摘要：煤矿通风系统的良好运行是煤矿安全生产的必要条件，随着煤矿开采进程的不同以及通风设备的老化程度，需要在煤矿生产过程中定时对通风系统进行优化改造。因此，针对煤矿通风系统普遍存在的问题，分析了矿井需要优化通风系统的原则以及常用方法，针对在矿井生产过程中通风系统所存在的问题，提出了合理的优化改造方案，即给出了优化矿井通风系统的方法。
关键词：通风系统；主通风机；优化；通风网络；
前言：一般来说，在进行矿井通风系统优化时应遵照以下原则进行：首先，在保证通风效果的前提下，尽量使通风系统简单；其次，保证通风系统具有足够的可靠性，而且优化过后的通风系统应该具有可调性。煤矿井下在进行生产过程中，常用的通风方式有：机械通风和自然通风。煤矿在优化通风系统时主要采取优化矿井通风网络系统、优化矿井进出风井布置方式或位置两种方式。
一、煤矿通风系统普遍存在的问题
煤矿通风系统是煤矿通风方式、通风方法和通风网络与通风设施的总称。矿井通风的任务：⑴：供给足够的井下工作人员用的新鲜空气.⑵：冲淡和排除有毒有害气体及浮游矿尘，使之符合煤矿安全规程的要求.⑶：提供良好的气候条件，维持合适的劳动条件。通风设施的目的：使风流能够按拟订的路线流动，维持正常的通风，直接关系到矿井的安全.通风设施分类：为阻隔风流的设施有：风门，风墙.为引导风流的设施有：风桥，风洞，风窗，测风站.矿井常用的通风设施有：风门，密闭，风桥，测风站
目前，煤矿通风系统普遍存在的问题主要分为两大类：其一，通风系统的阻力、网络等需进一步优化；其二，矿井主通风机存在通风量不足或过剩的情况。
二、通风阻力的优化
煤矿矿井的通风阻力是影响煤矿通风系统的一个重大因素，有效减小通风阻力对优化煤矿通风系统具有至关重要的作用，可直接提高煤矿的通风质量、提高煤矿生产的安全性和经济效益。
1）根据巷道通风总阻力公式h=RQ2可知，通风总阻力h与通风量Q的平方成正比例关系，当其他条件不变的情况下，通风总阻力随通风量的增加而呈平方速度增加。因此，在其他条件保持不变且能够保证生产安全的情况下，尽量减小风量，各巷道的风量越接近自然风量，矿井巷道通风总阻力就越小。
2）其中：R为巷道风阻，kg/m7；L为巷道长度，m；U为巷道截面周长，m；S为巷道截面积，m2；α为巷道通风阻力系数，N•S2/m4。由巷道的风阻公式R=α×LU/S3可知，巷道断面面积越大，巷道长度越短，巷道的风阻就越小。但是巷道断面一般是不会轻易改变的，所以在开采过程中，尽量不要采用单独的深巷道形式。
3）煤矿通风系统的网络结构不同，即便是分支巷道的风量和风阻相同，那么通风系统的总阻力也不相同。因此在巷道数量和相关参数都已经确定的情况下，应合理设计煤矿通风系统的风流流动路线，尽量减少甚至避免串联情况，多采用并联网络结构，且应遵循早分晚合（总进风处分开，总回风处汇合）的设计原则。
三、通风网络的优化
煤矿通风网络是指所有井筒、巷道、车场和硐室、工作面等相互连接构成的全部风流流经路线。煤矿通风网络是实际通风系统的数学表达，其基本形式有串联风路、并联风路和角连风路。其中串联风路是指一条巷道的回风再次进入其他巷道，中间没有分支；并联风路是指两条或者两条以上的通风巷道在某一点分开后又在另一点汇合，中间没有交叉巷道；角连风路是指并联风路之间增加一条或者多条其他风路。
1）控制型分风网络。是指各分支风路的风阻和所需风量已知，需要求出所需的总的最小风压和如何调节可满足各分支风量的要求，且使整个网络的风压损失保持平衡。ThomasA.Morley提出了使控制型分风网络年度总费用最小的混合整数规划模型，并用分支定界法求解。
2）自然型分风网络。是指各分支风路的风量由各自的风阻大小自然分配，不增加任何人为的调控措施。原苏联学者А.А.СКОЧИНСКИЙ证明了在多台风机联合工作时，各台风机工作的风压相等是自然型分风网络动力消耗最小的条件，此结论随后又被推广到复杂通风网络的计算中。
3）一般型分风网络。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆是指在整个通风网络中，一部分分支的风量已确定，另一部分的风量待定，调节分支和调节量都待求的风量调节类型。其中部分分支的风量需要按照煤矿生产进行分配而非任其自然分配，也就是需要在合理的位置安装风窗和风机等。此种类型中待求未知数的个数多于约束方程，因此属于非定解问题，通过有效规划，可保证各分支风量在达到要求的前提下，整个通风网络所需的功率最小。
四、主通风机的优化
对主通风机进行优化其实就是对主通风机的作业能力进行调节，主要包括降低主通风机能力使风量减小和增大主通风机的能力使风量变大，以满足不同时期煤矿巷道对通风的要求。调节主通风机能力的方法有很多，但在传统优化调节中主要采用的一般为如下几种：利用前导器调节风向；改变风机叶片安装角度；拆除或增加部分叶片；更换风机等。传统的调节方法虽然管用，但存在很大的弊端，比如利用前导器并不能降低电能的使用量，对主通风机进行零部件的更换更是操作复杂、效率低下。
随着科学技术的发展，目前变频调速技术开始逐渐应用在煤矿主通风机的调节上。采用变频调速技术可以实现对主通风机的平滑无极调速，进而控制主通风机的作业能力，在满足各巷道通风量的同时尽量减小资源能源的浪费。
五、煤矿通风系统的优化设计及意义
5.1煤矿通风系统优化
对于有些煤矿通风系统而言，其内容及结构均比较复杂，其组成包括多个通风管道，而有些矿区内气候条件相对而言比较差，存在较多对人们身体健康有害的大量粉尘及气体，因而所设置通风设备也就比较多，在这种情况下其实际工作也就越来越繁琐。
对于传统煤矿通风系统而言，通常情况下其组成包括通风设备、立式主流风门以及核查风门等相关内容。一般来说，在两个风机共同运行的情况下，可能会有倒机停风情况出现，在这种情况下所造成的结果就是两台通风通风机其中的一台，在启动时会有一定问题出现，从而会增加矿井下所存在的有害粉尘及气体数量，会在很大程度上威胁工作人员生命安全。在煤矿通风系统实际运行过程中，为能够使这一问题得以较好解决，十分必要的一个方面就是应当对煤矿通风系统进行优化，通过优化使以往通风系统中存在的问题得以较好解决，保证煤矿通风系统能够得以更好运行，在矿井通风环境得到一定程度改善的基础上，才能够使工作人员生命安全得到更好保证。在通风系统实际运行过程中，为能够使不倒风不停机得以实现，可选择增加平式百叶窗方式，从而使不同矿井点风量能够大体上保持平衡，使有害气体及粉尘急剧增加问题得以较好解决，保证其能够有效排出，从而较好避免对工作人员造成危害。
在煤矿通风系统实际优化过程中，将通风系统及PLC控制系统实现有效融合，在此基础上可实现对通风系统的有效控制，在运用PLC自动控制系统的基础上，可将矿井中粉尘及气体浓度向系统内输入，通过对繁琐运算指令进行运用，可实现有效控制及管理相关操作过程及通风设备，在这种情况下即便有倒机停风现象出现，同样能够保证通风系统正常运行，可使矿井下工作人员生命安全得到更加理想的保障。
5.2煤矿通风系统优化的重要意义
在煤矿通风系统实际运行过程中，通过对煤矿通风系统进行优化，在保证煤矿安全生产方面可起到较好保障，具有十分重要的作用及意义，其不但能够使煤矿工作开展得到更好保障，同时还能使煤矿工作人员生命安全得到更好保证。然而，应当注意的一点就是对于煤矿通风，仅仅依赖于煤矿通风系统优化无法完全满足实际需求，煤矿通风管理也具有十分重要的作用，通过有效煤矿通风管理，可有效防止外界环境因素影响及主观人为因素影响，从而可在最大程度上保证通风系统顺利运行及实施，可创造良好工作环境，保证相关工作人员更好开展工作。
小结：煤矿通风系统的良好运行是煤矿安全生产的必要条件，随着煤矿开采进程的不同以及通风设备的老化程度，需要在煤矿生产过程中定时对通风系统进行优化改造。影响煤矿通风系统的因素多种多样且十分复杂，通过分析总结，对通风系统主要可以从通风系统的阻力、网络以及矿井主通风机等方面进行优化。
参考文献：
[1]徐碧云.浅谈煤矿井下通风系统的优化[J].机械管理开发，2016，31（8）：129-130；133.
[2]石鑫.煤矿通风系统预先危险性的分析[J].机械管理开发，2015，30（10）：122-124.
[3]程磊，杨运良，熊亚选.基于人工神经网络的矿井通风系统评价研究[J].中国安全科学学报，2005（5）：88-91.
论文作者:杨磊磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/20
标签：煤矿论文; 通风系统论文; 巷道论文; 风量论文; 矿井论文; 通风机论文; 阻力论文; 《基层建设》2019年第15期论文;