尹建豐

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司忻州窯礦，山西 大同 037021）

忻州窯礦東三盤區(qū)14-3#層布置有1 個(gè)綜采工作面、1 個(gè)備用工作面、2 個(gè)掘進(jìn)工作面，配風(fēng)量最大時(shí)達(dá)到6163 m3/min?，F(xiàn)在東三風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)葉片角度為0°（通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整前角度），負(fù)壓為2390 Pa，風(fēng)量為5300 m3/min。利用東三11-2#原軌道巷并聯(lián)回風(fēng)，在一定程度上增加了通風(fēng)斷面，但在東三11-2#原軌道巷有多處拐彎及風(fēng)流匯合分岔點(diǎn)，也增加了局部風(fēng)阻。本文就東三盤區(qū)11-2#層巷道改造步驟和改造前后的風(fēng)阻變化進(jìn)行分析[1-3]。

1 東三盤區(qū)11-2#層巷道改造方案

（1）在東三11#層2514下繞道口（回風(fēng)側(cè)）距盤區(qū)回風(fēng)巷2 m 處施工一道永久密閉，然后拆除2514下系統(tǒng)的兩道調(diào)節(jié)風(fēng)門，在東三11#2514下巷口距軌道巷2 m 處施工一道永久密閉，將東三11#層2514下系統(tǒng)永久封閉。

（2）在東三11#層軌道補(bǔ)巷口處施工兩道風(fēng)門，拆除軌道補(bǔ)巷與11#層回風(fēng)巷相交風(fēng)橋。

（3）在東三11#層二斜井上車場(chǎng)施工兩道聯(lián)鎖的正向風(fēng)門和兩道反向風(fēng)門（規(guī)格：1.8 m×2.2 m）。

（4）為避免角聯(lián)形成微風(fēng)區(qū)，在東三11#層軌道補(bǔ)巷口和軌道巷口處施工兩道密閉。

2 改造前后通風(fēng)路線以及各條路線參數(shù)分析

2.1 通風(fēng)路線改造

改造前通風(fēng)路線：14-3#層?xùn)|三盤區(qū)回風(fēng)暗斜井→11-2#層?xùn)|三盤區(qū)集中回風(fēng)巷→東三風(fēng)井。

改造后通風(fēng)路線：東三盤區(qū)14-3#回風(fēng)暗斜井→東三盤區(qū)11-2#回風(fēng)巷東部（與東三盤區(qū)11-2#軌道巷東部并聯(lián)）→東三盤區(qū)11-2#進(jìn)風(fēng)補(bǔ)巷（與東三盤區(qū)11-2#集中回風(fēng)巷西并聯(lián)）→東三盤區(qū)11-2#集中回風(fēng)巷→東三風(fēng)井。如圖1。

圖1 改造后簡(jiǎn)單通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)

2.2 各巷道風(fēng)阻實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)

表1 為改造前后各條通風(fēng)路線風(fēng)阻，系統(tǒng)改造前回風(fēng)系統(tǒng)為串聯(lián)巷道，軌道巷、進(jìn)風(fēng)補(bǔ)巷并未作為回風(fēng)巷使用。東三11-2#層回風(fēng)系統(tǒng)整體風(fēng)阻為東三11-2#回風(fēng)巷東部、東三11-2#回風(fēng)巷西部、東三11-2#回風(fēng)巷中部風(fēng)阻之和，其大小為0.309 N·s2/m8。

表1 各巷道的風(fēng)阻統(tǒng)計(jì)

11-2#層通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后，為并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)，其整體風(fēng)阻可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：R總為并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)總風(fēng)阻，R1、R2為各分支巷道風(fēng)阻，單位均為N·s2/m8。

改造后11-2#回風(fēng)巷風(fēng)阻為：

11-2#層與軌道巷并聯(lián)后，通風(fēng)系統(tǒng)整體風(fēng)阻為：

由以上計(jì)算可知，在不考慮巷道風(fēng)流分叉匯合的情況下巷道整體風(fēng)阻大約降低0.291 3 N·s2/m8。不考慮巷道局部風(fēng)阻的情況下，東三盤區(qū)11-2#層通風(fēng)阻力h=R·Q2=0.019 5×（6163/60）2=205.75 Pa。

而巷道局部通風(fēng)阻力情況并不能通過(guò)風(fēng)阻進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，下面代入巷道風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算[4]，以求出其通風(fēng)系統(tǒng)改造后通風(fēng)阻力降低值，且在并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)中分支所分配的風(fēng)量取決于并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)總風(fēng)阻與該分支的風(fēng)阻之比，具體公式如下：

式中：Qi為分支風(fēng)量，m3/min；Ri為分支風(fēng)阻，N·s2/m8；Rs為風(fēng)網(wǎng)總風(fēng)阻，N·s2/m8；Qs為風(fēng)網(wǎng)總風(fēng)量，m3/min。

東三14-3#層最大配風(fēng)量為6163 m3/min，各巷道風(fēng)量分配具體見(jiàn)表2。

表2 巷道各測(cè)點(diǎn)風(fēng)量

東三11-2#層通風(fēng)系統(tǒng)改造后有兩處風(fēng)流匯合和兩處風(fēng)流分岔情況，各巷道分叉匯合處多為90°角與45°角。匯合點(diǎn)為東三風(fēng)井匯合點(diǎn)、回風(fēng)補(bǔ)巷與回風(fēng)正巷匯合點(diǎn)，兩處匯合點(diǎn)為90°角；分叉點(diǎn)為東三11-2#回風(fēng)巷東部分叉點(diǎn)、東三11-2#軌道巷中部分叉點(diǎn)，分叉點(diǎn)為45°角。

風(fēng)流匯合或分岔的局部阻力計(jì)算公式為：

式中：h為局部阻力，Pa；K為巷道粗糙度影響系數(shù)，由巷道摩擦阻力系數(shù)α決定，東三11-2#巷道摩擦系數(shù)在0.005～0.01 之間，取0.007，K值取1.1；v1、v2為分岔巷道中風(fēng)流速度，m/s；θ為分岔巷道與原巷道夾角，（°）；ρ為空氣密度，取1.20 m3/kg。

由以上計(jì)算可知，采用并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)進(jìn)行通風(fēng)時(shí)所產(chǎn)生的局部風(fēng)阻為348.91 Pa（表3），巷道摩擦阻力為199.116 Pa，局部通風(fēng)阻力占巷道總風(fēng)阻較大部分。如何減少局部通風(fēng)阻力對(duì)減少并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的通風(fēng)總阻力具有很大的作用。由局部風(fēng)阻公式可知，在減少局部風(fēng)阻時(shí)需要考慮到以下幾個(gè)方面：

表3 局部通風(fēng)阻力數(shù)據(jù)分布

（1）在系統(tǒng)改造時(shí)產(chǎn)生的巷道風(fēng)流匯合和分岔點(diǎn)，要盡量減小分岔巷道與原巷道的角度，并保證分岔點(diǎn)的巷道斷面平滑，避免巷道突然變大和變小的情況。

（2）在系統(tǒng)改造時(shí)，對(duì)巷道進(jìn)行清理以減小巷道摩擦阻力系數(shù)，減少K值。

（3）并聯(lián)巷道內(nèi)整體風(fēng)壓相同，要盡量減小分支巷道的風(fēng)阻，以避免產(chǎn)生微風(fēng)區(qū)。

（4）在構(gòu)筑并聯(lián)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，盡量避免產(chǎn)生角聯(lián)風(fēng)路，避免產(chǎn)生微風(fēng)區(qū)。

3 系統(tǒng)改造前后通風(fēng)總阻力變化

由于以上只考慮的是東三11-2#層通風(fēng)阻力變化，根據(jù)礦井通風(fēng)阻力測(cè)定東三盤區(qū)14-3#層通風(fēng)阻力為1020 Pa。11-2#層通風(fēng)系統(tǒng)改造前總體風(fēng)阻為0.147 N·s2/m8，需風(fēng)量為6163 m3/mim，通風(fēng)阻力為1501 Pa，整體東三盤區(qū)通風(fēng)阻力為11-2#層與14-3#通風(fēng)阻力之和，為2521 Pa。在進(jìn)行盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后，14-3#層通風(fēng)阻力不變，11-2#層通風(fēng)阻力為547 Pa。實(shí)際減少通風(fēng)阻力954 Pa。

由以上計(jì)算可知，采用并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)之后東三盤區(qū)整體通風(fēng)阻力降低了954 Pa。東三盤區(qū)通風(fēng)阻力為14-3#層與11-2#層阻力之和，為1567 Pa，滿足風(fēng)量需求。

4 結(jié)語(yǔ)

礦井進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整，改造利用廢棄巷道并聯(lián)回風(fēng)降低通風(fēng)阻力后，在東三盤區(qū)整體用風(fēng)量不變的情況下，通風(fēng)阻力降低954 Pa。東三風(fēng)井在負(fù)壓降低后，將主要通風(fēng)機(jī)葉片角度由0°調(diào)至-5°，有效降低了風(fēng)機(jī)負(fù)荷，提高了風(fēng)機(jī)及整個(gè)東三盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。