徐麗麗（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院,山西 大同 037004）

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同發(fā)東周窯煤業(yè)公司礦井通風(fēng)阻力測(cè)定及降阻分析

徐麗麗
（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院,山西 大同 037004）

摘 要：為了了解通風(fēng)系統(tǒng)中通風(fēng)阻力分布情況，以便降阻增風(fēng)。本文基于能量守恒定律，利用礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀JFY-2按測(cè)點(diǎn)測(cè)定法，并采用流體力學(xué)中的伯努利方程計(jì)算各測(cè)段的通風(fēng)阻力。應(yīng)用結(jié)果表明：該礦井通風(fēng)阻力約為2880Pa，其中各盤區(qū)通風(fēng)調(diào)節(jié)設(shè)施的阻力約為1900Pa。根據(jù)測(cè)定的數(shù)據(jù)結(jié)果，計(jì)算出礦井總風(fēng)阻及等積孔大小，從而判斷出礦井通風(fēng)難易程度。依據(jù)測(cè)定結(jié)果掌握礦井通風(fēng)阻力分布情況，為今后通風(fēng)系統(tǒng)改造和優(yōu)化提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)阻力；礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀；通風(fēng)系統(tǒng)；降阻分析

0 引言

礦井通風(fēng)阻力測(cè)定是礦井通風(fēng)安全技術(shù)管理的重要工作之一，礦井通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)礦井生產(chǎn)和安全起著越來(lái)越大的作用。隨著礦井開采的逐步深入，各采掘工作面的增加，礦井主要通風(fēng)機(jī)負(fù)荷增大，同時(shí)由于開采的地質(zhì)條件逐漸復(fù)雜，通風(fēng)線路變長(zhǎng)，導(dǎo)致通風(fēng)阻力增大，及時(shí)測(cè)定礦井通風(fēng)阻力，掌握其阻力分布情況，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造和優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)顯得尤為重要。因此需要對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整［1,2］。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的要求，在調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)之前，必須掌握礦井通風(fēng)阻力分布情況和礦井主要通風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能，為改善通風(fēng)系統(tǒng)提供依據(jù)［3］。同發(fā)東周窯煤業(yè)公司由于采掘活動(dòng)的不斷加大，礦井需風(fēng)量也增大，因此礦井通風(fēng)阻力也增大。為了減少礦井負(fù)壓對(duì)井下通風(fēng)設(shè)施的影響，通過(guò)測(cè)定礦井通風(fēng)阻力，了解通風(fēng)系統(tǒng)中阻力分布情況，為降低礦井通風(fēng)阻力提供科學(xué)依據(jù)。

1 同發(fā)東周窯煤業(yè)公司礦井概況

同煤同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司采用主斜井—副斜井—副立井—中央回風(fēng)立井開拓方式。采用中央并列式通風(fēng)，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，即在回風(fēng)立井安裝了兩臺(tái)AGF606-3.8-1.8-2型主要通風(fēng)機(jī)，其中一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺(tái)備用（主扇功率為：2500Kw、風(fēng)壓為：2750Pa、葉片角為：-100，主扇排風(fēng)量為18187m3/min，外部漏風(fēng)率0.6%，有效風(fēng)量17247m3/min，礦井總進(jìn)風(fēng)量17985m3/min）。根據(jù)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)可知礦井為瓦斯礦井，且取樣分析5#煤層屬自燃煤層，煤塵有爆炸危險(xiǎn)性。目前該礦布置有2個(gè)回采工作面、8個(gè)掘進(jìn)工作面生產(chǎn)。

2 礦井通風(fēng)阻力測(cè)定

2.1 測(cè)定方法

《煤礦安全規(guī)程》第119條規(guī)定：新井投產(chǎn)前必須進(jìn)行1次礦井通風(fēng)阻力測(cè)定，以后每3年至少進(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)行礦井通風(fēng)阻力測(cè)定。

本次通風(fēng)阻力測(cè)定利用礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀JFY-2按測(cè)點(diǎn)測(cè)定法。其原理是將井下各測(cè)段空氣看作是不可壓縮理想氣體，采用流體力學(xué)中的伯努利方程［4-6］計(jì)算測(cè)段通風(fēng)阻力。

將一臺(tái)礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀留在基準(zhǔn)點(diǎn)（副立井井口地面），每隔10min記錄1次大氣壓值，作為大氣壓力校正用；另一臺(tái)按事先擬定的測(cè)點(diǎn)測(cè)定絕對(duì)靜壓、空氣溫度、濕度，同時(shí)測(cè)定測(cè)段巷道斷面、風(fēng)速等參數(shù)，直至測(cè)定完畢，回到基準(zhǔn)點(diǎn)，如兩臺(tái)檢測(cè)儀讀數(shù)仍相等或讀數(shù)差與定基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)相等，表明儀器性能良好，測(cè)定的數(shù)據(jù)可靠［7］。

本次測(cè)定分2個(gè)測(cè)定小組進(jìn)行。地面組1人監(jiān)測(cè)并記錄大氣壓力的變化；井下組2-3人分別進(jìn)行巷道斷面測(cè)量、風(fēng)速測(cè)定，空氣溫度、濕度、測(cè)點(diǎn)絕對(duì)靜壓測(cè)定，并對(duì)上述基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行記錄。

2.2 測(cè)定內(nèi)容及所需儀器

測(cè)定全礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中主要風(fēng)路的空氣狀態(tài)參數(shù)、巷道斷面參數(shù)、風(fēng)速、測(cè)點(diǎn)絕對(duì)靜壓等參數(shù)，以計(jì)算通風(fēng)阻力。

所需儀器：礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀JFY-2，2臺(tái)；低、中、高速風(fēng)表，各1臺(tái)；秒表 1臺(tái)；5米卷尺 1把。

2.3 測(cè)定路線選擇及測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)定路線的選擇原則為：能夠反映礦井通風(fēng)系統(tǒng)特征的最長(zhǎng)通風(fēng)路線作為主要測(cè)定路線，如其中有采、掘工作面等。其它通風(fēng)路線則列為輔測(cè)路線。

根據(jù)目前該礦井的生產(chǎn)布局，選擇的測(cè)定路線如下：

主測(cè)路線：1-20-43-44-21-22-23-25-56-45-46-48-49-50-51-52-73-27-42-53-12-54-30-55

輔測(cè)路線：15-16-32-34-17-18

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖見圖1所示。

2.4 測(cè)定步驟

（1）測(cè)定前的準(zhǔn)備。1）確保儀器性能完好；2）測(cè)定人員預(yù)先熟悉測(cè)定路線；（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。1）定基準(zhǔn)點(diǎn)。將2臺(tái)氣壓計(jì)同時(shí)在基準(zhǔn)點(diǎn)（副立井井口地面）讀數(shù)，并記下讀數(shù)時(shí)間；2）測(cè)定。根據(jù)通風(fēng)阻力理論計(jì)算依據(jù)，計(jì)算出同發(fā)礦井通風(fēng)阻力。

3 測(cè)定結(jié)果分析

3.1 通風(fēng)阻力測(cè)定誤差分析

式中：h-系統(tǒng)實(shí)測(cè)通風(fēng)阻力，pa；h1-通風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù)，pa。

同發(fā)東周窯礦井通風(fēng)阻力約為2800Pa；而主扇通風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù)為2750pa，代入上述計(jì)算公式得出通風(fēng)阻力測(cè)定誤差為4.5%小于允許極限值5%，結(jié)果表明測(cè)定數(shù)據(jù)合理可靠。

3.2 礦井總風(fēng)阻及等積孔計(jì)算

礦井總風(fēng)阻與等積孔是反映礦井通風(fēng)難易程度的指標(biāo)，總風(fēng)阻值越大，等積孔越小表明礦井通風(fēng)越困難。

A——等積孔 m2；H——礦井通風(fēng)總阻力 pa；測(cè)定值為2880Pa；

Q——礦井主要通風(fēng)機(jī)總排風(fēng)量 m3/s；測(cè)定值為303.11 m3/s。

從上述計(jì)算結(jié)果得出：同發(fā)礦井總風(fēng)阻為0.0304 N·s2/m8＜0.355 N·s2/m8，等積孔為6.72m2＞2m2，因此礦井屬于通風(fēng)容易。

3.3 礦井通風(fēng)阻力分布情況

同發(fā)礦井各盤區(qū)通風(fēng)調(diào)節(jié)的阻力約為1600Pa-1900Pa, 約占整個(gè)礦井通風(fēng)阻力的66.7%；總回風(fēng)巷與回風(fēng)立井的阻力為552Pa，約占整個(gè)礦井通風(fēng)阻力的19.1%；而其它巷道通風(fēng)阻力較小。各巷道斷面無(wú)明顯變化且無(wú)雜物堆積，因此對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)改造及優(yōu)化首先在保證風(fēng)量穩(wěn)定的前提下改善各盤區(qū)通風(fēng)調(diào)節(jié)設(shè)施。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

4.1 改造通風(fēng)設(shè)施

由礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖可知：同發(fā)礦井一采區(qū)、南部采區(qū)、三采區(qū)、二采區(qū)、西部采區(qū)屬于并聯(lián)通風(fēng)。由并聯(lián)風(fēng)路特性可知：一采區(qū)、南部采區(qū)、三采區(qū)、二采區(qū)、西部采區(qū)風(fēng)路阻力相等。

通過(guò)上述通風(fēng)阻力測(cè)定結(jié)果可知：同發(fā)礦井通風(fēng)阻力為2880Pa左右。一采區(qū)、南部采區(qū)、三采區(qū)、二采區(qū)、西部采區(qū)的調(diào)節(jié)阻力為1600Pa-1900Pa，約占整個(gè)礦井通風(fēng)阻力的66.7%；總回風(fēng)巷與回風(fēng)立井的阻力為552Pa，約占整個(gè)礦井通風(fēng)阻力的19.1%；而其它巷道阻力較小，且斷面變化較小，且在井下實(shí)測(cè)過(guò)程中沒有發(fā)現(xiàn)雜物堆積嚴(yán)重地方。因此通過(guò)改造通風(fēng)調(diào)節(jié)設(shè)施以降低通風(fēng)阻力，即同時(shí)放大一采區(qū)、南部采區(qū)、三采區(qū)、二采區(qū)、西部采區(qū)的回風(fēng)調(diào)節(jié)。

4.2 增加并聯(lián)巷道

由阻力計(jì)算公式：h=Q2×R可知：降低礦井配風(fēng)量可降低通風(fēng)阻力，降低礦井配風(fēng)量增加并聯(lián)巷道。目前，同發(fā)礦井西回二巷與南回二巷已全斷面貫通，但沒有構(gòu)筑成通風(fēng)系統(tǒng)，整條巷道不能夠作為回風(fēng)巷而成為漏風(fēng)巷道。因此，在西回二巷與南回二巷中間構(gòu)筑兩道風(fēng)橋橫穿西膠帶巷與西輔運(yùn)巷并與西回風(fēng)巷貫通，使其構(gòu)成通風(fēng)系統(tǒng)，不僅降低西回風(fēng)巷、南回風(fēng)巷的風(fēng)量，同時(shí)也降低西部風(fēng)橋的配風(fēng)量從而降低礦井通風(fēng)阻力。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)利用礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀測(cè)定測(cè)點(diǎn)通風(fēng)參數(shù)，采用伯努利方程計(jì)算出礦井通風(fēng)阻力約為2880Pa；并掌握了礦井通風(fēng)阻力分布情況：各盤區(qū)通風(fēng)調(diào)節(jié)阻力約占整個(gè)阻力的67%，總回風(fēng)巷與回風(fēng)立井的阻力為552Pa，約占整個(gè)礦井通風(fēng)阻力的19.1%，而其它巷道通風(fēng)阻力較小，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造及優(yōu)化提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料；（2）基于通風(fēng)阻力測(cè)定結(jié)果，得出礦井總風(fēng)阻為0.0304 N·s2/m8，等積孔為6.72m2判斷出礦井屬于通風(fēng)容易；（3）基于阻力分布情況，通過(guò)放大各盤區(qū)通風(fēng)調(diào)節(jié)面積及新增并聯(lián)巷道來(lái)降低通風(fēng)阻力，以達(dá)到降阻增風(fēng)作用。

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項(xiàng)目：山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（20100322013）；校青年科學(xué)研究項(xiàng)目（2015Q14）

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.106

作者簡(jiǎn)介：徐麗麗（1987-），女，山東青島人，碩士研究生，助教，研究方向：安全工程。