陳四樓礦通風(fēng)系統(tǒng)阻力測定研究

冀 凱

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤公司陳四樓煤礦，河南 商丘 476000)

河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤公司陳四樓煤礦目前的礦井通風(fēng)方式為混合式，采用抽出式的通風(fēng)方法，主井和副井進(jìn)風(fēng)，而中央風(fēng)井、南風(fēng)井以及北風(fēng)井用來排風(fēng)。礦井的南翼和北翼都布置有軌道大巷與皮帶大巷，進(jìn)風(fēng)通過軌道大巷，而皮帶大巷進(jìn)行回風(fēng)。礦井的北翼通風(fēng)系統(tǒng)是相對獨(dú)立的，供風(fēng)主要通過北風(fēng)井;中央風(fēng)井和南風(fēng)井共同承擔(dān)了礦井南翼通風(fēng)系統(tǒng)，南五采區(qū)的全部風(fēng)量與南七采區(qū)一部分風(fēng)量主要由中央風(fēng)井擔(dān)負(fù)，而南十一與南十三全部風(fēng)量以及南七一部分風(fēng)量均由南風(fēng)井擔(dān)負(fù)，南七采區(qū)處于礦井南翼通風(fēng)系統(tǒng)的角聯(lián)風(fēng)路上。礦井的南翼和北翼均由軌道大巷及皮帶大巷通向各個(gè)采區(qū)，進(jìn)風(fēng)由軌道大巷負(fù)擔(dān)，皮帶大巷用來回風(fēng)?；夭晒ぷ髅娌捎谩癠”型通風(fēng)，掘進(jìn)工作面為局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)。

陳四樓煤礦采用的通風(fēng)方式為分區(qū)抽出式，但由于采空區(qū)日益擴(kuò)大，礦井的漏風(fēng)量也在逐漸加大，礦井有效風(fēng)量在逐漸降低，通風(fēng)路線也在慢慢加長，使得陳四樓煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)變得更為復(fù)雜。局部巷道的斷面較小，通風(fēng)阻力較大，尤其是進(jìn)風(fēng)段路線長，阻力偏大，目前，從副井到南五采區(qū)的進(jìn)風(fēng)段路線阻力達(dá)到了近1.7 kPa，使得南風(fēng)井阻力偏大。如果南翼用風(fēng)量增加，阻力增加將更為明顯。單靠人工來進(jìn)行如此復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化系統(tǒng)管理，顯然是極其繁瑣的，也缺乏管理的科學(xué)性。而在落實(shí)“以風(fēng)定產(chǎn)”過程中，更是缺乏了一種有效的手段或工具來實(shí)施。

1 通風(fēng)阻力測定

1.1 通風(fēng)阻力測定方法

陳四樓礦通風(fēng)阻力測試采用了傾斜壓差計(jì)法、精密氣壓計(jì)的同步法以及精密氣壓計(jì)的基點(diǎn)法混合測試，發(fā)揮各自測試方法的優(yōu)勢。傾斜壓差計(jì)法測試阻力直接讀數(shù);精密氣壓計(jì)測定的同步法是用精密氣壓計(jì)同時(shí)測出兩測點(diǎn)間的絕對靜壓差，再加上動(dòng)壓差和位壓差計(jì)算通風(fēng)阻力;精密氣壓計(jì)測定的基點(diǎn)法是在地面設(shè)置1臺基準(zhǔn)精密氣壓計(jì)，本次是在陳四樓礦副井井口設(shè)置的基準(zhǔn)精密氣壓計(jì)，利用另一臺精密氣壓計(jì)在井下進(jìn)行測試，再消除大氣壓的變化。在測試過程中，準(zhǔn)精密氣壓計(jì)還用于測定所有構(gòu)筑物的壓差。

壓差計(jì)測量布置圖見圖1。

圖1 壓差計(jì)測量布置圖

傾斜壓差計(jì)法的具體方式是圖1中在巷道中的①和②兩個(gè)測點(diǎn)各安置1根皮托管。皮托管布置于巷道中心，為消除速壓，需將尖部迎向風(fēng)流，管軸與風(fēng)向平行;在末點(diǎn)②安放傾斜壓差計(jì);同時(shí)，采用風(fēng)表在①和②兩個(gè)測點(diǎn)分別測出風(fēng)速，同時(shí)還需用濕度計(jì)與氣壓計(jì)在兩個(gè)測點(diǎn)附近分別測出風(fēng)流的干球溫度和濕球溫度以及風(fēng)流的絕對靜壓，進(jìn)而可以測算出兩個(gè)測點(diǎn)的空氣密度。將以上測定的基本數(shù)據(jù)以及兩個(gè)測點(diǎn)的凈斷面積、周長等填入阻力測量記錄表中。

1.2 數(shù)據(jù)記錄與處理

在通風(fēng)阻力的測定過程中，為了方便對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、辨別以及數(shù)據(jù)處理，需要對各個(gè)測點(diǎn)采用統(tǒng)一的命名，具體規(guī)則采用測點(diǎn)標(biāo)識用英文字母加上數(shù)字的形式表示。

此次通風(fēng)系統(tǒng)阻力測定主要采用氣壓計(jì)法與傾斜壓差計(jì)法兩種方法以及相互結(jié)合的方法同時(shí)進(jìn)行測定，礦井進(jìn)風(fēng)口、煤礦井下大巷、井下采區(qū)的上下山和工作面以及總回風(fēng)巷，除了一些聯(lián)絡(luò)巷和掘進(jìn)面之外，幾乎對陳四樓煤礦所有的巷道進(jìn)行了全面、系統(tǒng)以及詳細(xì)地測定，共測定了910、65門的壓差，阻力測試數(shù)據(jù)4 522個(gè)。參量計(jì)算:當(dāng)井下實(shí)測結(jié)束后，要將實(shí)測的數(shù)據(jù)詳細(xì)地整理、計(jì)算。

1)空氣密度、風(fēng)量與摩擦阻力系數(shù)計(jì)算。

式中:P—空氣壓力，Pa;

T—空氣的絕對溫度，K;

φ—空氣的相對濕度，%;

PS—飽和水蒸汽分壓力，Pa;

S—測點(diǎn)處巷道斷面積，m2;

V—測點(diǎn)處的平均風(fēng)速，m/s;

L—巷道測段的長度，m;

U—巷道周界，m。

2)通風(fēng)阻力、巷道風(fēng)阻以及百米風(fēng)阻值計(jì)算。

式中:ρ0—取 1.2，kg/m3;

ρ1、ρ2—井巷測段始末點(diǎn)的密度，kg/m3;

ρ1－2—兩斷面間空氣密度的平均值;

V1、V2—井巷測段始末點(diǎn)的風(fēng)速，m/s;

L1－2—兩測點(diǎn)間的距離，m;

Rr—所測平直巷道的摩擦風(fēng)阻，Ns2/m8。

巷道摩擦阻力系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值:

1.3 測定通風(fēng)阻力的精度檢驗(yàn)

測定時(shí)產(chǎn)生的誤差主要是受儀表的精度、測定的技巧以及其它各種因素的影響。因此，測定結(jié)果的檢查校驗(yàn)是必不可少的。風(fēng)量的檢驗(yàn)是根據(jù)流體的連續(xù)特性，當(dāng)空氣的密度基本不變時(shí)，進(jìn)入?yún)R點(diǎn)或者閉合風(fēng)路的風(fēng)量應(yīng)該與流出匯點(diǎn)或者閉合風(fēng)路的風(fēng)量相等。而要檢驗(yàn)流入和流出重要的風(fēng)流匯合點(diǎn)的風(fēng)量，其誤差應(yīng)在風(fēng)表允許的誤差范圍內(nèi)。對于誤差過大甚至有明顯錯(cuò)誤的地段，需要分析并查明原因，必要時(shí)要對局部或全部進(jìn)行重新測定。阻力的檢驗(yàn)是根據(jù)閉合回路中風(fēng)壓力平衡的原則，而在阻力檢查時(shí)，閉合回路的計(jì)算誤差如果符合精度的限值，則阻力的測定工作符合要求。依據(jù)上述原則對主要的節(jié)點(diǎn)風(fēng)量平衡閉合和主要回路的風(fēng)壓平衡閉合都進(jìn)行了誤差檢驗(yàn)，基本都滿足了節(jié)點(diǎn)與回路的平衡定律。

2 典型巷道風(fēng)阻值測定結(jié)果

通過測試獲得如下數(shù)據(jù):井下大氣壓和干濕溫度記錄表見表1，巷道斷面及風(fēng)量記錄數(shù)據(jù)表見表2，根據(jù)測定數(shù)據(jù)，獲得典型巷道標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)阻值見表3。此次測定數(shù)據(jù)主要為滿足該礦通風(fēng)仿真系統(tǒng)需要，并為今后該礦通風(fēng)仿真系統(tǒng)日常維護(hù)、系統(tǒng)改造方案模擬等提供實(shí)測數(shù)據(jù)支持，對以后礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化具有重要指導(dǎo)意義。

表1 井下大氣壓和干濕溫度記錄表

表2 巷道斷面及風(fēng)量記錄數(shù)據(jù)表

3 結(jié)論

通過對陳四樓煤礦井巷風(fēng)阻的測定，獲得井巷通風(fēng)特性的重要參數(shù)，并獲得了各種類型井巷的通風(fēng)阻力與風(fēng)量，標(biāo)定了它們的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)阻值以及標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)值，為礦井通風(fēng)技術(shù)管理提供了堅(jiān)實(shí)的基本資料，對掌握生產(chǎn)礦井通風(fēng)情況的有重要的指導(dǎo)意義。

表3 典型巷道標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)阻值列表

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