文/扈樹章

礦井安全通風(fēng)阻力是影響礦井安全通風(fēng)的一個重要因素。根據(jù)對我國617對井口和1023個風(fēng)井調(diào)查統(tǒng)計，礦井通風(fēng)阻力屬于中阻力和大阻力的占40%。因此，對影響礦井安全通風(fēng)阻力的因素及如何降低礦井安全通風(fēng)阻力進行系統(tǒng)研究，對于實現(xiàn)礦井高效通風(fēng)具有重要的普遍性借鑒意義。

一、礦井安全通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因

礦井安全通風(fēng)的主要任務(wù)是向井下各個工作場所連續(xù)不斷地提供新鮮的空氣，并稀釋和排出井下的有毒有害氣體，為礦工創(chuàng)造良好的勞動環(huán)境。然而，隨著煤礦開采深度的增加，通風(fēng)線路越來越長，導(dǎo)致礦井摩擦阻力與局部阻力加大，受這兩方面因素影響，礦井的通風(fēng)阻力也越來越大。

1.礦井通風(fēng)摩擦阻力產(chǎn)生的原因

風(fēng)流在井下流動過程中，空氣分子之間的相互摩擦以及井巷的壁面對風(fēng)流的阻滯作用，使風(fēng)流與巷道邊緣產(chǎn)生摩擦阻力。根據(jù)風(fēng)流在巷道中流動的特點不同，可將風(fēng)流分為兩種形態(tài)：層流與紊流。井巷風(fēng)流絕大多數(shù)屬于紊流狀態(tài)，層流的狀態(tài)很少（可忽略不計），因此，需主要考慮井巷紊流風(fēng)流與礦井摩擦阻力的關(guān)系。根據(jù)摩擦阻力公式與實際調(diào)研可知，影響礦井摩擦阻力主要因素是：井巷壁的粗糙程度、風(fēng)流通過的巷道的長度、巷道的段面積、巷道斷面的周長。

2.礦井局部阻力產(chǎn)生的原因

礦井風(fēng)流在流動過程中，由于巷道邊壁條件變化，礦井風(fēng)流在局部地區(qū)受到局部阻力物的影響與破壞，導(dǎo)致礦井風(fēng)流速度、方向以及分布突然發(fā)生變化，致使礦井風(fēng)流本身產(chǎn)生強烈的沖擊，從而形成紊亂的渦流區(qū)，造成一部分分流能量損失，這種能量的損失就被稱為礦井局部阻力。產(chǎn)生局部阻力的原因主要是：井下巷道斷面積的突然增大與縮小，井下巷道的各種轉(zhuǎn)彎、分叉和匯合，井下巷道中存在的局部阻力物（生產(chǎn)所用的材料、巷道片幫等）。

二、降低礦井通風(fēng)摩擦阻力的措施

根據(jù)礦井通風(fēng)摩擦阻力產(chǎn)生的原因，結(jié)合礦井實際，在通風(fēng)線路設(shè)計、通風(fēng)風(fēng)量控制等方面進行優(yōu)化調(diào)整，從源頭上降低通風(fēng)摩擦阻力。

1.減小礦井摩擦阻力系數(shù)

礦井在通風(fēng)設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)盡量選用摩擦阻力系數(shù)小的支護方式，如錨噴、砌碹、錨桿、錨鎖等；施工過程中，要保證施工質(zhì)量，盡量采用光面爆破技術(shù)。實驗證明，不同支護方式對礦井摩擦阻力系數(shù)影響不同，采用料石砌碹的巷道摩擦阻力系數(shù)僅是支架巷道的30%左右。采用“錨網(wǎng)+噴射混凝土”支護不僅能預(yù)防巷道煤炭自然發(fā)火，而且相比傳統(tǒng)工字鋼支護巷道的摩擦阻力能夠減少33%。如果有些礦井的巷道只能采用工字鋼或者U型鋼進行支護，應(yīng)注意支護質(zhì)量，合理選擇支護密度，盡可能地減小摩擦阻力系數(shù)；對于采煤工作面，要盡量保證支架整齊平整，直線度偏差不超過50cm，中心距偏差不超過100cm，相鄰支架間錯差不超過頂梁側(cè)護板1/3，使采煤工作面達到平直順，以減少不必要的風(fēng)量損失。

2.合理選擇巷道風(fēng)量

通過巷道的風(fēng)量越大，摩擦阻力就越大。因此，在設(shè)計施工過程中，不能無計劃地隨意加大風(fēng)量，應(yīng)當(dāng)在滿足用風(fēng)地點安全的條件下，盡可能地減小風(fēng)量。當(dāng)掘進初期采用局部通風(fēng)機通風(fēng)時，應(yīng)當(dāng)控制好風(fēng)量，特別要觀測和調(diào)節(jié)風(fēng)機的運轉(zhuǎn)情況，使礦井風(fēng)量在合理的范圍之內(nèi)。此外，礦井安全通風(fēng)時，應(yīng)盡可能使礦井總進風(fēng)早分開、總回風(fēng)晚匯合。

3.盡量采用周長較小的斷面

在巷道斷面積相等的條件下，要盡可能選擇周長較小的斷面積。實踐證明，斷面積相等的情況下，圓形巷道斷面周長最小，通風(fēng)阻力最??；其次是拱形。因此，設(shè)計服務(wù)年限較長的巷道時一般選擇圓形或拱形，如主副井一般選擇圓形斷面，石門等主要大巷通常選擇拱形斷面。

4.盡量采用大斷面的巷道

由于摩擦阻力的大小與通風(fēng)巷道斷面積的三次方成反比，通風(fēng)巷道斷面積越大，摩擦阻力就越小。因此，擴大巷道斷面積可以有效地降低摩擦阻力。實踐證明，當(dāng)風(fēng)量相等，通風(fēng)巷道斷面積擴大33%時，摩擦阻力可以減少50%。然而，在井下由于技術(shù)條件和經(jīng)濟條件的限制，一般不能隨意擴大巷道斷面積，這種情況下可采用雙巷并聯(lián)通風(fēng)的方法來增大通風(fēng)巷道斷面，降低通風(fēng)阻力。此外，在正常生產(chǎn)過程中要對井下巷道定期維護、整修，清理巷道的堵塞物，使巷道保持完好暢通，有足夠的通風(fēng)斷面。

5.采用并聯(lián)風(fēng)道通風(fēng)

在礦井通風(fēng)中，采用并聯(lián)風(fēng)道，礦井通風(fēng)總阻力小于任一風(fēng)道的風(fēng)阻。經(jīng)現(xiàn)場測量，當(dāng)主扇風(fēng)機安裝葉片角度一定時，采用并聯(lián)風(fēng)道通風(fēng)，可使通風(fēng)阻力有所降低，改善礦井通風(fēng)條件。

6.縮短通風(fēng)線路

盡可能地縮短通風(fēng)線路，可以有效降低礦井摩擦阻力。所以要及時封閉廢棄的巷道，甩掉經(jīng)過采空區(qū)且通風(fēng)線路很長的巷道。當(dāng)新礦井開采時，各采區(qū)距離底表距離不大時，可以采用分區(qū)式通風(fēng)。

井下中央變電站

三、降低礦井局部阻力產(chǎn)生的措施

根據(jù)礦井通風(fēng)局部阻力產(chǎn)生原因，針對性地減少局部阻力產(chǎn)生的地點、位置、物體等，可有效降低通風(fēng)局部摩擦阻力。

1.規(guī)范井下通風(fēng)設(shè)施設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

煤礦井下應(yīng)盡可能地減少調(diào)節(jié)風(fēng)窗的使用數(shù)量和通風(fēng)直徑很小的風(fēng)橋。井下巷道設(shè)計施工時，要盡量避免巷道斷面突然擴大或縮小。當(dāng)井下兩個不同尺寸巷道連接時，要把巷道的連接邊緣做成斜線或圓弧型。

2.減少井下巷道的正面阻力物

及時清理煤礦井下巷道中的堆積物，采煤工作面和掘進工作面使用的材料要按需使用，合理存放，不能集中堆積在巷道中而影響通風(fēng)。采面工作面上隅角處理瓦斯時，盡量不要使用風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)。若必須使用風(fēng)障處理上隅角瓦斯，一定要控制風(fēng)障的角度，一般控制在45°左右。及時處理巷道內(nèi)的淤泥、雜物、片幫等，保證巷道合理有效的通風(fēng)斷面。

3.井下避免巷道直角拐彎

井下巷道需要拐彎時要注意避免直角轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)角越小越好，并且轉(zhuǎn)彎內(nèi)外兩側(cè)盡可能地做成圓弧型。井下巷道要避免突然分叉和突然匯合，在井下巷道分叉和匯合處內(nèi)外兩側(cè)也要做成圓弧型或斜線。此外，還可在通風(fēng)機或者風(fēng)筒入口處安裝集風(fēng)器，在出口安裝擴散器。

礦井安全通風(fēng)是實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的重要保證，提高礦井安全通風(fēng)效率有助于提高通風(fēng)的安全性和經(jīng)濟效益。上述礦井通風(fēng)降阻舉措已成功應(yīng)用，在一定程度上降低了礦井通風(fēng)阻力，減少了風(fēng)量的損失，降低了通風(fēng)耗電量，減少了礦井通風(fēng)費用。

總之，要根據(jù)礦井實際情況，認(rèn)真剖析、全面探究礦井安全通風(fēng)阻力的影響因素，采取有效辦法來降低礦井安全通風(fēng)阻力，確保礦井有足夠的通風(fēng)風(fēng)量，以稀釋煤礦作業(yè)產(chǎn)生的粉塵，及時排放有毒有害氣體，為礦工提供一個安全的作業(yè)環(huán)境，保證礦井安全生產(chǎn)，提升礦井經(jīng)濟效益。