通风系统安全隐患排查分析

常村煤矿采用混合式开拓方式，设计生产能力1.50×106 t/a，井田内可采煤层共 2 层，平均厚度 5.5 m，煤层不具有爆炸性。目前，该矿进风井有 6 个，分别是主、副斜井，新副立井，北进风井，排矸副立井和南平硐;回风井有 2 个，分别为南风井和南二风井。各采区通风系统相对独立，分区通风该矿全部采用综采回采工艺，全部垮落法管理顶板，采煤方法为走向长壁采煤法。矿井现生产工作面4 个，备用 2 个，开掘工作面 13 个。回采工作面为“W”形通风和“U”形通风，开掘工作面局部压入式通风。

2 通风系统隐患排查

2.1 隐患排查的目的和方法

采用安全检查表法定期排查矿井通风隐患，同时，在各测风点进行通风阻力测定，录入数据库，建立隐患监控系统，为灾害预警提供依据。

2.1.1 通风系统设计

根据规程要求，结合矿井实际情况，针对巷道作业场所的实际需风量，查看矿井通风系统和局部通风系统是否能够满足工作需求，是否存在较大的缺陷。

2.1.2 矿井通风阻力测定

通风系统的可靠性受到通风阻力的影响。矿井通风阻力测定是通风技术管理的主要内容之一，其目的在于检查通风阻力的分布是否合理[7]，一些巷道或区段的阻力是否过大，为改善矿井通风系统，减小通风阻力，降低矿井通风机的电耗并为均压防灭火提供依据。通过测定通风阻力，可以进一步优化矿井的通风系统，降低生产成本，提高防灾抗灾能力，具有较高的经济效益和安全效益。

2.1.3 通风设施及设备

构建和维护通风设施是保证通风系统稳定的前提和基础。为了保证风流按照既定的线路流动，使井下各生产点得到相应的风量，必须在一些巷道内设置应的设施，并通过各种通风设备对通风系统进行微调。而这些通风设施和设备位置的选择是否合理、运行态是否稳定有效，直接决定了生产区域的通风效果。如果通风设施设备不合理或损坏，就会引发大量漏风甚至风流短路、循环风的问题，不但造成了极大的浪费，还威胁到井下工作人员的安全和矿井通风系统的稳定性。对矿井主要通风机的运行状态进行检查，包括其工况、电压和电流等，查看风机是否发生故障。定期测定风机风量能否满足矿井需要，核实风机各项参数的准确性，检查各种通风设施，包括风门、风硐、风桥、导风板、调节风窗、风障和密闭墙等，确保其状态正常、运行稳定。

2.1.4 通风管理措施执行情况

对各种安全技术措施的严格执行是保证矿井安全的重要基础。通过对各种通风措施执行情况的检查可以了解井下工作人员的安全生产意识。通常情况下，人的不安全行为是造成矿井通风灾害的主要因素之一，因此，要加强区队对相关规定或条例的学习和理解，并严格执行。

2.1.5 局部通风系统检查

检查闭锁装置是否能够正常运行，局部通风机安装位置是否合理，运行状态是否良好，检查风筒距离正头位置，风筒是否破口。对局部风流进行检查，评估可靠性，确保不出现循环风、串联通风等情况。

2.2 通风系统隐患排查初步分析

2.2.1 矿井通风阻力分析

此次采用气压计同步测定法，对选择的 4 条路进行通风阻力测定，西风井共 2 条，分别为 2703 工作面和 2701 工作面;西二风井共 2 条，分别为 2705 工作面和西区路线。通风参数测量结果如表 1 所示。按照相关规定的要求，矿井回风量达到 10 00020 000 m3 /min，通风阻力要小于 2 940 Pa，4 条通风阻力测定路线中最大阻力为 1 982.5 Pa，小于 2 940 Pa，所以，矿井通风阻力满足相关要求。4 条路线测定的等积孔及矿井总值均大于 2 m2，同样，总风阻也远远小于 0.354 N·s2 /m8，所以，该矿现处于通风容易时期。

2.2.2 通风隐患排查

采用安全检查表法排查隐患 1 个，优化项 1 个。风机房内风机显示的压力与实测压力差距较大，经检测为传感器故障，更换后恢复。该矿现有 2 台风机，西风机实测排风量约为 13 785 m3 /min，西 2 风机实测排风量约为 14 580 m3 /min。由于矿井生产安排问题，2 台风机风量分配不合理，需要优化通风系统，重新划分通风范围，以提高通风效率。

3 通风系统隐患自动监测 分析及预警

3.1 自动监测原理

测量和收集通风系统资料和通风阻力，在此基础上构建完善的数据库，并进行通风系统隐患分析，建立预警模型。利用在线监测系统，对矿井主要通风参数 (风速、风压、风向) 和主要设施 (设备) 运行状况实施监测，并通过模型进行分析和网络解算，对通风隐患进行实时预警。

3.2 监测预警方法及模型

3.2.1 风量风速预警模块

风量风速预警模块主要有 2 种监测方法：a) 直接监测。对比通风网络各节点传感器测得的通风数据，发现异常时及时预警。b) 间接监测。通过网络解算计算矿井的整体通风情况，结合关键位置风量监测，对矿井通风量进行对比分析。

3.2.2 循环风预警模块

按照要求在掘进巷道规定位置安装风速风向传感器，并对其进行实时监控。当风流方向与设定值夹角大于 90°时，说明风流发生了变化，易产生循环风，则对其进行预警。

3.2.3 风压预警模块

风门和调节风窗等设施是否完好或处于正常状态，对通风系统稳定性具有决定性作用。在调风设施两侧安装风压传感器进行实时监测，如果风压出现较大变化甚至逆转，说明设施处于不良状态，则对其进行相应的预警。

3.3 监测预警系统构成及效果分析

3.3.1 监测预警模型数字化

监测预警模型数字化包括图纸数字化、通风参数提取、数据审核、网络解算等步骤。图纸数字化主要是将 CAD 版本的通风系统图转化为系统可识别的、具有巷道位置信息格式的图纸;通风参数提取主要是将通风阻力测定参数及现场传感器传输的通风参数进行汇总和录入，并计算各通风网络节点的风量、风阻等;数据审核是通过理论计算数据和实测数据进行对比，确定数据真实性以及各种数据是否符合要求;网络解算是通过内部模型计算初始自然风压，进行风机特性模拟、最小树生成、回路生成、回路风量平衡等。

3.3.2 隐患在线监测 预警

在线监测、预警的主要内容为：a) 监控系统图显示各传感器的位置，并查询传感器工作状态和监测数据以及数据曲线，当工作状态发生变化或监测数据超过正常范围时进行预警;b) 网络解算是按照预设的时间间隔，根据各通风网络节点中传感器测量的通风参数，自动计算出其他相关巷道的风量、风速等，并与基准值进行对比;c) 隐患预警功能是综合了各传感器测量数据和网络解算数据，根据预警模块规则，对出现异常情况的地点进行通风隐患预警。

3.3.3 实施效果

2019 年 1 月自动监测系统应用以来，已超过 11 个月，在应用期间共预警 13 次，包括短时间风速预警 8次、长时间风速预警 1 次、风流异常预警 2 次、风压预警 2 次。根据预警后的实际排查和分析可知，短期风速预警主要原因为生产调节，属于正常波动;长期风速预警主要是回风巷断面较小且发生变形，导致风速超限。风流异常报警发生在西二采区 2# 回风斜巷，经排查为西 5# 预抽巷积水导致巷道回风断面变小，回风阻力变大，从而使风流由流向西回风转为流向通风阻力更小的西二回风，致使风流异常。风压预警的主要原

因是，工作人员检查回风巷通过后未将挡风装置完全复位。

4 结语

a) 现在矿井处在通风容易时期，但回风段阻力较大，需加强回风巷修护管理，调节通风系统;b) 需要继续加强通风技术管理，从物、管、环三个方面加隐患排查治理工作，确保通风系统的可靠性;c) 实践证明，在现场测定通风参数和利用安全检查表法对矿井通风系统隐患进行精确摸排的基础上，建立数据库，通过对通风系统进行数字化，实时采集通风系统参数、上传通风系统隐患，结合隐患识别模型，利用网络解算，可实现通风系统隐患在线实时监测和预警，对保证矿井通风系统安全具有重要意义。