黃曉強(qiáng) ,徐素國(guó)
(1.太原理工大學(xué) 采礦工藝研究所,太原 030024;2.潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 潞安 037601)
測(cè)定礦井通風(fēng)阻力是礦山通風(fēng)安全技術(shù)管理工作的重要手段之一。提供通風(fēng)阻力的測(cè)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù),是實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理和科學(xué)決策的重要組成。為了認(rèn)真落實(shí)《煤礦安全規(guī)程》第119條規(guī)定:新井投產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行1次通風(fēng)阻力測(cè)定,以后每3 a至少進(jìn)行1次;在礦井轉(zhuǎn)入新水平或改變一翼通風(fēng)系統(tǒng)后,都必須重新進(jìn)行通風(fēng)阻力測(cè)定。通過(guò)測(cè)定及了解礦井通風(fēng)系統(tǒng)狀況、通風(fēng)風(fēng)量分配、通風(fēng)阻力分布、風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況、風(fēng)機(jī)功耗等,為實(shí)現(xiàn)通風(fēng)科學(xué)管理、通風(fēng)系統(tǒng)改造調(diào)整、優(yōu)化技術(shù)措施的制定實(shí)施提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
山西沁新煤焦股份有限公司的新力煤礦,位于沁源縣王陶鄉(xiāng)任家莊東北。井田面積1.487 km2,批準(zhǔn)開(kāi)采1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)煤層,現(xiàn)開(kāi)采2號(hào)優(yōu)質(zhì)主焦煤,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150 kt/a。礦井通風(fēng)為中央并列式的抽出式。主斜井進(jìn)風(fēng),副斜井回風(fēng)。主要采用BK-4NO13軸流式風(fēng)機(jī),功率55 kW,風(fēng)量840~2 220 m3/min,風(fēng)壓240~1 500 Pa,共 2臺(tái),一臺(tái)工作,一臺(tái)備用。采用軸流式通風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)。掘進(jìn)工作面各用1臺(tái)YBT51-2型局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)。硐室均用新鮮風(fēng)流擴(kuò)散通風(fēng)。
1)觀測(cè)方法:本次測(cè)定采用氣壓計(jì)基點(diǎn)法,將一臺(tái)氣壓計(jì)放在井上或井下某基點(diǎn)處,每隔一定時(shí)間測(cè)取氣壓讀數(shù),并記錄測(cè)定時(shí)間以監(jiān)測(cè)地面大氣壓力的變化,進(jìn)而對(duì)井下測(cè)定的氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行校正;另一臺(tái)氣壓計(jì)沿事先選好的路線逐點(diǎn)測(cè)定氣壓值,并記錄測(cè)定時(shí)間。采用基點(diǎn)法測(cè)定時(shí)兩測(cè)點(diǎn)間的通風(fēng)阻力h12算式為:
式中:K1、K2分別為兩臺(tái)測(cè)定氣壓計(jì)的校正系數(shù);Pc1、Pc2分別為基點(diǎn)校正氣壓計(jì)在測(cè)定氣壓計(jì)讀數(shù)測(cè)值時(shí)的讀數(shù),Pa;PR1、PR2分別為測(cè)量氣壓計(jì)在上風(fēng)測(cè)點(diǎn)和下風(fēng)測(cè)點(diǎn)的讀數(shù),mmH2O;ρ1、ρ2分別為測(cè)段前、后測(cè)點(diǎn)的空氣密度,kg/m3;V1、V2分別為測(cè)段前、后測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速,m/s;g 為重力加速度,m/s2;Z1、Z2分別為測(cè)段前、后測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高,m。
2)觀測(cè)儀器儀表
測(cè)定通風(fēng)阻力使用的觀測(cè)儀器儀表,如表1所示。
1)測(cè)點(diǎn)布置原則上按分風(fēng)點(diǎn)和匯風(fēng)點(diǎn)選擇,但對(duì)風(fēng)量變化不大、距離相近的巷道,對(duì)阻力測(cè)定影響不大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了合并。測(cè)點(diǎn)選擇時(shí),還考慮了風(fēng)門(mén)等設(shè)施的影響。全礦通風(fēng)測(cè)點(diǎn)布置有通風(fēng)系統(tǒng)圖,測(cè)定路線一般按風(fēng)流路線順序測(cè)定。
2)根據(jù)測(cè)定布置原則和選取要求,結(jié)合井下實(shí)際生產(chǎn)狀況,布置測(cè)點(diǎn)共14個(gè)。由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單,只需布置一條測(cè)量路線:1—主斜井—2—軌道運(yùn)輸巷—3—軌道運(yùn)輸巷—4—軌道運(yùn)輸巷—5—軌道下山—6—聯(lián)絡(luò)巷—7—運(yùn)輸順槽—8—工作面—9—回風(fēng)順槽—10—采區(qū)回風(fēng)巷—11—回風(fēng)大巷—12—回風(fēng)斜井—13—風(fēng)硐—14。
表1 測(cè)量?jī)x器儀表
3)本次通風(fēng)阻力測(cè)定分成2個(gè)小組:基點(diǎn)測(cè)定組和井下測(cè)定組?;c(diǎn)組設(shè)在主井井口,人員1~2人觀測(cè)地面氣壓變化,每隔5 min讀數(shù),記錄一次氣壓值。井下小組,按規(guī)定的測(cè)線逐點(diǎn)巡回測(cè)量,共5人。①由經(jīng)驗(yàn)豐富、熟悉系統(tǒng)的技術(shù)人員負(fù)責(zé)測(cè)量時(shí)帶路找點(diǎn)、協(xié)調(diào)工作、核查巷道風(fēng)流方向。②測(cè)氣壓1人,測(cè)壓時(shí)要將氣壓計(jì)位于交叉點(diǎn)處的標(biāo)高測(cè)點(diǎn)上;安好儀器后,待氣壓示值穩(wěn)定后讀取測(cè)點(diǎn)氣壓值。③測(cè)風(fēng)1人,測(cè)風(fēng)時(shí)要求測(cè)風(fēng)斷面選在風(fēng)流穩(wěn)定、斷面規(guī)整的巷道內(nèi),每個(gè)斷面測(cè)風(fēng)至少2次,風(fēng)表讀數(shù)誤差應(yīng)不超過(guò)最大值的5%,否則重測(cè)。④測(cè)斷面積1人,用鋼卷尺量取巷道全高和中心寬度。⑤記錄1人,要求記錄井下測(cè)量的全部數(shù)據(jù):巷道風(fēng)向,斷面形狀及支護(hù)方式,局部阻力物,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際修正測(cè)點(diǎn)巷道風(fēng)流關(guān)系草圖。
1)測(cè)量過(guò)程中,雖然盡可能在風(fēng)流穩(wěn)定的條件下進(jìn)行,但絕對(duì)穩(wěn)定是不可能的。實(shí)際上受生產(chǎn)作業(yè)、運(yùn)輸、人為違章等因素,井下風(fēng)流是波動(dòng)的,有時(shí)很不穩(wěn)定。測(cè)量時(shí)間越長(zhǎng),受系統(tǒng)變化干擾難免。但可認(rèn)為,在較短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的概率較大,因此測(cè)量過(guò)程中盡可能縮短兩點(diǎn)測(cè)量的時(shí)間差,并盡可能用同一臺(tái)氣壓計(jì)測(cè)量。在對(duì)全礦測(cè)量數(shù)據(jù)處理后,要對(duì)礦井風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)量和壓力分布進(jìn)行驗(yàn)證性解算。
2)根據(jù)測(cè)定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),需按下式進(jìn)行通風(fēng)阻力Hz計(jì)算:
根據(jù)計(jì)算結(jié)果分別計(jì)算出通風(fēng)阻力和百米風(fēng)阻。
3)通風(fēng)阻力測(cè)定結(jié)果的校驗(yàn):在地面扇風(fēng)機(jī)房安設(shè)一臺(tái)壓差計(jì),測(cè)出該點(diǎn)的相對(duì)靜壓,再用風(fēng)表測(cè)出該處的平均風(fēng)速,求出動(dòng)壓;再根據(jù)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)的空氣平均重率計(jì)算出自然風(fēng)壓,以之與阻力測(cè)定的累計(jì)全礦井通風(fēng)阻力相比較,誤差不得大于5%。自然風(fēng)壓=-0.1 Pa。實(shí)際礦井通風(fēng)阻力=扇風(fēng)機(jī)房“U”型管讀數(shù)-風(fēng)硐動(dòng)壓+自然風(fēng)壓=1 300-35.2+(-0.1)=1 264.7Pa。測(cè)定累計(jì)通風(fēng)阻力=1 265.3 Pa。相對(duì)誤差=(1 264.7-1 265.3)/1 264.7=-0.05%。絕對(duì)值小于5%,滿足精度要求,因此測(cè)定結(jié)果是可靠的。
4)表2看出:進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)阻力較小,為119.1 Pa,進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)阻力的大小決定于支護(hù)方式,此處支護(hù)方式以錨噴支護(hù)為主,是減小通風(fēng)阻力的主要決定因素。用風(fēng)段通風(fēng)阻力為476.5 Pa,為進(jìn)風(fēng)段阻力的4倍,用風(fēng)段風(fēng)阻增大的原因是設(shè)備布置方式、人為增大了通風(fēng)阻力,設(shè)備的合理布置,有利于減小通風(fēng)阻力。回風(fēng)段通風(fēng)阻力為669.6 Pa,此段通風(fēng)阻力增大的主要原因是通風(fēng)線路末端,風(fēng)流速度降低,導(dǎo)致通風(fēng)阻力增大。
表2 各段通風(fēng)阻力匯總表
①礦井通風(fēng)系統(tǒng)為“兩進(jìn)一回”,回風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)阻力大,占總阻力的52.9%。主要原因?yàn)椋夯仫L(fēng)路線長(zhǎng)、斷面小、拐彎多、通風(fēng)阻力大。建議礦方對(duì)回風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造,擴(kuò)大巷道斷面、增回并聯(lián)風(fēng)路等方法,減小通風(fēng)阻力。②礦井有效風(fēng)量率低。原因是漏風(fēng)地點(diǎn)較多,未及時(shí)封堵。建議對(duì)所有廢舊巷道進(jìn)行永久密閉。③礦井角聯(lián)巷道多,應(yīng)加強(qiáng)管理:設(shè)置風(fēng)量測(cè)點(diǎn)和瓦斯等有害氣體檢查點(diǎn),定期進(jìn)行檢查;對(duì)不用的巷道進(jìn)行及時(shí)封閉。
[1]張國(guó)樞,通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2000.
[2]黃顯東,劉志梅,礦井通風(fēng)阻力測(cè)定方法及應(yīng)用[J].煤礦安全,2004(10),50-53.
[3]楊加偉,淺談礦井通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因及降低方法[J].采礦技術(shù),2010(3),13-14.