某煤礦通風(fēng)阻力測(cè)定及通風(fēng)系統(tǒng)系統(tǒng)分析

毛金峰

由于資源整合導(dǎo)致礦井通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，因此需要重新進(jìn)行通風(fēng)阻力測(cè)定。通過(guò)通風(fēng)阻力測(cè)定確定巷道的基本通風(fēng)參數(shù)，進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)分析，從而進(jìn)行調(diào)整達(dá)到安全生產(chǎn)的要求。

一、測(cè)定方法

本次測(cè)定采用氣壓計(jì)基點(diǎn)測(cè)定法。此方法是將一臺(tái)氣壓計(jì)放在井上或井下固定基點(diǎn)處，每隔一定時(shí)間測(cè)取氣壓讀數(shù)并記錄測(cè)定時(shí)間以確定地面大氣壓力的變化，進(jìn)而對(duì)井下測(cè)定的氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；另一臺(tái)氣壓計(jì)沿事先選好的路線逐點(diǎn)測(cè)定氣壓值并記錄測(cè)定時(shí)間。采用基點(diǎn)法測(cè)定時(shí)兩測(cè)點(diǎn)間的通風(fēng)阻力計(jì)算公式為：

Pa

式中：K1，K2—兩臺(tái)測(cè)定氣壓計(jì)的校正系數(shù)；

Pc1，Pc2—基點(diǎn)校正氣壓計(jì)在測(cè)定氣壓計(jì)讀數(shù)

PR1、PR2測(cè)值時(shí)的讀數(shù)，Pa；

PR1，PR2—測(cè)量氣壓計(jì)在上風(fēng)測(cè)點(diǎn)和下風(fēng)測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)，mmH2O；

ρ1，ρ2—測(cè)段前、后測(cè)點(diǎn)的空氣密度，Kg/m3；

V1，V2—測(cè)段前、后測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速，m/s；

g—重力加速度，m/s2；

Z1，Z2—測(cè)段前、后測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高，m。

基點(diǎn)法測(cè)定時(shí)，兩臺(tái)氣壓計(jì)獨(dú)立作業(yè)互不干擾，測(cè)定速度快。

二、測(cè)定路線

一般一個(gè)測(cè)組每班測(cè)20個(gè)測(cè)點(diǎn)為宜。要合理選擇測(cè)量路線，一是測(cè)定的行程要盡量短，二是要使標(biāo)高差較大的測(cè)段兩端測(cè)點(diǎn)的測(cè)定時(shí)間盡量接近，以免地面氣壓隨時(shí)間變化產(chǎn)生較大的誤差。根據(jù)上述原則和本礦的具體情況，經(jīng)過(guò)分析確定如下主要測(cè)定路線：

西盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：西盤區(qū)副井——井底車場(chǎng)——102進(jìn)風(fēng)大巷——102回風(fēng)大巷——411進(jìn)風(fēng)大巷——411回風(fēng)大巷——回風(fēng)副井——風(fēng)硐；

中一盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：進(jìn)風(fēng)斜井——1120皮帶和軌道巷——回風(fēng)大巷——回風(fēng)井；

中二盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：進(jìn)風(fēng)斜井——101進(jìn)風(fēng)大巷——112南大巷——401進(jìn)風(fēng)大巷——416進(jìn)風(fēng)巷——工作面——416回風(fēng)巷——401回風(fēng)大巷——風(fēng)井——風(fēng)硐；

北盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：進(jìn)風(fēng)斜井——311進(jìn)風(fēng)大巷——工作面——311回風(fēng)大巷——201進(jìn)風(fēng)大巷——工作面——201回風(fēng)大巷——風(fēng)井——風(fēng)硐；

東盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：進(jìn)風(fēng)斜井——212進(jìn)風(fēng)大巷——212南大巷——工作面——東盤區(qū)進(jìn)風(fēng)大巷——工作面——東盤區(qū)回風(fēng)大巷——212回風(fēng)大巷——風(fēng)井——風(fēng)硐。

三、測(cè)定結(jié)果

根據(jù)煤礦通風(fēng)阻力測(cè)量數(shù)據(jù)以及計(jì)算機(jī)處理結(jié)果，可計(jì)算出各風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)的礦井總風(fēng)阻及等積孔分別為：

1）東盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：0.6254 N.s2/m8和1.505 m2；

2）中一盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：1.333 N.s2/m8和1.03 m2；

3）中二盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：0.7067 N.s2/m8和1.42 m2；

4）北盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：0.683 N.s2/m8和1.44 m2；

5）西盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：0.5888 N.s2/m8和1.551 m２。

均屬于通風(fēng)中等的礦井。

計(jì)算各風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力分別為：

1）東盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：1197.08 Pa ；

2）中一盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：2275.65 Pa ；

3）中二盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：1795.18 Pa ；

4）北盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：2036.28 Pa ；

5）西盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：1840.83 Pa。

各風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)風(fēng)量分別為：

1）東盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：2625 m3/min；

2）中一盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：2479 m3/min；

3）中二盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：3024 m3/min；

4）北盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：3276 m3/min；

5）西盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)：3355 m3/min。表1 煤礦各通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段通風(fēng)阻力的對(duì)比結(jié)果

通風(fēng)系統(tǒng) 通風(fēng)路線 巷道長(zhǎng)度（m） 通風(fēng)阻力（Pa） 所占比例（%）

東盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng) 進(jìn)風(fēng)段 1140 487.66 40.74

用風(fēng)段 1070 197.63 16.51

回風(fēng)段 1620 511.79 42.75

中一盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng) 進(jìn)風(fēng)段 980 902.18 39.65

用風(fēng)段 250 90 3.95

回風(fēng)段 1134 1283.47 56.40

中二盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng) 進(jìn)風(fēng)段 740 376.09 20.95

用風(fēng)段 1720 242.14 13.49

回風(fēng)段 1820 1176.95 65.56

北盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng) 進(jìn)風(fēng)段 580 184.04 9.04

用風(fēng)段 690 95.04 4.67

回風(fēng)段 850 1757.2 86.29

西盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng) 進(jìn)風(fēng)段 710 147.22 8.00

用風(fēng)段 780 56.70 3.96

回風(fēng)段 880 1620.70 88.04

從表1中可見(jiàn)，除了東盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力的分布比例比較合理外，中一盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)、中二盤區(qū)、北盤區(qū)和西盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)段通風(fēng)阻力比例均超過(guò)50 %外，特別北盤區(qū)和西盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)段通風(fēng)阻力比例高達(dá)85 %以上，因此，可以得出結(jié)論：煤礦對(duì)于北盤區(qū)和西盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)需要進(jìn)行改造。

四、應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬解算

礦井通風(fēng)能力是指在一定通風(fēng)壓力下所能通過(guò)的風(fēng)量值。礦井通風(fēng)系統(tǒng)一經(jīng)確定，其通風(fēng)能力主要取決于主要通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓和網(wǎng)絡(luò)的總風(fēng)阻。進(jìn)行礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算，一方面可以檢測(cè)一下礦井主要通風(fēng)機(jī)和井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是否匹配，另一方面可以對(duì)全礦井的通風(fēng)狀況進(jìn)行模擬，分析各巷道、掘進(jìn)工作面、采煤工作面的風(fēng)量、風(fēng)速等是否滿足煤礦安全規(guī)程的要求。

在通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定報(bào)告的基礎(chǔ)上，求得通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中各巷道分支的風(fēng)阻值，將巷道始、末節(jié)點(diǎn)，風(fēng)阻值，斷面積等參數(shù)編制上機(jī)文件，同時(shí)以各風(fēng)井風(fēng)機(jī)作為固定風(fēng)量分支，代入到計(jì)算機(jī)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算程序中，解算結(jié)果見(jiàn)附錄。主要通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2主要通風(fēng)機(jī)計(jì)算工況點(diǎn)

風(fēng)機(jī)名稱 風(fēng)量（m3/s） 扇風(fēng)機(jī)靜壓（Pa）

中二盤區(qū)風(fēng)機(jī) 50.4 1878.764

中一盤區(qū)風(fēng)機(jī) 42.32 2437.085

東盤區(qū)風(fēng)機(jī) 43.75 1342.569

北盤區(qū)風(fēng)機(jī) 54.6 2398.401

西盤區(qū)風(fēng)機(jī) 55.917 1835.129

煤礦在中二盤區(qū)，西、東、北盤區(qū)安設(shè)BK54-6-№18型軸流式通風(fēng)機(jī)，在中一盤區(qū)安設(shè)BK54-6-№17型軸流式通風(fēng)機(jī),參考上述主通風(fēng)機(jī)特性曲線，聯(lián)合計(jì)算工況點(diǎn)參數(shù)，可以確定出各個(gè)主通風(fēng)機(jī)的工作效率，見(jiàn)下表3：

表3 主要通風(fēng)機(jī)工作效率

風(fēng)機(jī)名稱 工作效率（％）

中二盤區(qū)風(fēng)機(jī) 76

中一盤區(qū)風(fēng)機(jī) 79

東盤區(qū)風(fēng)機(jī) 65

北盤區(qū)風(fēng)機(jī) 73

西盤區(qū)風(fēng)機(jī) 72

依據(jù)下面的公式，可以計(jì)算出匹配電機(jī)的功率:

式中：N―電機(jī)功率，Kw；

Q―通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量，m3/s；

H―通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓，Pa；

η―通風(fēng)機(jī)工作效率，％；

ηt―傳動(dòng)效率，直聯(lián)傳動(dòng)取1，皮帶傳動(dòng)取0.9～0.95，連軸傳動(dòng)時(shí)取0.98；

K―電機(jī)容量備用系數(shù)，取1.1～1.2。

據(jù)此我們可以根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算電機(jī)功率，因?yàn)殡姍C(jī)為直聯(lián)傳動(dòng)，取ηt為1，K為1.15計(jì)算得到表4：

表4 主要通風(fēng)機(jī)電機(jī)功率

風(fēng)機(jī)名稱 電機(jī)功率（Kw）

中二盤區(qū)風(fēng)機(jī) 143.28

中一盤區(qū)風(fēng)機(jī) 150.13

東盤區(qū)風(fēng)機(jī) 103.92

北盤區(qū)風(fēng)機(jī) 206.30

西盤區(qū)風(fēng)機(jī) 163.95

五、現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力和采掘作業(yè)點(diǎn)的通風(fēng)參數(shù)與空氣質(zhì)量的測(cè)定,結(jié)果表明,礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

（1）通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)過(guò)于復(fù)雜，風(fēng)井相互影響

煤礦是一個(gè)老礦,多階段同時(shí)開(kāi)采,通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜,通風(fēng)設(shè)施繁多,在井田范圍內(nèi)布置了5對(duì)風(fēng)井,由于相連巷道和各風(fēng)機(jī)能力之間的關(guān)系，造成各風(fēng)井之間相互影響較大,致使井下通風(fēng)系統(tǒng)管網(wǎng)阻力高；部分風(fēng)井配備的風(fēng)機(jī)有老化、效率低的現(xiàn)象；隨著礦井開(kāi)采水平的逐年延深,通風(fēng)路線增長(zhǎng)、通風(fēng)阻力將進(jìn)一步加大，目前，除了東盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力的分布比例比較合理外，中一盤區(qū)、中二盤區(qū)、北盤區(qū)和西盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)段通風(fēng)阻力比例均超過(guò)50 %，特別是北盤區(qū)和西盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)了的回風(fēng)段通風(fēng)阻力比例高達(dá)85 %以上嚴(yán)重不合理現(xiàn)象。各水平控制風(fēng)門負(fù)壓大,漏風(fēng)大,難以維護(hù),導(dǎo)致礦井深部水平供風(fēng)的嚴(yán)重不足。

（2）部分采面、巷道風(fēng)速有超限現(xiàn)象的出現(xiàn)且有些用風(fēng)點(diǎn)配風(fēng)不足

由測(cè)定可知，北盤區(qū)、西盤區(qū)部分工作面及部分巷道水平風(fēng)速達(dá)不到《規(guī)程》規(guī)定的下限而出現(xiàn)了部分用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量不足，這使得采場(chǎng)空氣中CO、NO2、CO2等有害氣體不能及時(shí)稀釋排出而超過(guò)“規(guī)程”規(guī)定。相反有些巷道卻超過(guò)了《規(guī)程》規(guī)定的上限。

（3） 采面布置復(fù)雜，不利于調(diào)風(fēng)管理

唐山溝煤礦現(xiàn)有采面數(shù)量達(dá)到18個(gè)，部分工作面通風(fēng)線路長(zhǎng)，正在實(shí)施改造的巷道內(nèi)情況復(fù)雜，對(duì)于通風(fēng)設(shè)施的設(shè)置及有效發(fā)揮作用有一定影響。

（4）存在新鮮風(fēng)流未經(jīng)用風(fēng)段即與污風(fēng)匯合，造成浪費(fèi)

舉例說(shuō)明：新鮮風(fēng)流從中一盤區(qū)主井進(jìn)風(fēng)后，其中一股新鮮風(fēng)流經(jīng)1120巷后再次分風(fēng)進(jìn)入112北＋巷道，然后通過(guò)112東巷道匯入污風(fēng)由中二盤區(qū)回風(fēng)井排出。這些新鮮風(fēng)流沒(méi)有進(jìn)入用風(fēng)地點(diǎn)就被匯入污風(fēng)而排出，增加了通風(fēng)機(jī)的工作負(fù)擔(dān)。

（5）主扇效率低

部分通風(fēng)機(jī)雖然處于合理的工作范圍，但是通過(guò)測(cè)定發(fā)現(xiàn)部分主扇效率過(guò)低,造成通風(fēng)的能耗浪費(fèi)。

（6） 部分巷道漏風(fēng)大,且有角聯(lián)風(fēng)路的出現(xiàn)

該礦多處巷道內(nèi)風(fēng)門等調(diào)風(fēng)設(shè)施質(zhì)量不過(guò)關(guān)，采空區(qū)密閉不良等現(xiàn)象，這些都會(huì)造成礦井通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部漏風(fēng)的變大，造成有效風(fēng)量率降低。此外，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖顯示在各個(gè)盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)之間甚至內(nèi)部出現(xiàn)了角聯(lián)巷道，這些角聯(lián)巷道的存在，對(duì)于風(fēng)流流向的穩(wěn)定性造成了極大的影響，例如由于受自然風(fēng)壓或其他通風(fēng)設(shè)施設(shè)置的影響，極易出現(xiàn)風(fēng)流反向的情況，大大降低了通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性及抗災(zāi)變能力。

（7） 回風(fēng)段頂板管理不良，跨落現(xiàn)象嚴(yán)重，造成回風(fēng)段阻力過(guò)大，使通風(fēng)機(jī)無(wú)用能耗變大。

小結(jié)

通過(guò)對(duì)煤礦地質(zhì)條件和生產(chǎn)系統(tǒng)等的調(diào)查，特別是通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)查，得出如下結(jié)論：

（1）進(jìn)行了礦井通風(fēng)阻力測(cè)定，測(cè)定結(jié)果符合于實(shí)際是真實(shí)可靠的，完全可以作為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的通風(fēng)安全管理工作的理論依據(jù)。

（2）對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬解算，驗(yàn)證了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的合理性，解算結(jié)果表明：礦井絕大多數(shù)巷道風(fēng)速、工作面配風(fēng)量及風(fēng)機(jī)能力滿足《煤礦安全規(guī)程》和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的要求。

（3）在上述工作的基礎(chǔ)上，分析了唐山溝煤礦現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，這些將是下一步通風(fēng)系統(tǒng)改造需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。