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【摘 要】 矿井通风设施被作为其生产体系中缺一不可的要素，它是否可靠与整个矿井的安全工作和实现收益有着密不可分的关系。保证矿井通风设施的实用性与可紧急预警的效果是为了有效地降低在发生爆炸。矿难等事故中所造成的一系列损失。
【关键词】 矿井；通风系统；优化设计
引言：
随着矿井开采水平的不断延伸，巷道压力逐步增大，使之通风巷道维修频繁，不仅增加了吨煤成本，而且给矿井生产造成了影响。伴随着通风线路的不断延长，矿井通风阻力随之变大，负压增高，矿井抗灾能力减弱。为此，应优化矿井通风系统，缩短矿井通风线路，减小通风阻力，提高矿井有效风量，保证矿井安全生产。
一、矿井通风系统分析
（一）问题的提出
以某集团下属大型矿井为例，在历经多年的煤炭开采之后，整个井下巷道的延伸拉大了矿井生产布局，同时地质条件的变化也为矿井的安全生产提出了更高的要求，矿井通风系统的弊端更加突出。主要表现有：（1）作业面以盘式区开采为主，使得单盘区域生产过于集中，部分巷道通风路线较长，再加上网络架构的交互与延伸，进一步增加了布局不平衡性；（2）对局部巷道的风阻测定值偏高，也加重了通风阻力不均衡；（3）部分通风设施因作业区域的变化而未能有效拆除，或拆除不彻底，对回风风压造成不同程度的影响。为此，结合某矿井通风系统实际，就其出现的问题进行全面测定和计算，从而提出优化矿井通风改造方案的可行性报告。
（二）优化方案的设计思路
结合某矿矿井的通风系统现状特点，本次研究采用理论、计算以及现场测定相结合的方法，通过对矿井巷道通风系统阻力的测定，确定各通风网络的分布与风阻，编制出相应的基础通风网络架构图，并结合风机的运行性能曲线，对于特殊点的通风网路进行针对性研究和计算，得出相应的矿井通风参数要求，从而为全面分析矿井通风状况，实现对整个矿井通风系统的优化和改造提供了科学依据，其方法和优化路线如下图所示。
二、矿井通风系统简化优化的方法和依据
矿井通风体系合理有效的得到使用，通风设施高效运用被认为是做好矿井安全工作与通风管制的主要内容之一。第一，有效实用的矿井通风体系务必须具备以下特征：通风机器配置数量精简，通风布局简便合理不存在浪费现象；通风布局要按照科学比例根据风力。风段等数据分配；风量大小可以保证矿井安全的要求而且有可控度；预防。抵抗灾害的作用；矿井安装的所有通风设施合理高效实用。矿井的不断变化发展，原有的通风设施已经很难适应当前矿井发展的需要。所以，只有在原来的基础上，尽可能的实现资源的有效利用。争取减少投资情况下保证最好的效果。详细方案如下：（1）搞清楚现有的矿井通风设备。调查清楚现有通风布局。通风能力。拿出详细的数据。（2）矿井目前通风实际情况剖析。通风布局做出实用性最强情况下的解析。结合现有矿并的长度。出风口的位置，针对当今矿井通风及其设备存在的一些问题进行有效地分析并加以解决。
三、通风系统优化指导思想
（一）坚持以技术经济合理为中心，以投入少、产量高、提高生产效率和确保安全生产为指导思想。
（二）结合矿现有生产系统情况，优化矿井通风系统，提高抗灾能力，做到布局合理，生产集中，系统完善，环节流畅，减少投资，提高矿井经济效益。
（三）尽量利用矿井现有设施、设备，坚持近期与长远相结合的原则，走滚动发展之路。
（四）通风系统改造后，能够缩短通风线路，提高矿井抗灾能力，降低风机的能耗、提高经济效益、降低原煤成本。
四、矿井通风系统优化内容
（一）对主通风机工况分析与调节优化
结合矿井通风能力与通风系统中主通风机的工况参数，在实际生产过程中的优化与调节需要从主通风机的风压、风量、功率、效率以及稳定性等几个方面来综合分析。在矿井通风系统综合设计及改造中，结合主扇的實际工况特点，通过准确的求解和分析，以确保对井下正常供风的需求。利用主通风机的风压特征曲线和矿井风阻曲线，对风机工况点的优化是矿井通风系统改造的重点，因此在选择风机时要确保风机的工作风压小于等于最高风压的90%，以免风阻的变化对工况点造成不稳定影响，同时，对于风机的运转速率满足60%以上。需要注意的是，改变风机叶片的安装角或者转速，都会对工作风压特征曲线造成变化，而对于不同工况点都可以通过调整叶片安装角来实现合理的供风需求，从而确保风机安全、经济、稳定运行。
（二）矿井通风系统风量优化研究
风量调节是矿井通风系统优化的关键点，随着井下作业深度及作业条件的变化，特别是对于瓦斯涌出量的增加等因素的影响，需要从风量的调节上来进行合理优化，从而实现井下总风量与局部风量的均衡。在对矿井总风量的调节上，需要从以下几点进行实施：（1）从主通风机的工作参数上进行调节，对于不同工况点，采用调整风机回转数，以及矿井总风阻的方式来优化通风机的工作特性，如加大地面漏风来减少井下风量；（2）对于局部风量的调节，则结合采区实际，采用增阻法时，对于分支风路的风量可以实现增加，但对于系统总通风量则会减少，而且不同位置的增阻，对于总风量的减少也不同；（3）对于减阻法来说，与之关联的分支分量将会减少，而对于总风量来说却会增加，同时不同分支点的增阻对整个通风系统的总风量的影响也不同。
（三）矿井通风系统阻力研究
通风阻力是影响矿井通风系统优化的关键，也是矿井通风系统技术管理的重要内容，因此，有效降低矿井通风阻力是实现矿井安全生产的首要任务之一。根据矿井通风系统阻力的计算公式来看，R=aLU/3，由此得出影响矿井通风阻力的各相关因素主要有以下几点：（1）巷道断面面积，根据计算公式中对断面的分析，可以通过扩大断面面积的方式来减少通风阻力；（2）井巷壁面平整度，可以从巷道施工质量和日常管理中，加大对巷道平整度、光滑度管理，尽量选择粗糙系数小的支护材料及支护方式来降低摩擦阻力；（3）对巷道断面形状的合理设计，以减少周界长度；（4）对巷道长度的优化，尽量减少巷道长度。 （四）对通风网络进行调节和优化
矿井通风系统是结合用风点的需风量，按照通风网络系统要求来进行综合调节和优化的，其常用的方法有局部调整法、通路法以及回路法。其中在局部调整方法中，又可以结合相应的矿井局部要求，常用增阻法、降阻法以及增能法等。对于新矿井的设计上多采用增阻法，而对于老矿井的通风改造则多采用降阻法。对于分风调节的方法主要有三类，（1）从固定分量上进行调节，即在固定点、以固定量进行调节；（2）线性规划法，即结合通风系统回路风阻平衡方程，以能耗最小为目标来进行单纯的线性求解，从而得出相应的优化调节量和调节位置，其不足是需要从多个不同的调节方案中进行选择来确定最佳方案；（3）非线性规划法，即利用分风计算方程来求解非线性规划值，从而确定某一调节位置和调节量，不足是矿井网络的复杂性为计算结果的确定带来不准确。
五、通风系统经济运行对策与效益分析
（一）选用高效节能型风机
新建矿井，必须选用高效率、低噪音、曲线较平缓的新型节能型风机，除能够长期安全运行外，其高效区范围大，并且能够适应不同生产布局的需风要求，兼顾采区生产的前、中、后期及其巷道布置，做到运行工况点总是处于高效低能耗区域内，减少通风电费和通风成本。
（二）对现有风机进行节能改造
风机的节能改造可综合考虑三点因素：更换为高效率对旋风机，采用变频调速和缩短投入成本的回收期。对现有主扇效率在60%以下的21组风机进行节能技术改造，使31组风机效率平均提高到60%以上，如果风机效率提高10%，则每年通风电费预计可降低30%以上。
（三）合理开采布局，优化通风系统
1、风量自然分配程序。这个程序是采用迭代法，在网孔选择方面应用了图论中关于最小树的理论而编制的。该程序可用于解算存在自然风压、固定用风量的多台风机的网络解算，可以求算各分支巷道的风量自然分配和风机工况。2、风机选优程序。在风量自然分配程序的基础上编制风机选优程序。程序数据库内已列有国产70B2、4）72、4）73、9）57系列等通风机的特性曲线参数，即各台风机的风量Q和风压H及效率的3个数值组。3、矿井风量优化调节程序。根据现场的风流调节方法，以最大风压路线为基准，而在其他风流的风路系统中加调节风窗来控制。这种方法常使矿井风压普遍增大。造成通风运营费用的不合理，有时还会出现矿井风量不足的问题。较好的调节方法应该是在把较低风压路线的风压调上去的同时，使高压路线的风压尽量降下来。
六、结束语
通过对矿井风阻进行實时数据的采集和处理，并结合模拟软件的计算和优化，从而为改善矿井通风问题提供技术参考依据，实现了矿井通风系统安全可靠、稳定合理的改造目标。
参考文献：
[1]周磊.浅析矿井通风中的若干问题[J].科技创新与应用，2014，12：76.
[2]张大卫.煤矿通风系统优化和改造实践[J].山东煤炭科技，2014，02：88-89+95.
[3]王顺双，王东霞.优化矿井通风系统提高安全保障能力[J].山东煤炭科技，2014，01：63-64.
【关键词】 矿井；通风系统；优化设计
引言：
随着矿井开采水平的不断延伸，巷道压力逐步增大，使之通风巷道维修频繁，不仅增加了吨煤成本，而且给矿井生产造成了影响。伴随着通风线路的不断延长，矿井通风阻力随之变大，负压增高，矿井抗灾能力减弱。为此，应优化矿井通风系统，缩短矿井通风线路，减小通风阻力，提高矿井有效风量，保证矿井安全生产。
一、矿井通风系统分析
（一）问题的提出
以某集团下属大型矿井为例，在历经多年的煤炭开采之后，整个井下巷道的延伸拉大了矿井生产布局，同时地质条件的变化也为矿井的安全生产提出了更高的要求，矿井通风系统的弊端更加突出。主要表现有：（1）作业面以盘式区开采为主，使得单盘区域生产过于集中，部分巷道通风路线较长，再加上网络架构的交互与延伸，进一步增加了布局不平衡性；（2）对局部巷道的风阻测定值偏高，也加重了通风阻力不均衡；（3）部分通风设施因作业区域的变化而未能有效拆除，或拆除不彻底，对回风风压造成不同程度的影响。为此，结合某矿井通风系统实际，就其出现的问题进行全面测定和计算，从而提出优化矿井通风改造方案的可行性报告。
（二）优化方案的设计思路
结合某矿矿井的通风系统现状特点，本次研究采用理论、计算以及现场测定相结合的方法，通过对矿井巷道通风系统阻力的测定，确定各通风网络的分布与风阻，编制出相应的基础通风网络架构图，并结合风机的运行性能曲线，对于特殊点的通风网路进行针对性研究和计算，得出相应的矿井通风参数要求，从而为全面分析矿井通风状况，实现对整个矿井通风系统的优化和改造提供了科学依据，其方法和优化路线如下图所示。
二、矿井通风系统简化优化的方法和依据
矿井通风体系合理有效的得到使用，通风设施高效运用被认为是做好矿井安全工作与通风管制的主要内容之一。第一，有效实用的矿井通风体系务必须具备以下特征：通风机器配置数量精简，通风布局简便合理不存在浪费现象；通风布局要按照科学比例根据风力。风段等数据分配；风量大小可以保证矿井安全的要求而且有可控度；预防。抵抗灾害的作用；矿井安装的所有通风设施合理高效实用。矿井的不断变化发展，原有的通风设施已经很难适应当前矿井发展的需要。所以，只有在原来的基础上，尽可能的实现资源的有效利用。争取减少投资情况下保证最好的效果。详细方案如下：（1）搞清楚现有的矿井通风设备。调查清楚现有通风布局。通风能力。拿出详细的数据。（2）矿井目前通风实际情况剖析。通风布局做出实用性最强情况下的解析。结合现有矿并的长度。出风口的位置，针对当今矿井通风及其设备存在的一些问题进行有效地分析并加以解决。
三、通风系统优化指导思想
（一）坚持以技术经济合理为中心，以投入少、产量高、提高生产效率和确保安全生产为指导思想。
（二）结合矿现有生产系统情况，优化矿井通风系统，提高抗灾能力，做到布局合理，生产集中，系统完善，环节流畅，减少投资，提高矿井经济效益。
（三）尽量利用矿井现有设施、设备，坚持近期与长远相结合的原则，走滚动发展之路。
（四）通风系统改造后，能够缩短通风线路，提高矿井抗灾能力，降低风机的能耗、提高经济效益、降低原煤成本。
四、矿井通风系统优化内容
（一）对主通风机工况分析与调节优化
结合矿井通风能力与通风系统中主通风机的工况参数，在实际生产过程中的优化与调节需要从主通风机的风压、风量、功率、效率以及稳定性等几个方面来综合分析。在矿井通风系统综合设计及改造中，结合主扇的實际工况特点，通过准确的求解和分析，以确保对井下正常供风的需求。利用主通风机的风压特征曲线和矿井风阻曲线，对风机工况点的优化是矿井通风系统改造的重点，因此在选择风机时要确保风机的工作风压小于等于最高风压的90%，以免风阻的变化对工况点造成不稳定影响，同时，对于风机的运转速率满足60%以上。需要注意的是，改变风机叶片的安装角或者转速，都会对工作风压特征曲线造成变化，而对于不同工况点都可以通过调整叶片安装角来实现合理的供风需求，从而确保风机安全、经济、稳定运行。
（二）矿井通风系统风量优化研究
风量调节是矿井通风系统优化的关键点，随着井下作业深度及作业条件的变化，特别是对于瓦斯涌出量的增加等因素的影响，需要从风量的调节上来进行合理优化，从而实现井下总风量与局部风量的均衡。在对矿井总风量的调节上，需要从以下几点进行实施：（1）从主通风机的工作参数上进行调节，对于不同工况点，采用调整风机回转数，以及矿井总风阻的方式来优化通风机的工作特性，如加大地面漏风来减少井下风量；（2）对于局部风量的调节，则结合采区实际，采用增阻法时，对于分支风路的风量可以实现增加，但对于系统总通风量则会减少，而且不同位置的增阻，对于总风量的减少也不同；（3）对于减阻法来说，与之关联的分支分量将会减少，而对于总风量来说却会增加，同时不同分支点的增阻对整个通风系统的总风量的影响也不同。
（三）矿井通风系统阻力研究
通风阻力是影响矿井通风系统优化的关键，也是矿井通风系统技术管理的重要内容，因此，有效降低矿井通风阻力是实现矿井安全生产的首要任务之一。根据矿井通风系统阻力的计算公式来看，R=aLU/3，由此得出影响矿井通风阻力的各相关因素主要有以下几点：（1）巷道断面面积，根据计算公式中对断面的分析，可以通过扩大断面面积的方式来减少通风阻力；（2）井巷壁面平整度，可以从巷道施工质量和日常管理中，加大对巷道平整度、光滑度管理，尽量选择粗糙系数小的支护材料及支护方式来降低摩擦阻力；（3）对巷道断面形状的合理设计，以减少周界长度；（4）对巷道长度的优化，尽量减少巷道长度。 （四）对通风网络进行调节和优化
矿井通风系统是结合用风点的需风量，按照通风网络系统要求来进行综合调节和优化的，其常用的方法有局部调整法、通路法以及回路法。其中在局部调整方法中，又可以结合相应的矿井局部要求，常用增阻法、降阻法以及增能法等。对于新矿井的设计上多采用增阻法，而对于老矿井的通风改造则多采用降阻法。对于分风调节的方法主要有三类，（1）从固定分量上进行调节，即在固定点、以固定量进行调节；（2）线性规划法，即结合通风系统回路风阻平衡方程，以能耗最小为目标来进行单纯的线性求解，从而得出相应的优化调节量和调节位置，其不足是需要从多个不同的调节方案中进行选择来确定最佳方案；（3）非线性规划法，即利用分风计算方程来求解非线性规划值，从而确定某一调节位置和调节量，不足是矿井网络的复杂性为计算结果的确定带来不准确。
五、通风系统经济运行对策与效益分析
（一）选用高效节能型风机
新建矿井，必须选用高效率、低噪音、曲线较平缓的新型节能型风机，除能够长期安全运行外，其高效区范围大，并且能够适应不同生产布局的需风要求，兼顾采区生产的前、中、后期及其巷道布置，做到运行工况点总是处于高效低能耗区域内，减少通风电费和通风成本。
（二）对现有风机进行节能改造
风机的节能改造可综合考虑三点因素：更换为高效率对旋风机，采用变频调速和缩短投入成本的回收期。对现有主扇效率在60%以下的21组风机进行节能技术改造，使31组风机效率平均提高到60%以上，如果风机效率提高10%，则每年通风电费预计可降低30%以上。
（三）合理开采布局，优化通风系统
1、风量自然分配程序。这个程序是采用迭代法，在网孔选择方面应用了图论中关于最小树的理论而编制的。该程序可用于解算存在自然风压、固定用风量的多台风机的网络解算，可以求算各分支巷道的风量自然分配和风机工况。2、风机选优程序。在风量自然分配程序的基础上编制风机选优程序。程序数据库内已列有国产70B2、4）72、4）73、9）57系列等通风机的特性曲线参数，即各台风机的风量Q和风压H及效率的3个数值组。3、矿井风量优化调节程序。根据现场的风流调节方法，以最大风压路线为基准，而在其他风流的风路系统中加调节风窗来控制。这种方法常使矿井风压普遍增大。造成通风运营费用的不合理，有时还会出现矿井风量不足的问题。较好的调节方法应该是在把较低风压路线的风压调上去的同时，使高压路线的风压尽量降下来。
六、结束语
通过对矿井风阻进行實时数据的采集和处理，并结合模拟软件的计算和优化，从而为改善矿井通风问题提供技术参考依据，实现了矿井通风系统安全可靠、稳定合理的改造目标。
参考文献：
[1]周磊.浅析矿井通风中的若干问题[J].科技创新与应用，2014，12：76.
[2]张大卫.煤矿通风系统优化和改造实践[J].山东煤炭科技，2014，02：88-89+95.
[3]王顺双，王东霞.优化矿井通风系统提高安全保障能力[J].山东煤炭科技，2014，01：63-64.