趙文濤

（黑龍江礦安安全生產(chǎn)技術(shù)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

某煤礦煤層發(fā)育平緩，整體賦存穩(wěn)定，開(kāi)采條件簡(jiǎn)單，無(wú)瓦斯、煤塵集聚危險(xiǎn)。煤層自然產(chǎn)狀分為三類，礦山壓力適中，無(wú)沖擊地壓破壞風(fēng)險(xiǎn)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)由主井、副井及立井構(gòu)成，具體為：主井、副井進(jìn)風(fēng)，立井回風(fēng)。礦井整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)由分布在礦區(qū)南北兩側(cè)的運(yùn)輸大巷及中央水平大巷組成，各采區(qū)、工作面采用分區(qū)通風(fēng)，整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，風(fēng)流均勻分布，不存在無(wú)風(fēng)巷道。

1 礦井通風(fēng)阻力測(cè)定

1.1 測(cè)定方法

本次研究利用精密氣壓計(jì)對(duì)礦井通風(fēng)阻力進(jìn)行測(cè)定。預(yù)先劃定礦井A、B兩點(diǎn)，采用氣壓儀測(cè)量A、B兩點(diǎn)壓力值，通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算出兩測(cè)點(diǎn)壓力差，進(jìn)而推算出相應(yīng)的位移差、動(dòng)力差，最后計(jì)算出礦井通風(fēng)阻力。另選精密氣壓計(jì)測(cè)量井口壓力，記錄礦井口的氣壓變化情況，最后對(duì)比礦井內(nèi)部與井口氣壓數(shù)據(jù)[1]。

目前常用通風(fēng)能量轉(zhuǎn)化方程為：

式中：P1、P2表示礦井風(fēng)量在測(cè)點(diǎn)的靜壓能；ρm1、ρm2表示測(cè)點(diǎn)到井口空氣柱密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；Z1、Z2表示為兩測(cè)點(diǎn)截面標(biāo)高；V1、V2表示為兩測(cè)點(diǎn)風(fēng)流速度，m/s2；hz1-2表示為兩測(cè)點(diǎn)間的通風(fēng)阻力，pa。

1.2 測(cè)點(diǎn)布置及路線選擇

礦井測(cè)點(diǎn)的布置原則為：測(cè)點(diǎn)布置情況應(yīng)當(dāng)充分反應(yīng)整個(gè)礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)情況，保證整個(gè)礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)完整[2]。礦井通風(fēng)實(shí)際測(cè)定時(shí)，如果兩測(cè)點(diǎn)間存在障礙物，會(huì)影響測(cè)量精度。根據(jù)該礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，現(xiàn)通風(fēng)風(fēng)流測(cè)定路線如下：

（1）中央回風(fēng)井：副井-水平運(yùn)輸大巷-皮帶巷-各采掘區(qū)段-軌道回風(fēng)巷-主回風(fēng)巷-中央回風(fēng)井。

（2）一號(hào)回風(fēng)立井：一號(hào)副立井-井底聯(lián)合巷-輔助運(yùn)輸大巷-膠帶運(yùn)輸巷-各采掘區(qū)段-軌道回風(fēng)巷-采區(qū)-輔助運(yùn)輸大巷-回風(fēng)大巷聯(lián)絡(luò)巷-一號(hào)回風(fēng)立井。

（3）二號(hào)回風(fēng)立井：二號(hào)副立井-井底聯(lián)合巷-輔助運(yùn)輸大巷-膠帶運(yùn)輸巷-各采掘區(qū)段-軌道回風(fēng)巷-采區(qū)-輔助運(yùn)輸大巷-回風(fēng)大巷聯(lián)絡(luò)巷-二號(hào)回風(fēng)立井。

2 通風(fēng)測(cè)定結(jié)果分析

（1）礦井通風(fēng)阻力測(cè)定精度分析。根據(jù)《礦井通風(fēng)阻力測(cè)定方法》(MT/T440—2008)的測(cè)定方法，由現(xiàn)場(chǎng)礦井測(cè)量數(shù)據(jù)，通風(fēng)阻力數(shù)據(jù)的誤差可由下式計(jì)算。

式中：e表示為通風(fēng)阻力的相對(duì)誤差，%；Rsh表示為系統(tǒng)累加阻力，Pa；wh表示為風(fēng)機(jī)計(jì)數(shù)值，Pa；vh表示為風(fēng)速壓力，Pa；nh表示為自然風(fēng)壓，Pa。

誤差計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所示。表中可以看出，在測(cè)量線路中，中央回風(fēng)井相對(duì)誤差為2.89%、一號(hào)回風(fēng)立井相對(duì)誤差為1.98%、二號(hào)回風(fēng)立井相對(duì)誤差為1.46%，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，此礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)誤差符合要求。

表1 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量誤差

（2）礦井通風(fēng)阻力分布情況。以礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)為整體，將測(cè)量區(qū)段劃分為進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段以及回風(fēng)段三個(gè)區(qū)段，分別計(jì)算各區(qū)段通風(fēng)阻力理論值，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2所示。

表2 量測(cè)線路各區(qū)段理論風(fēng)阻

由表2數(shù)據(jù)可計(jì)算出該礦井主線路理論風(fēng)阻風(fēng)流比例。中央回風(fēng)井理論風(fēng)阻風(fēng)流比例為14：53：31；一號(hào)回風(fēng)立井理論風(fēng)阻風(fēng)流比例為31∶34∶33；二號(hào)回風(fēng)立井理論風(fēng)阻風(fēng)流比例為10∶43∶47。基于上述數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，中央回風(fēng)井通風(fēng)阻力最大區(qū)段為用風(fēng)區(qū)段，一號(hào)回風(fēng)井通風(fēng)阻力最大區(qū)段同樣為用風(fēng)區(qū)，二號(hào)回風(fēng)井通風(fēng)阻力最大區(qū)段為回風(fēng)區(qū)段。

（3）礦井風(fēng)量分析。為了描述礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，先對(duì)礦井實(shí)測(cè)風(fēng)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表3所示，式3為礦井漏風(fēng)率計(jì)算公式。

表3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量數(shù)據(jù)

式中：PL表示為漏風(fēng)率，%；Qf表示為排風(fēng)量，m3/s；Qh表示為總回風(fēng)量，m3/s。

由表3數(shù)據(jù)可知該礦井主線路理論漏風(fēng)率。中央回風(fēng)井理論漏風(fēng)率為3.71%；一號(hào)回風(fēng)立井理論漏風(fēng)率為3.42%；二號(hào)回風(fēng)立井理論漏風(fēng)率為3.68%?；谏鲜鰯?shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，中央回風(fēng)井漏風(fēng)率最大，其次為一號(hào)回風(fēng)井。據(jù)《礦井通風(fēng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢查評(píng)定辦法》中關(guān)于漏風(fēng)率的規(guī)定，該礦井漏風(fēng)率合格。

（4）礦井等積孔分析。礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)等積孔計(jì)算公式為：

式中，A表示為礦井等積孔，m2；Q表示為礦井總風(fēng)量，m3/s；hZ表示為礦井通風(fēng)總阻力，Pa。該礦井通風(fēng)系統(tǒng)等積孔計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4所示。

表4 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)等積孔計(jì)算結(jié)果

由表4可知，由《礦井通風(fēng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及等積孔評(píng)定辦法》中關(guān)于等積孔的規(guī)定，礦井中央回風(fēng)井計(jì)算等積孔為3.25 m2，屬于通風(fēng)容易型礦井；一號(hào)回風(fēng)井計(jì)算等積孔為0.89 m2，同樣屬于通風(fēng)困難型礦井；二號(hào)回風(fēng)井計(jì)算等積孔為2.18 m2，屬于通風(fēng)容易型礦井。

3 礦井通風(fēng)存在的問(wèn)題及分析

（1）礦井通風(fēng)阻力大。該礦井正常生產(chǎn)時(shí)布設(shè)兩個(gè)采煤工作面、一個(gè)備用采煤工作面以及兩條掘進(jìn)巷道。根據(jù)對(duì)整個(gè)礦井各采掘面、回采工作面、中央運(yùn)輸大巷、煤場(chǎng)以及各個(gè)洞室用風(fēng)情況，利用通風(fēng)動(dòng)力學(xué)書中相關(guān)計(jì)算，對(duì)礦井實(shí)際需風(fēng)量計(jì)算可知，該礦井正常工作時(shí)所需風(fēng)量大約為6300m3/min。對(duì)于中央回風(fēng)井、一號(hào)回風(fēng)井來(lái)說(shuō)，它們的進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段以及回風(fēng)段三區(qū)段都為用風(fēng)段，皮帶巷內(nèi)堆積的雜物以及過(guò)長(zhǎng)的巷道都會(huì)導(dǎo)致巷道內(nèi)阻力過(guò)大。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析，該礦井通風(fēng)阻力分布各異，其中，進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)阻力最大，占總通風(fēng)阻力的48.24%，回風(fēng)段通風(fēng)阻力次之，占總通風(fēng)阻力的20.84%，用風(fēng)段通風(fēng)阻力最小，占總通風(fēng)阻力的38.90%。造成此類問(wèn)題的原因可能是，采煤工作面及回采區(qū)段過(guò)長(zhǎng)。此外，導(dǎo)入風(fēng)量過(guò)大都會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)阻力過(guò)大。

（2）礦井總風(fēng)量不足 。該礦井正常工作時(shí)實(shí)際風(fēng)量為6439 m3/min，按礦井初步設(shè)計(jì)可知，隨著采煤工作面的推進(jìn)，礦井用風(fēng)量會(huì)逐步增加，礦井最大用風(fēng)量可達(dá)8000 m3/min，按目前風(fēng)機(jī)功率以及礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，該礦井無(wú)法滿足長(zhǎng)遠(yuǎn)的用風(fēng)需求。

（3）礦井回風(fēng)井風(fēng)速過(guò)大。該礦井回風(fēng)立井直徑為3.6m，回風(fēng)井內(nèi)布設(shè)兩條直徑分別為756mm、586mm的瓦斯抽采管道，回風(fēng)立井內(nèi)安裝550×550mm的行人梯子間。對(duì)回風(fēng)立井進(jìn)行風(fēng)速測(cè)定發(fā)現(xiàn)，回風(fēng)立井中風(fēng)速最高可達(dá)14.5m/s，已經(jīng)無(wú)限接近了《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定的15m/s的上限值。

（4）其他問(wèn)題。該礦井整個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)過(guò)長(zhǎng)，通風(fēng)線路雜亂交錯(cuò)，某些巷道風(fēng)速過(guò)大，某些巷道風(fēng)速較低，處于微風(fēng)狀態(tài)，整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置風(fēng)門過(guò)多，存在窩工現(xiàn)象。二號(hào)回風(fēng)立井?dāng)嗝嫫?，?dǎo)致風(fēng)速偏高，通風(fēng)阻力增大。該礦井等積孔為0.84m2，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定，可將該礦井認(rèn)定為通風(fēng)困難礦井。

4 礦井通風(fēng)優(yōu)化措施研究

針對(duì)礦井存在的問(wèn)題，現(xiàn)提出如下優(yōu)化措施。

4.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)降阻改造

通過(guò)上述計(jì)算分析可知，礦井進(jìn)風(fēng)段以及立井回風(fēng)段通風(fēng)阻力較大，占礦井整體通風(fēng)阻力的80%強(qiáng)，進(jìn)風(fēng)段、回風(fēng)段通風(fēng)阻力過(guò)大是造成礦井通風(fēng)困難的主因。為了解決目前該礦井通風(fēng)困難問(wèn)題，需要根據(jù)礦井巷道實(shí)際布設(shè)情況，對(duì)礦井進(jìn)風(fēng)段、回風(fēng)段進(jìn)行針對(duì)性的改造。具體改造內(nèi)容為：①針對(duì)礦井進(jìn)風(fēng)段采用皮帶運(yùn)輸巷道進(jìn)風(fēng)，結(jié)合該礦井實(shí)際情況，利用此前廢棄的一條巷道輔助進(jìn)風(fēng)，具體為將皮帶運(yùn)輸巷和舊巷道并聯(lián)起來(lái)，通過(guò)增加風(fēng)流通道來(lái)減小通風(fēng)阻力。②針對(duì)回風(fēng)巷道通風(fēng)阻力較大的問(wèn)題，擬新開(kāi)掘一條巷道輔助回風(fēng)，同樣的兩條回風(fēng)巷道并聯(lián)使用。③針對(duì)回風(fēng)立井中風(fēng)速過(guò)大的問(wèn)題，計(jì)劃新開(kāi)掘一條專業(yè)瓦斯抽取管道，將回風(fēng)立井中的瓦斯管道拆除，以減小通風(fēng)阻力，增加回風(fēng)立井實(shí)際面積，達(dá)到較小回風(fēng)立井風(fēng)速以及減小回風(fēng)井中通風(fēng)阻力的目的。

4.2 礦井通風(fēng)機(jī)改造

隨著采煤工作面的推進(jìn)，礦井需風(fēng)量逐步增加，礦井達(dá)到滿負(fù)荷工作時(shí)，所需風(fēng)量將達(dá)到8000m3/min，目前礦井的風(fēng)機(jī)總功率不能滿足礦井需求。為了滿足礦井滿負(fù)荷生產(chǎn)的需要，現(xiàn)需對(duì)礦井風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，為了最大程度上減小改造費(fèi)用，本次改造僅對(duì)風(fēng)機(jī)葉片和風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行更換，此法工程量相對(duì)較低，資金投入較少，不改變通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)巷道。

4.3 優(yōu)化管理手段

礦井通風(fēng)的日常管理工作非常重要，是礦井安全生產(chǎn)的前提。①加強(qiáng)日常管理，及時(shí)排除安全隱患，對(duì)于巷道內(nèi)臨時(shí)堆放的雜物，應(yīng)當(dāng)及時(shí)疏通。應(yīng)定期排查通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的堵塞物，對(duì)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定期體檢。另外，應(yīng)當(dāng)提升管理水平，加強(qiáng)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

5 結(jié)論

本文對(duì)某礦井通風(fēng)阻力及優(yōu)化措施進(jìn)行研究。對(duì)礦井通風(fēng)阻力進(jìn)行了專業(yè)的測(cè)定，得到如下結(jié)論：中央回風(fēng)井、一號(hào)回風(fēng)立井和二號(hào)回風(fēng)立井相對(duì)誤差分別為：2.89%、1.98%和1.46%，相對(duì)誤差滿足設(shè)計(jì)要求；中央回風(fēng)井理論風(fēng)阻風(fēng)流比例為14：53：31；一號(hào)回風(fēng)立井理論風(fēng)阻風(fēng)流比例為31∶34∶33；二號(hào)回風(fēng)立井理論風(fēng)阻風(fēng)流比例為10∶43∶47?？梢园l(fā)現(xiàn)，中央回風(fēng)井通風(fēng)阻力最大區(qū)段為用風(fēng)區(qū)段，一號(hào)回風(fēng)井通風(fēng)阻力最大區(qū)段同樣為用風(fēng)區(qū)，二號(hào)回風(fēng)井通風(fēng)阻力最大區(qū)段為回風(fēng)區(qū)段；中央回風(fēng)井理論漏風(fēng)率為3.71%；一號(hào)回風(fēng)立井理論漏風(fēng)率為3.42%；二號(hào)回風(fēng)立井理論漏風(fēng)率為3.68%，該礦井漏風(fēng)率合格；由《礦井通風(fēng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及等積孔評(píng)定辦法》中關(guān)于等積孔的規(guī)定，針對(duì)礦井存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的措施，對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化。