的粒子传入液体时的捕集形态。
图4 难于润湿的粒子传入液体时的捕集形态
5 矿井通风除尘技术的应用
5.1 抽出式通风除尘的应用
长期存储与矿井内的污浊空气，通过抽出式通风除尘方式进行排除后，重新恢复矿井内整体空气环境，为工人营造出一个良好的工作环境，并且当风筒吸入后与实际工作面逐渐的距离较小时，可产生高质量的通风效果。但是，其在应用过程中也存在一定的不利因素，即，当污浊气体经过局扇，且局扇处于低防爆性能时，产生瓦斯爆炸的几率较高；应用过程中有效吸尘较短，风筒吸入口距离工作面距离较远时，所产生的通风效果往往不佳。
5.2 压入式通风除尘的应用
压入式通风除尘技术在实际应用过程中，为了能够有效减少矿井巷道内的空气阻力，通过崩落区、采空区以及回风段等其他与地表相通经巷的运用，进而有效减少回风道密闭工程，降低后期为运营维修成本；当矿井内风压呈正压状态时，能够在某种程度上减少对采空区、井巷以及矿岩裂隙中有害气体的析出量；当新鲜的风流通过风扇时，对风扇腐蚀的可能性较小。但是，任何事物都有其两面性，压入式通风除尘也不例外，当面对长距离巷道掘进时，需要增加风量以应巷道所排出的含尘气体，由于距离上的原因，使得整个通风除尘时间较长，对实际作业环境造成严重的破坏。
5.3 通风除尘设备的选型优化
我们通过实验有针对性的对风机的选择进行优化以及特性研究，结合工程实际我们对风量和风机全压，以及功率和效率的数值趋势，分析风机的利用空间和选型考量指标，已达到实际应用中的最优化。我们选取了针对风机风量和静压差两个主测项目，主要以一起倾斜系数取值0.6进行测量，读取不同的参数测值，分析风机的特性指数如表2.
表2 风机特性测定数据表
图5 风机不同流量对应的扬程、功率、效率关系曲线
6 结束语
矿井通风除尘是矿井开采的重要组成部分，所有地下开采的矿井必须具备完善的通风除尘系统，可靠的通风除尘设施，以保证足够数量的新鲜空气连续供给井下的作业，并将污浊空气及煤尘从矿井排除，达到就那防止矿井空气污染，达到创造安全舒适作业环境的目的。
参考文献
[1]于宝海，杨胜强，王义江，夏新川，张秀才.深部高温矿井区域可控循环通风系统及应用[J].煤矿安全. 2015，11（09）：221-223.
[2]宋桂梅，张朝昌.高温矿井独头掘进面降温技术研究与方案对比[J].矿业安全与环保. 2016，09（01）：171-175.
[3]谢本贤，王正秋.铜绿山铜铁矿矿井通风系统优化改造设计研究[D].中南大学.2014.
作者简介
赵亚军（1959-），男，河北昌黎人，正高级工程师，研究方向为矿山监测。
论文作者:赵亚军1,王学亮1，2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/16
标签：矿井论文; 技术论文; 作业论文; 瓦斯论文; 工作面论文; 风流论文; 风量论文; 《防护工程》2018年第11期论文;