程根銀 劉 健

(華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，河北省三河市，065201)

新維煤礦隸屬于四川芙蓉集團(tuán)實(shí)業(yè)有限公司，2016年4月完成竣工驗(yàn)收開(kāi)始正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬(wàn)t/a，瓦斯等級(jí)鑒定為高瓦斯礦井。新維礦采用平硐開(kāi)拓方式，主要開(kāi)采2#、3#、7#、8#煤層。該礦采用中央并列抽出式通風(fēng)，布置有+431.0 m膠帶主平硐、+431.0 m軌道副平硐、+686.05 m的排矸進(jìn)風(fēng)斜井、+466.0 m回風(fēng)井4條井筒，主要通風(fēng)機(jī)選用FBCDZ-40-N30型軸流式對(duì)旋通風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，通過(guò)電機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)礦井反風(fēng)，具備完整、獨(dú)立、可靠的通風(fēng)系統(tǒng)。

礦井通風(fēng)阻力測(cè)定是分析礦井通風(fēng)狀況，獲取礦井阻力分布的重要途徑，可以為礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化和風(fēng)流調(diào)節(jié)提供基礎(chǔ)資料和參數(shù)。目前主要的測(cè)定方法有同步法、基點(diǎn)法、比值校正法和逐點(diǎn)測(cè)量法?？偨Y(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)得出，比值校正法和基點(diǎn)法容易出現(xiàn)較大的誤差，同步法適用于井下局部區(qū)域阻力測(cè)定；逐點(diǎn)測(cè)量法精度高適用于大范圍的礦井。由礦井的實(shí)際情況綜上考慮選用逐點(diǎn)測(cè)量法進(jìn)行阻力測(cè)定。

1 新維煤礦通風(fēng)阻力測(cè)定

1.1 通風(fēng)阻力測(cè)定路線及測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)《礦井通風(fēng)阻力測(cè)定方法》，選取能反映礦井通風(fēng)系統(tǒng)特征的最長(zhǎng)通風(fēng)路線作為主要測(cè)定路線，并選取次要路線。根據(jù)新維煤礦通風(fēng)系統(tǒng)圖選取1條主測(cè)路線和1條輔測(cè)路線。測(cè)點(diǎn)需要在分風(fēng)點(diǎn)或合風(fēng)點(diǎn)前后選定，測(cè)點(diǎn)3 m內(nèi)巷道要支護(hù)良好無(wú)雜物堆積，測(cè)點(diǎn)布置位置能夠控制主要井巷的阻力分布情況。主要內(nèi)容是測(cè)定礦井通風(fēng)總阻力以及計(jì)算井下主要巷道通風(fēng)摩擦阻力系數(shù)。測(cè)定路線及測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1，根據(jù)新維礦通風(fēng)系統(tǒng)圖，共布置了36個(gè)測(cè)點(diǎn)，選取了1條主要測(cè)定路線和1條輔助測(cè)定路線。

圖1 新維煤礦通風(fēng)阻力測(cè)定測(cè)點(diǎn)布置

主要測(cè)定路線(1#風(fēng)井)：1(主平硐)→8(+472人行巷)→13(一盤(pán)區(qū)下車場(chǎng))→7(一盤(pán)區(qū)上車場(chǎng))→10(8#煤層底板運(yùn)輸巷)→14(1#煤倉(cāng)聯(lián)絡(luò)巷)→17(8104運(yùn)輸巷)→26(8104回風(fēng)巷)→27(8104回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷)→20(底板集中回風(fēng)巷)→18(2#集中回風(fēng)巷)→6(一盤(pán)區(qū)集中回風(fēng)巷)→2(+440 m總回風(fēng)石門(mén))。

輔助測(cè)定路線(2#風(fēng)井)：3(排矸斜井)→36(+430環(huán)形車場(chǎng))→5(+430運(yùn)輸巷)→25(+430集中排水巷)→31(底板集中回風(fēng)巷)→24(2012聯(lián)絡(luò)巷)→23(1#集中運(yùn)輸巷)→25(+430集中排水巷)→26(8104回風(fēng)巷)→27(8104回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷)→19(一盤(pán)區(qū)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷)→6(一盤(pán)區(qū)集中回風(fēng)巷)→2(+440 m總回風(fēng)石門(mén))。

1.2 使用儀器及參數(shù)計(jì)算

壓差計(jì)法逐點(diǎn)測(cè)量的實(shí)質(zhì)是測(cè)量風(fēng)流兩點(diǎn)間的勢(shì)能差和動(dòng)能差，計(jì)算出兩點(diǎn)間的通風(fēng)阻力。

需要測(cè)定的井下物理參數(shù)包括：相對(duì)濕度，用通風(fēng)干濕溫度計(jì)測(cè)量干濕球溫度，根據(jù)干濕球溫度查表可以得到相對(duì)濕度；各測(cè)點(diǎn)的絕壓，需要先用空盒氣壓計(jì)測(cè)量大氣壓力；巷道斷面面積；用皮尺測(cè)得各測(cè)點(diǎn)的巷道斷面的幾何參數(shù)，把巷道斷面形狀分為半圓拱形、梯形、三心拱形，根據(jù)對(duì)應(yīng)公式算出斷面面積；各測(cè)段的距離，用鋼卷尺測(cè)量。

各測(cè)定路線阻力值相加得到通風(fēng)系統(tǒng)總阻力，測(cè)量中所需要的儀器見(jiàn)表1。

表1 通風(fēng)阻力測(cè)定所需儀表儀器表

(1)計(jì)算風(fēng)量時(shí)，用風(fēng)速表測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速，測(cè)兩次取平均值，空氣密度計(jì)算公式為：

(1)

式中：ρ——空氣密度；

P0——測(cè)點(diǎn)空氣的絕對(duì)靜壓；

φ——空氣的相對(duì)濕度；

Pω——t溫度下的飽和水蒸氣的壓力；

t——測(cè)量點(diǎn)空氣的干溫度。

(2)巷道風(fēng)量：

Q=Sv

(2)

式中：Q——巷道風(fēng)量；

S——巷道斷面面積；

v——測(cè)點(diǎn)的實(shí)際風(fēng)速。

(3)通風(fēng)阻力：

(3)

式中：hi-j——兩測(cè)點(diǎn)間的通風(fēng)阻力；

k′,k″——?dú)鈮河?jì)Ⅰ、Ⅱ的校正系數(shù)；

zi,zj——測(cè)點(diǎn)i,j的標(biāo)高；

ρij——測(cè)點(diǎn)i,j間空氣密度的平均值；

g——重力加速度。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析

2.1 通風(fēng)阻力匯總

根據(jù)測(cè)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)公式計(jì)算得到新維煤礦1#、2#風(fēng)井的相關(guān)參數(shù)，見(jiàn)表2和表3。測(cè)量計(jì)算的部分巷道的阻力系數(shù)大多在正常范圍內(nèi)，但由于一些巷道內(nèi)堆積雜物，巷道長(zhǎng)度測(cè)量不夠準(zhǔn)確導(dǎo)致出現(xiàn)少數(shù)異常值。

表2 新維煤礦1#風(fēng)井通風(fēng)阻力匯總表

表3 新維煤礦2#風(fēng)井通風(fēng)阻力匯總表

由于測(cè)量過(guò)程的影響，風(fēng)阻計(jì)算時(shí)總會(huì)產(chǎn)生誤差，采用阻力檢驗(yàn)法對(duì)主干線的阻力測(cè)定進(jìn)行檢驗(yàn)。其檢驗(yàn)公式為：

(4)

式中：hi——礦井通風(fēng)總阻力；

hs——通風(fēng)機(jī)風(fēng)流入口處?kù)o壓；

hN——礦井自然風(fēng)壓；

∑hr——主干線各測(cè)段阻力之和；

ρc——通風(fēng)機(jī)風(fēng)流入口處測(cè)點(diǎn)斷面的空氣密度；

vc——通風(fēng)機(jī)風(fēng)流入口處測(cè)點(diǎn)斷面的平均風(fēng)速。

2.2 通風(fēng)阻力測(cè)定精度檢驗(yàn)

由誤差阻力檢驗(yàn)公式可以得到通風(fēng)阻力測(cè)定精度檢驗(yàn)表，見(jiàn)表4。

表4 通風(fēng)阻力測(cè)定精度檢驗(yàn)表

由表4可以看出，1#風(fēng)井和2#風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定誤差分別為3.201%和2.849%，均小于5%，說(shuō)明試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果精確可靠，可以指導(dǎo)實(shí)際工程作業(yè)。經(jīng)分析，誤差產(chǎn)生的原因?yàn)闇y(cè)量巷道斷面時(shí)產(chǎn)生誤差影響風(fēng)量計(jì)算的準(zhǔn)確度、儀器儀表的誤差及局部地點(diǎn)風(fēng)流不穩(wěn)定等。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)按風(fēng)流在網(wǎng)絡(luò)中的位置可分為進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析匯總得到新維礦兩條測(cè)定路線的阻力分布情況見(jiàn)表5。

表5 新維礦井下通風(fēng)阻力分布情況表

分析表4數(shù)據(jù)可知，進(jìn)風(fēng)段風(fēng)阻最小，用風(fēng)段阻力其次，回風(fēng)段阻力最大。進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段的阻力分配比為24.72∶33.07∶42.21，井下各系統(tǒng)分布相對(duì)合理。目前需要對(duì)巷道進(jìn)行定期維護(hù)，維持巷道斷面面積大小，避免雜物堆積，減少通風(fēng)阻力，為礦井提供良好的通風(fēng)。

2.3 礦井等積孔計(jì)算

礦井等積孔的計(jì)算公式為：

(5)

式中：A——等積孔，m2；

Q——風(fēng)量，m3/s；

φ——收縮系數(shù)；

ρ——空氣密度，kg/m3；

h——巷道阻力，Pa。

將收縮系數(shù)0.65，空氣密度1.2 kg/m3代入式(5)，礦井等積孔的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 礦井等積孔計(jì)算結(jié)果表

由礦井等積孔的計(jì)算結(jié)果可以看出，1#風(fēng)井的總風(fēng)阻小于2#風(fēng)井，等積孔也小于2#風(fēng)井，說(shuō)明1#風(fēng)井系統(tǒng)通風(fēng)比2#礦井容易。礦井的總等積孔為3.5425 m2，結(jié)合通風(fēng)阻力來(lái)看，目前新維煤礦的礦井通風(fēng)屬于容易時(shí)期，通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量和通風(fēng)阻力滿足要求。

3 結(jié)論

(1)新維煤礦為新修建礦井，礦井范圍大，測(cè)量所需時(shí)間長(zhǎng)。本次測(cè)量選擇了逐點(diǎn)測(cè)量法，從測(cè)定的精度檢驗(yàn)來(lái)看，測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確。為今后該礦的通風(fēng)阻力測(cè)量提供了參考。

(2)從實(shí)測(cè)的結(jié)果來(lái)看，部分巷道的阻力偏大，可能存在誤差也可能是巷道自身原因，需要進(jìn)一步核查改善。

(3)進(jìn)風(fēng)、用風(fēng)、回風(fēng)三段阻力配比比較合理，礦井通風(fēng)總阻力遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。礦井的總進(jìn)風(fēng)量為4582.6 m3/min，總回風(fēng)量為4699.8 m3/min，礦井總等積孔為3.5425 m2。

(4)由于新維礦井下巷道較長(zhǎng)，回風(fēng)段通風(fēng)阻力較大，日常生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注意加強(qiáng)風(fēng)門(mén)等設(shè)施的檢查，做好通風(fēng)管理工作。