铁矿地下矿山通风系统安全优化与效果评估

引言

铁矿是我国重要的战略资源，在工业生产、生活建设上占有重要地位。随着铁矿开采的深度越来越深、规模越来越大，地下矿山开采条件越来越差，高温、高湿、有害气体等越来越危害着井下开采作业人员的生命安全。通风系统为地下矿山提供足够的新鲜风流，稀释并排出有害气体、粉尘，调节地下矿山的温度和湿度，为地下矿山作业人员创造一个健康舒适的环境的系统。因此，对铁矿地下矿山通风系统进行安全优化与效果评估具有重要的现实意义。

一、铁矿地下矿山通风系统现状分析

1. 通风网络布局问题

当前部分铁矿地下矿山通风网络布置不系统不科学，仅能满足矿山开采初期所需的风量，后期随着矿山开采的规模与深度的加大，在通风网络上开始体现，如：巷道连接不够科学，出现风流短路或回流，效果不良；部分出现有分支过多、过大，造成风量不足，不能满足设计要求，无法送达各作业面。

2. 通风设备问题

通风设备作为通风系统的重要组成部分，设备性能的好坏直接影响着通风效率的高低，然而大部分铁矿地下矿山通风设备都存在着设备老旧、选型不当、维护保养不及时的问题。部分矿山的通风设备是采用老旧的轴流式通风机或者离心式通风机，耗能高、效率低，无法满足井下大风量的通风需求；另外，由于常年运行，缺乏及时维护检修，致使设备故障率较高，影响通风系统稳定性；另外，部分矿山由于对通风设备没有进行科学选型，没有结合井下巷道断面、通风阻力等情况进行设备选型，导致设备与实际需求不符，影响通风效果。

3. 风量分配与控制问题

风量分配不均是一般铁矿地下矿山常见的问题，地下矿山井下作业面较多，每个作业面的通风需求不同，但当前通风系统并不能根据各个作业面情况分配风量，部分通风不良、含尘大作业区域不能分配足够的风量，部分低需求区域却分配过多，造成浪费，且通风系统控制系统落后，多为人工调节，不能及时监控风量的变化，风量波动较大，影响其可靠稳定。

二、铁矿地下矿山通风系统安全优化策略

1. 优化通风网络布局

通风网络布置合理能够改善通风系统。首先，根据矿山的采场布置以及地质情况对通风网路进行设计调整。利用网络模拟技术对不同通风网路方案进行模拟分析，选取最佳的网路布置。在通风系统设计中尽量避免风流短路和循环风现象的产生，合理布置风桥、风墙等，来减少通风阻力。其次，对于现有的通风网路，要定期对其进行校核。对于一些不合理的巷道进行修复改造，对巷道的连接方式进行改变调整，确保风流畅通。对通风网路根据开采进度进行调整，保证每个作业面都有足够的风量。

2. 更新与升级通风设备

通风设备设施的更新和改造是提高通风系统效率的有效保障，首先根据井下通风的需要，合理选用通风设备。选择对风机效率高，节能、低噪声、新型对旋轴流式通风机等新型通风设备，这些设备的风量大、风压高，效率高，满足了对井下大通风的要求。其次加强通风设备设施的保养维护，建立通风设备设施的保养维护制度，定期对通风设备设施进行检查、清洗、润滑、检修，发现问题及时处理，确保设备设施正常。也可引进先进的设备监测系统，对通风设备设施进行实时监测，提前对通风设备设施的故障征兆进行预知，提高通风设备运行的可靠性。

3. 采用智能通风控制技术

智能通风控制技术能够实现风量分配与实时控制，提高系统稳定性和可靠性。首先，建立完善的通风检测系统，在井下作业面、巷道交叉口等处安装风速传感器、一氧化碳传感器、二氧化氮传感器、粉尘传感器等通风检测设备，实时监测井下风量、风速、有害气体浓度等。其次，引入自动控制技术，根据检测参数自动调节通风机的转速、风门开启度等，实现风力调节。例如某一作业区域一氧化碳浓度超过设置值，系统自动增加风量，稀释一氧化碳浓度；作业区域停止，系统自动减少风量，节约能源。再次，引入大数据分析技术，对通风系统运行数据进行分析和挖掘，优化系统控制策略，提高系统效率。

三、铁矿地下矿山通风系统安全优化效果评估体系

1. 评估指标体系

通风参数：风量、风速、风压等，直接体现通风系统的通风状况和效果。要求作业面风量、风速符合相关规定，风压分布良好。

空气质量指标：主要包括粉尘浓度和有毒有害气体浓度等，是井下空气质量好坏的重要指标。其中粉尘浓度、有毒有害气体浓度必须达到国家职业卫生标准要求。

能耗指标：能耗是指通风系统运行时对电能的消耗，是评价通风系统经济性的重要指标，主要包括风机的耗电量等，在满足通风的前提下应尽量降低通风系统的能耗。

安全性指标：包括如通风设备可靠性、通风网络可靠性及应急预案可靠性等通风可靠性，反应了通风安全性的指标。要求通风设备可靠，通风网络可靠，应急预案可靠。

2. 评估方法

现场监测法：在井下现场布点，对现场的通风系统风量、风速，粉尘浓度、有害气体浓度等进行现场实时监测。现场监测法是最直接的监测数据法，通过现场监测，获得现场通风系统实际参数。

数值模拟法 : 采用计算机模拟的方法 , 对系统的风场流动、粉尘扩散、有毒有害气体分布等情况进行了模拟。数值模拟法可以模拟各种通风情况下系统的性能, 为系统设计和评价提供理论依据。

综合评价法：利用层次分析法、模糊综合评价法等对通风系统进行综合评价，获得通风系统优化效果等级。

结语

铁矿地下矿山通风系统应用安全优化与效益评价是一个系统的、学科交叉的、较为复杂的，在实际应用中也需要根据不同矿山的具体条件设计不同的优化方法和评价模式。随着科学技术的进步，智能、自动化的通风系统会逐步形成，通风系统安全优化与效益评价方法也会得到优化。

参考文献：

[1] 唐小洪. 土台铁矿矿井通风系统优化研究[D]. 重庆大学,2014.

[2] 王先锋 , 冯禹凡 , 宛井旭 . 黑山铁矿露天转地下矿井通风系统设计研究 [J]. 辽宁科技学院学报 , 2023, 25(2):26-29.

[3] 宋超 . 浅析部分地下矿山企业机械通风存在严重缺陷 [J]. 建筑知识：学术刊 , 2014(5):1.

[4] 王章 , 张明峰 , 吴冷峻 . 马钢矿业地下矿山通风系统分析与建议 [J].现代矿业 , 2024, 40(10):218-221.