煤矿井下供水系统方案优化探讨
钞学强
[摘 要]矿井通风管理是有效提高矿井安全质量的方法，其不仅能增加矿井内氧气的含量，同时还能降低矿井内有毒有害气体的浓度和粉尘含量。为此，以煤矿矿井通风为视角，综合分析煤矿矿井通风系统安全检测与优化措施，以期为我国煤矿安全管理作出理论贡献。
[关键词]煤矿通风系统；安全检测；优化措施
中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0110-02
引言
煤矿的通风系统是一套非常完整的系统，是由通风动力、通风网络以及煤矿的通风控制设备设施等构成的。在煤矿的开采的过程中，煤矿通风系统向煤矿井下工作的地方输送足够的新鲜的空气，同时将煤矿井下的污浊空气及时排出来，这也就是煤矿通风系统最主要的功能。通风系统的风流是否拥有完整顺畅的流经路线是非常重要的，这关系着煤矿生产的安全。我国非常注重煤矿生产的安全问题。
一、煤矿主通风机安全性能检测的主要内容
1）证件审查，安全标志准用证、防爆合格证、摩擦火花安全性检验合格证、聚合物制品阻燃抗静电检验报告等；
2）外观质量检测：检查通风机、电动机各零部件应齐全，主通风机各连接部位的紧固件应牢固；刹车装置应灵活可靠；润滑系统应工作正常；主通风机处壳或内部结构不应有异常变形或损伤；主通风机铭牌、转向标志、风流标志应齐全；
3）轴承与电动机温升检测：根据现场实际情况，采用相应的测温方法进行测量；
4）空气密度测定：在距风压测点20m内的巷道中，用气压计测量绝对静压，用干、湿温度计测量干、湿温度；
5）风压测定：抽出式通风测压断面应选定在风机入风口；压入式通风（无引风道）测压断面应选定在扩散器出口；
6）转速测定：利用转速表对电动机和通风机分别进行测定；
7）电参数测定：用电功率测定电动机的电参数，用绝缘电阻表测定电动机的绝缘电阻，用接地电阻表测定电动机的接地电阻；
8）通风机的功率、效率测定：通过机械传动效率、电动机效率、电动机功率等参数计算得出；
9）噪声测定：用声级计在扩散器出口进行测试；
10）径向间隙：用塞尺进行测试；
11）振动测试：用巡检仪在风机、电机轴承座的径向、相互垂直方向上以及轴向上分别进行测试；
二、我国煤矿通风安全影响因素
煤矿通风安全问题是个极其复杂的问题，该问题不仅关系到煤矿从业人员的生命安全，还关系到整个煤矿的运行，影响煤矿通风安全的因素是极其复杂的，下面主要从以下几个方面进行阐述：
1、人为因素
1.1 轻安全，重生产
一些煤矿存在轻安全而重生产的不良管理缺陷，并且经常采用超定产与吨煤工资来激励井下作业人员，最终引起井下作业人员为了做出业绩而违章冒险状况的产生。
1.2 缺乏对通风安全的重视
许多矿井的管理人员严重缺乏对通风安全工作的认识与重视，井下作业人员的工资待遇过差；在通风安全管理工作上，随意地安排非专业人员来进行煤矿的通风管理，由于这些人员通风知识欠缺，极易导致违章作业、违章指挥等不安全因素的产生。
1.3 安全基础工作过于薄弱
安全基础不够牢固，与煤矿通风安全管理相关的各种安全指令、法规及规章有待完善，与此同时，缺乏对安全科技的投入；安全培训工作与安全技术装备不到位，许多安全器材和安全设备面临着淘汰，无法切实地跟上煤矿科技发展的步伐。
2、物质因素
物质因素是安全控制管理对策制定的依据。常见的危险物质包括一氧化碳、硫化氢、二氧化碳、甲烷。这些有着高能量的物質在空气中容易产生爆炸，例如甲烷的爆炸范围为5%-16%，氢气更加不稳定，爆炸范围最大可达70%；有的是有毒气体或使人窒息，人体耐受二氧化碳的浓度是6.55%，一旦矿井内这些气体的浓度和稳定性变化过大，就会产生爆炸、窒息、中毒等严重的后果。
3、影响煤矿通风安全问题的物质因素主要有以下两种：
3.1 过量能量
过量能量指的是由于煤矿采掘设施、运输设施、通风排水设施等各类设施受到内外力影响而造成的撞击、坠落、翻车等现象，这些过量能量也是造成煤矿通风安全问题的重要原因。由于煤矿采掘主要在狭小的地下空间进行，各种设施摆放的错综复杂，相互发生碰撞、挤压、磨蹭的现象时有发生，这种相互碰撞、挤压、磨蹭很可能产生火花，若在煤尘、瓦斯浓度较高的地方，极易造成煤矿事故，给从业人员生命及企业生产带来损失。因此，警惕过量能量也是煤矿生产安全的重要方面。
3.2 危险物质
煤矿井下危险物質颇多，最常见和最容易引起煤矿事故的莫过于瓦斯了。近几年，由于瓦斯爆炸而造成的煤矿事故数不胜数，给企业及个人带来灾难。瓦斯爆炸发生的条件有三个：
一是瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5%-16%；
二是混合气体中氧气的浓度不低于12%；
三是有足够能量的高温火源，一般为650℃-750℃。
分析瓦斯爆炸条件，对于防治及杜绝瓦斯爆炸意义重大。当然，煤矿井下的危险物质不光瓦斯，还有其它极易引起爆炸的物质，减少及杜绝这些物质才能将将煤矿事故降到最低。
4、环境因素
环境因素主要指的是在煤矿开采地区所处的气候以及进行开采作业时使用到的保护设备、预警系统等中存在的安全隐患。其中，开采地区所处环境是不以人为意志而改变的，这一因素体现在开采地区地质结构复杂性高的地区更为明显，很容易出现安全事故。另外，在开采区域中，风向也会对煤矿的通风产生一定的影响。在这些依靠人力不能进行改变的因素中，人们也并不是完全处于被动的形势，也可对开采作业加强各项保护措施以及在开采作业进行区域构建完整的预警保护系统，从而使得环境隐患带来的煤矿通风安全隐患得到显著降低。
同时，煤炭资源开采工作是在地下进行的，其不同于地面工作，井下的环境较为恶劣，导致环境的不确定性增加。即使在进行开采工作时，工作人员足够小心，也采取了足够的安全保障措施，但很多灾害的发生是人力不能改变的。如在进行煤炭资源开采时，井下的深度越深，内部的温度也会越高，且其中含有的瓦斯含量也更高，一旦出现一些意外情况，就很容易导致爆炸的发生。
5、管理因素
在煤矿通风安全影响因素当中，管理因素是其中的重要因素，其中包括管理方式、管理人员是两大方面。煤矿通风安全管理是个极其复杂的科学，是全面系统的工作，安全管理方式不正确将会严重影响煤矿通风安全，给企业和员工带来威胁和伤害。同样，管理人员在安全管理中起着重要作用，管理人员素质的高低，水平的高低及责任心的强弱将直接对煤矿通风安全产生影响。
三、煤矿矿井通风系统安全优化措施
1、设置科学的矿井通风系统
矿井通风系统的主要工作原理为：通过通风系统设置的通风口向井内具体作业地点提供氧气，排出有毒有害气体与粉尘。
依据进风井和回风井的布置方式，可以将矿井通风系统分为中央式、对角式、中央与对角混合式3类；按照主扇安装地点与具体工作方式的不同，可以将矿井通风系统分为压入式、抽出式、压抽混合式3类。在具体设计时，应结合矿井的不同地形与不同深度作出具体分析。对于地形复杂的矿井，应在设置主要通风设备的同时设置备用通风设备。对于较深的矿井，应在常规设计的基础上适度增大主扇的功率。在此基础上，应考虑不同煤矿区域气候与时节对矿井通风的影响，并作出有针对性的调整。以东北地区为例，在东北地区进行煤矿开采时应注意冬季对通风系统的要求，设计防冻、防水的通风主扇与通风窗口。
2、合理选择矿井风量的调节方法
矿井内部作业过程中对风力的要求很高，如果仅使用通风网络中巷道风阻的关系进行风流匹配，那么分配到各处作业地点的风力会十分微弱，根本不能满足作业需要，所以需要在巷道风阻匹配的基础上加强风量的调节与控制措施，按照各处作业的要求及时对风量进行调节，如果按照风量调节的范围进行划分，可以分为总风量调节与局部风量调节，其中总风量调节的方法有：
（1）更改主机风扇特性，将送风机主机上转速以及扇风机的转速进行调节，把风扇及叶片的安装角度进行调整，以加大风量。
（2）对巷道中的总风阻进行调整，将矿井总回风道中的风阻降低，以此来保证的风流与风力。
局部风量调整的方法较为复杂大体可以分为三种：
（1）增加风阻调解法。增加风阻调解法的主要依据是调节风道中的阻力值，在出现阻力小风流过大的部分添加一定的阻力障碍，比如加设风窗或者调解风门等等，帮助联网孔整体风路运转都能保持平衡，以此來完成按需送风。（2）降低风阻调解法。降低风阻调解法适用于巷道中阻力过大风力无法抵达作业点的问题当中，主要方法是将巷道中的断面积扩大，或者将阻力过大巷道附近的备用巷道或者废弃巷道进行开启、修复，以此来加大通风流量。（3）辅助通风机调节法。实质就是以阻力较小的风路的阻力值为依据，在阻力较大的风路中安设一台辅助通风机。让辅助通风机产生的风压克服-部分阻力，使并联网路阻力达到平衡，从而达到风量调节的目的。它比降阻调节法简便易行，施工时间短，但是管理较复杂，安全性比较差。
3、做好通风设备安装过程中的质量保障
矿井内部的通风设施安装主要包括引导风流和隔断风流两个部分，煤矿企业对于安装通风设备的质量进行检查，符合要求后才能用于实际的组装。
要求一：对风流的设施有一定的引导作用。这一部分是为了使矿井内部空气比较流通，其需要组装的结构有：（1）风硐，风硐是连接扇风机装置和风井的一段巷道，风硐经常由混凝土、砖石等建筑材料建造而成的矩形巷道，它的特点往往由風筒的特点所决定。（2）风桥，风桥会将平面相交的新、污风流隔成立体相交的新、污风分立的一种通风设施。（3）风窗，风窗是设在门上或者墙上的留一个可调空间大小的窗口，通过对其空间大小的调节从而达到对风量大小进行调节的作用，（4）风筒，在巷道中利用正压或者负压通风动力通过管道把指定的风量送到目的地，而把这个管道称作风筒。
要求二：有利于隔断风流的设施。若在矿井的正常施工过程中发生了意外，便可利用隔断风流设备对此进行防御，从而防止由于意外带来的有害人体健康的气体。其需要安装的结构包括：（1）防爆门，防爆门是为了防止矿井下边的煤尘瓦斯放生爆炸时对扇风机有毁坏而安装在扇风机上的筒上的安全设施，而当井下发生爆炸时，防盗门很容易就会被这些气体的冲击力给冲开，爆炸波直充入大气，这样对风扇机起到了一定的保护作用。（2）挡风墙，在不允许风、行人、行车等通过时，都必须设置挡风墙，将风流挡在门外，如：将火区、进风、回风等。（3）风门，不允许风流的通过，但允许行人、行车通过巷道，根据矿井生产的具体需要来设置风门，有普通的风门、自动风门等。
4、加强煤矿瓦斯管理，杜绝瓦斯堆积
为了给工人一个安全的工作环境，在平常的工作过程中为了防止由于各种瓦斯管理不当给工人造成的安全隐患问题，作为相关管理人员应该加强对于瓦斯的管理，并且做到瓦斯零堆积现象。合理选择煤矿通风系统，通过利用正确的方法确保不同煤矿的风量，针对每一煤矿都实施机械通风，针对工人工作的各个环境都必须设置回风巷，从而实行分区通风。针对煤矿的采掘工作采取独立通风，而挖井巷道采用矿井全风压或者采用通风机对其实施局部通风。在日常工作过程中，不仅需要做好各个相关的煤矿通风工作，而且需要做好瓦斯的检查与监测工作，对于不同瓦斯浓度的煤矿实施不同的检查方案，对于较低的瓦斯矿井每班只需检查两次，而对于较高瓦斯的矿井每班必须保证三次的检查。在有煤与瓦斯较为突出的采掘工作面必须要由专人对瓦斯进行检查，并且安装甲烷断电仪。为了使由于日常生产而产生的瓦斯及时被处理掉，所以在工作中相关人员必须熟悉在哪些工作地点容易产生瓦斯，只有这样才可以确保瓦斯处理的及时性。对于这些瓦斯的处理方法主要有防止瓦斯涌出法、引导风流排放瓦斯法、增加风量稀释瓦斯法等方法。
5、做好风向的控制和管理
首先，应做好通风和巷道贯通处的局部通风工作，在有的煤矿工程中，对巷道进行贯通的时候，一般只从一个方向进行挖掘，如果没有对未挖掘的部分保持通风，就会使得该部分的瓦斯浓度急剧增高，因此在未挖掘的地点也应做好通风工作，并对局部区域进行周期性的检查，对瓦斯浓度进行检测，从而对安全隐患进行排除，从而保障整个通风系统的正常。其次，应在巷道贯通的过程中采用一些恰当的措施，对风向进行控制，并在贯通之后对前后的通风系统进行检测，如果发现存在着问题要及时进行调整。贯通地点如果处在进回风系统之间，在此进行直接贯通就会存在着极大的危险。在这种情况下，应对通风系统进行调整，减少两侧的空压差，并且在巷道贯通的两个方向都设置好风门，当进行贯通施工的时候对风门进行关门，等到彻底贯通之后再进行一次通风系统的检测和调整。
6、加强通风安全环境的监测力度
必须加强对煤矿通风环境安全管理工作，使用性能较好的环境监测设备，实时对矿井的环境开展监测，在监测的过程中，要确保设备的准确性，避免因设备损坏或故障影响监测结果，并且要对多种监测数据进行综合分析，减少故障的发生率，提高煤矿的安全性。同时，还要注重对新设备、新工艺的引进，随着科技的进步，对煤矿安全性的技术和设备必然得到提升，为了更好的为煤矿生产提供安全环境，必须利用科技的手段强化煤矿生产的管理力度，要积极采购监测设备，淘汰老旧设备，提高监测数据的准确性。
7、加强通风设施的维护管理
矿井中的通风设施是开展通风工作的组成部分，加强对通风设施的维护管理力度，一方面可以保证通风工作的有效进行，另一方面可以降低矿井中的漏风现象，保证设备所提供的风量可以切实满足煤矿生产的实际需求。矿井中主要的通风设施有：风桥、风门、调节风窗等，如果设施出现损坏，并且没有及时得到修复，就会导致矿井中出现漏风现象，从而导致风流下降，矿井中的瓦斯等气体不能被完全排出，增加了煤矿生产中的安全隐患。所以只有加强对井下通風设施的维护管理力度，才能保证其设施一直处于一个良好的状态中，充分排出煤矿生产中的安全隐患，为员工营造出一个良好的生产环境，避免不必要的经济损失，为煤矿企业的稳定发展提供充足的保障。
结语
煤矿通风系统决定着煤矿的生产系统能否安全地运转，它既服务于煤矿生产系统，同时又对煤矿生产系统有所制约。在煤矿生产过程中，是否拥有一个安全稳定的煤矿通风系统，直接影响着煤矿企业的日常生产活动的安全性、煤矿事故的防治以及经济效益和社会效益的最大化实现。因此设计工作人员在进行煤矿通风系统的设计过程中一定要全面地考虑到各种情况，设计出合理、安全、高效的煤矿通风系统，为煤矿工作人员提供良好、安全的工作环境，确保煤矿生产活动能够顺利地开展，避免事故发生，保障工作人员的人身安全，实现经济效益和社会效益的最大化，促进我国煤矿行业的发展和繁荣。
参考文献
[1] 邹昕，李瑞群.“长压短抽”通风除尘系统在掘进工作面的应用[J].陕西煤炭，2016（S1）.
[2] 杨俊辉.煤矿安全通风管理及通风事故的防范措施[J].内蒙古煤炭经济，2016（23）.
