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通风网络里的那组阻力数：矿井按需供风如何算准

中国能源产业发展网发布时间：

2026-11-13 08:45

【中国能源产业发展网】原创【作者】高志龙

井下需要多少风，取决于今天在哪个工作面出煤、有多少人在下面、设备散多少热。这个需求量每天都在变，而过去井口那台主要通风机往往按最不利工况定好叶片角度，一开就是一年。风多了浪费电，风少了不安全，中间那段落差就是能耗的来处。

通风系统的物理关系并不复杂：风机提供压头，风流经过井巷网络分配到各个用风地点，沿途的摩擦阻力与局部阻力消耗压头。风量与转速近似成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比——这意味着转速下调一成，功率理论上降近三成。这层关系是变频调速在矿井通风上的全部理由，也是它最难落地的原因：转速不能只看电费，还要看网络里每一条巷道的风量是否仍满足规程要求。

国家能源集团五虎山煤矿的智能通风实践提供了一个可参照的样本。公开的技术报告显示，该矿九层与十二层主通风机均配套高压变频器，实现零到五十赫兹无级调速，并配置可编程控制柜与远程控制模块，支持一键启动、一键反风、一键倒机；在回风巷末端等关键位置安装了八套压风驱动的自动风门，采用红外触发与远程控制结合的开闭方式。系统的有效风量率达到百分之九十九。

这个数字背后的工作量大过设备清单。平台把采掘工程平面图与通风系统图导入，构建井巷、通风设施与设备的三维模型，还原工作面的通风网络拓扑，动态显示风流方向、风量与瓦斯浓度；基于监测数据自动做通风阻力平差计算，建立风阻数据库，更新周期十分钟；再结合风机特性曲线实时解算各巷道风量与风压。需风量则按工作面日产量、每班作业人数、设备功率等参数自动测算。

感知层的布置决定了这些计算的输入是否可信。巷道断面内的风速分布并不均匀，实测表明距底板一米五左右的高度风速最稳定，传感器安装位置据此优化；长距离巷道超过五百米时采用多点布设，消除风速分布不均带来的误差。局部通风机另装电流、电压传感器与甲烷传感器，把局部通风的实时状态一并纳入。

控制层的逻辑则是把“按需通风”变成可执行的动作。风门开闭改变网络支路的风阻，主通风机转速改变总压头，两者配合才能把风量分配到该去的地方。工程上先由平台解算目标风量下的最优工况，再把转速指令下发给变频器，把风门指令下发给就地控制箱，动作完成后由传感器回传校核。这一闭环的价值不在省电本身，而在让通风系统的状态从“凭经验判断”变成“有据可查”。

故障预警是另一个落点。主通风机是矿井的咽喉设备，停风意味着井下人员必须撤离。五虎山矿的做法是建立故障识别模型，以轴承温升八十五摄氏度、振动速度二点五毫米每秒等作为预警阈值，据其技术报告，预警准确率超过百分之九十；国家能源集团乌东煤矿的思路更进一步，采集风机轴向与径向的振动信号做频谱分析，结合算法评估健康状态，并建立不同频率运行工况下的特性曲线库，让变频调节有据可依。

灾变场景下的响应能力是这类系统的试金石。瓦斯突出或火灾发生后，烟流扩散路径要在几十秒内算出来，避灾路线要结合人员定位数据自动规划并推送到井下终端。这要求通风网络模型与实时监测数据保持同步，任何一处风门状态没有回传，算出的路径就可能是错的。智能通风系统真正的门槛在这里：不是把设备联网，而是让模型与现场始终对得上。

经济账要分层看。变频改造的投资回收主要来自主通风机的电耗下降，但矿井通风电耗占总电耗的比例有限，单靠节电很难支撑整套系统的投入；真正的收益在安全与人力上——减少测风员的手工测定频次、缩短反风与倒机的操作时间、在灾变时争取处置窗口。把这些收益折算成投资回报，需要矿方自己的一套算法，行业内并没有统一口径。

技术演进的下一步是把通风与瓦斯治理、采掘接续打通。工作面推进速度、瓦斯涌出量预测、地质构造变化，都会改变未来的需风量曲线，通风系统如果只对当前状态做最优，仍会在接续变化时被动。把接续计划作为输入，提前调整风机工况与风门配置，才是“智能”二字应有的含义。

风阻数据库的准确性决定了节能空间能否被找到。巷道支护形式改变、断面收敛、风门开度调整、局部堆积物增加，都会让支路风阻偏离原值。工程上用风压传感器做定期测定，再以监测数据反演修正，让解算结果贴近现实。若模型与现场脱节，平台算出的“最优转速”可能让某个工作面风量不足，这类错误在安全上不可接受。

反风与倒机是通风管理的常规动作。规程要求矿井定期进行反风演习，验证在火灾等事故工况下能把风流方向调转、把烟流逼离人员集中区域。变频器与自动风门让这套动作从人工逐台操作变成一键执行，但演习仍必须真做——风门是否到位、风量是否达标、人员是否按预案撤离，只能通过演练验证，不能靠仿真替代。

通风与瓦斯治理本是同一套系统。采掘工作面的风量核定要同时满足稀释瓦斯、排除粉尘、调节温度的需求，高瓦斯矿井还要考虑抽采与风排的比例。把通风系统的调节能力与瓦斯抽采数据打通，才能判断某一时刻的风量是否真的够用。这也是智能通风平台下一步的整合方向：不是多接几路传感器，而是把安全裕量的计算方式统一起来。

回到井口。风机的声音在夜里传得很远，变频器把转速压下来之后，这个声音会低一些，但不会消失——井下有人，就必须有风。通风智能化的意义不是让风机少转，而是让它在每一个时刻都转到刚好的位置，既不多耗一度电，也不少送一方风。这条线上没有惊人的技术突破，只有一次次把模型校准、把传感器装对、把联锁试通。

（来源：国家能源集团五虎山煤矿、国家能源集团乌东煤矿、智能矿山网、煤科知服）

【研究支持机构：《中国工业报社》能源与双碳研究中心 |中国能源产业发展网】

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高志龙