煤矿通风系统的安全性及优化分析

引言

煤矿作为我国能源供应的重要支柱，其安全生产至关重要。随着煤矿开采深度与强度的不断增加，通风系统面临的挑战愈发严峻。设备长期高负荷运行导致老化故障频发，复杂地质条件与不合理的网络布局加剧通风阻力，传统管理监测手段难以满足智能化、精细化的安全需求，由此引发的安全事故仍时有发生。

一、煤矿通风系统安全性现状分析

1.1 煤矿通风系统构成与运行原理

煤矿通风系统是保障井下安全生产的关键设施，主要由通风动力设备、通风网络、通风构筑物及通风监测装置等构成。通风机作为核心动力源，离心式通风机凭借高风压、大流量，为大型煤矿通风提供强劲动力。轴流式通风机则以高效节能、调节灵活的优势，适配不同工况需求。通风网络由进风井、回风井、巷道等构成复杂的网状结构，确保风流按既定路线流动，为各作业区域输送新鲜空气。

1.2 通风系统安全性评估指标

构建科学合理的通风系统安全性评估指标体系，是衡量其运行状态、保障安全生产的重要手段。风量指标是关键要素，井下各用风地点的风量需满足《煤矿安全规程》要求，以确保人员呼吸及有害气体稀释需求，风量不足易引发瓦斯积聚等安全隐患。风速指标同样不容忽视，巷道与作业面风速应控制在适宜范围，风速过低，有害气体与粉尘难以排出，过高则可能扬起粉尘，增加爆炸风险，风压反映通风系统克服阻力的能力，稳定且合理的风压确保风流按设计路线流动，风压不足会导致风流短路、风量分配不均。

二、煤矿通风系统存在的安全问

2.1 通风设备老化与故障问题

煤矿通风设备长期处于高负荷、高粉尘、潮湿的恶劣环境中运行，老化与故障问题日益突出。部分煤矿为降低成本，延长通风机使用年限，导致设备机械部件磨损严重，叶片变形、轴承损坏等现象频发，极大削弱通风效率。通风设备的电控系统也面临老化风险，线路绝缘层破损、控制元件失灵等问题，可能引发设备停机或异常运行，若未能及时修复，将严重威胁井下人员生命安全。

2.2 通风网络设计与布局缺陷

通风网络设计与布局不合理是制约煤矿通风安全的重要因素。在一些老矿区，随着开采深度增加和范围扩大，原有的通风网络未能及时优化调整，导致通风阻力过大，风流分配不均。部分巷道断面过小，加之长期受采动影响，巷道变形严重，进一步增加通风阻力，使得新鲜风流难以有效输送至作业面。串联通风、角联通风等不合理布局在一些煤矿依然存在。串联通风时，前一工作面的污浊空气直接进入下一工作面，不仅降低空气质量，还增加了灾害传播风险。

2.3 通风管理与监测不足

通风管理与监测体系的不完善，使得安全隐患难以及时发现和消除。部分煤矿通风管理制度落实不到位，人员安全意识淡薄，违规操作现象时有发生。随意打开关闭风门、未按规定进行通风设施维护等行为，破坏了通风系统的稳定性。通风系统监测设备存在精度不足、覆盖范围有限等问题。

2.4 地质条件与外部因素影响

复杂的地质条件和外部因素给煤矿通风系统带来诸多挑战。煤矿开采过程中，地质构造变化频繁，断层、褶皱等地质构造可能破坏通风网络的完整性，导致风流短路或漏风。某煤矿在掘进过程中遭遇断层，大量风流从断层裂隙中泄漏，使得作业面风量严重不足，瓦斯浓度急剧上升。自然灾害如地震、暴雨等也会对通风系统造成破坏。地震可能导致通风井巷坍塌、通风设备损坏。

三、煤矿通风系统优化措施

3.1 通风设备升级与维护

对于通风设备老化故障的情况，则从风门的选型维护两个维度对其进行改进。风门选型时，为防止其运行出现故障应优先选配高效风门，例如采用变频调速功能的轴流风机，根据矿井内的实际需要风量，适时调节能耗量小及工作运行性能比较稳定的风量；引进智能化监测的通风设备，采用先进的监测装置内部功能，对轴承温度以及轴承频率等运行参数进行检测，避免出现通风故障。建立完整的风门维护制度，根据风门设备实际运行情况，设立合理的维护计划表，定期对叶片、轴承等磨损配件进行检测并更换。

3.2 通风网络优化设计

在煤矿通风网络合理方面，要结合煤矿矿井的开采实际情况合理地完善通风网络设计，同时采取合理的应用措施，进一步提高煤矿井下通风网络的合理性与稳定性。可以根据煤矿井下的各个巷道实际情况通过 CFD 模拟软件对整个井下通风网络进行模拟并进行合理的模拟，同时需要更加全面地考虑网络中的各项相关参数，并利用 CFD 模拟软件计算出各个巷道所占的风量、风压、各个巷道所处的阻力等，找出巷道中相对较高的阻力点，找出风流紊乱区域，将相应的信息反映在数据库中，为巷道通风网络优化设计提供一定的依据，并可以通过对煤矿井下运输网络的监控合理地实现通风网络优化措施与设计。

3.3 智能化监测与管理体系构建

实现智能化监测管控。从监测手段上，运用物联网(IoT)和 5G 通讯等技术，建立井下全覆盖的智能监测系统，安装高分辨率传感器、风速风压智能监测仪等，实现瓦斯、一氧化碳浓度、风量、风压等参数的实时监测、精确监测，并通过5G 信号将监测数据及时传输到地面数据中心。通过大数据分析和人工智能技术实现对监测数据的分析、挖掘，建立通风系统运行状态分析模型和风流运行状态故障预测模型，对异常趋势进行预警预报。从管理体制上，健全完善通风管理制度、标准、责任书、岗位责任制、操作规程等通风规章制度，采用数字化技术开展通风设施检修、风流状况现场巡查等工作的信息化管理。

3.4 应对外部因素的保障策略

针对影响矿井通风系统的地质条件和其他外部因素，应同时做好防范性和应急性的保障措施。地质条件防范上，做好开采前三维地震勘探、地质雷达等对地层构造分布情况的探测和开采设计的优化工作，避让断层、裂隙等容易漏风的位置；对于不能避让的地质构造，提前做好注浆填充、支护加固等工作，以防风流的短路。自然灾害防控上，完善灾害预警体系，与气象、地震部门实时联通，提前掌握灾害预警信息；做好通风系统专项应急预案，定期组织演习演练，以确保在遭遇地震、暴雨等自然灾害情况下，能够及时启用备用电源、开启应急通风设备，保障井下通风正常；加强与邻近矿区的联系，通过联合监测共同做好由于地面活动或者临近区开采带来的通风安全风险，保证通风系统安全。

结语

本研究系统剖析煤矿通风系统安全隐患，针对性提出涵盖设备升级、网络优化、智能监测及灾害防范的优化方案。通过技术创新与管理改进，有效解决传统通风系统的运行弊端。

参考文献

[1]高鹏.煤矿通风系统的安全性及优化设计研究[J].矿业装备,2023,(12):200-202.

[2]苗轶.煤矿通风系统运行与维护优化[J].能源与节能,2023,(09):219-221.