煤炭礦井通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因分析與對(duì)策

摘 要：礦井通風(fēng)保障煤炭企業(yè)生產(chǎn)安全的關(guān)鍵工作，而在礦井通風(fēng)的環(huán)節(jié)中，礦井通風(fēng)阻力又是極難解決的一大難題。阻力越大給企業(yè)造成的能力損失就越大。摩擦阻力與局部阻力是礦井通風(fēng)阻力的主要兩種方式，而這兩種中摩擦阻力所占的比重是最大的?；诖耍撐闹饕接懥嗣禾康V井通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因與解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：煤炭 礦井 通風(fēng)阻力 原因 對(duì)策

中圖分類號(hào)：X936 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（b）-0040-02

煤炭開采需要高度重視的特性便是安全性。由于建國(guó)初期在煤炭開采行業(yè)沒有重視安全性的防護(hù)，導(dǎo)致各個(gè)煤炭企業(yè)頻發(fā)安全事故，而每次事故的發(fā)生都會(huì)帶走多名煤炭工人的性命。今年來我國(guó)高度重視煤炭開采行業(yè)的安全問題，但是安全問題也給煤炭企業(yè)的發(fā)展帶來了制約。但這種制約是暫時(shí)的，如果煤炭事業(yè)想要良好和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展下去，那么就一定要保證工人性命的安全。關(guān)于煤炭開采安全所有的指標(biāo)里，通風(fēng)是最重要的一個(gè)指標(biāo)。在礦井里有很多類似瓦斯等有害氣體，如果不能保證通風(fēng)，會(huì)給礦區(qū)帶來嚴(yán)重的危害，員工的生命也受到威脅。

1 實(shí)例概述

該文主要采取實(shí)例論證的方式來進(jìn)行探討，實(shí)例某省的煤礦。某省的煤礦是規(guī)模不大的企業(yè)。在煤炭企業(yè)著手進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員就沒有進(jìn)行良好的規(guī)劃和計(jì)劃，重要巷道的形狀以及支護(hù)類型都沒有進(jìn)行具體的規(guī)劃，個(gè)別礦井為了達(dá)到通風(fēng)的條件就其耗電量而言就超過了整個(gè)礦井用電的一半以上。近些年來，某省根據(jù)煤礦企業(yè)的存在的情況進(jìn)行了調(diào)整。對(duì)于一些不合理的礦井情況從新進(jìn)行整改，選擇合理的巷道形狀和支護(hù)類型。并且通過整改礦井的舉措大大改善了礦井通風(fēng)不良的困境，全省大部分企業(yè)礦井的中阻力和大的礦井阻力都有大幅度的下降，特別是通風(fēng)用電情況趨于明顯的下降趨勢(shì)，真正提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 礦井通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因

2.1 摩擦阻力

由于礦井中是存在流動(dòng)的空氣的，而空氣的流動(dòng)會(huì)與礦井的壁面發(fā)生摩擦，進(jìn)而形成摩擦阻力。氣體流動(dòng)的主要形式有兩種，一種是層流流動(dòng)，一種是紊流流動(dòng)。層流流動(dòng)是指流體各個(gè)部分不相互混合，各種氣體都有自己固定的流動(dòng)軌道，是有秩序的流動(dòng)，流動(dòng)的軌線也與軌道項(xiàng)平行。而紊流流動(dòng)則與層流流動(dòng)存在很大不同，流體在整個(gè)過程中各體質(zhì)點(diǎn)都會(huì)發(fā)生碰撞和混合現(xiàn)象，彼此之間進(jìn)行能量交換，其流動(dòng)的軌跡不存在任何制約調(diào)節(jié)，垂直或斜交方向的流動(dòng)是最普遍的兩種流動(dòng)方式。下面我們用雷諾公式紊流流動(dòng)進(jìn)行進(jìn)一步的探討。流體的流動(dòng)情況與平均流速是運(yùn)用雷諾公式Re=vd/σ（v主要表示流體的平均速度和流動(dòng)狀況，d主要表示管道的主直徑值，σ主要表示流體的粘稠值），當(dāng)流體一直處在運(yùn)動(dòng)狀況中，并且雷諾數(shù)Re值不超過2320時(shí)，流動(dòng)情況始終保持在層流狀況中；當(dāng)雷諾數(shù)Re值超過4000時(shí)，流動(dòng)狀況保持在紊流狀況中；當(dāng)Re值在2320與4000之間時(shí)，就不能保障流動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)定性，要根據(jù)具體情況，深入研究和分析出管壁的粗糙程度等。當(dāng)雷諾數(shù)Re值正好等于2300時(shí)，對(duì)應(yīng)的主要風(fēng)速便是0.012m/s。相關(guān)規(guī)定明確標(biāo)出，井巷中的最低風(fēng)速絕不允許能超過0.15m/s，因此，通風(fēng)井巷中風(fēng)流基本都保持在紊流狀態(tài)中。在這種狀況下，就可以得出計(jì)算摩擦阻力的主要公式：，公式中：hf表示為摩擦阻力；Rf表示為巷道的摩擦風(fēng)阻；λ表示為阻力系數(shù)（由實(shí)驗(yàn)可求得到）；ρ表示為空氣密度；S表示為巷道的斷面；U表示為巷道的周界；L表示為巷道的長(zhǎng)度；Q可以用來表示在巷道內(nèi)的風(fēng)量情況。用一個(gè)參數(shù)Rf把L、U、S、λ、ρ全部表示出來，可以得到如下公式：，在公式中：Rf用來表示在摩擦過程中風(fēng)阻的具體值。當(dāng)然Rf是巷道的粗糙程度、斷面周長(zhǎng)、井巷長(zhǎng)度等多方面具體參數(shù)?？赏耆珜f的值作為井巷幾何特征的主要參數(shù)，主要報(bào)告出是井內(nèi)的通風(fēng)狀況。，這個(gè)公式完全可以得出，風(fēng)量和摩擦阻力的平方是成正比的。

2.2 局部阻力

因?yàn)榈V井的實(shí)際需要，所以礦井里的通道并不都是平直的，有的巷道是凹凸不平的，也有斷面堵塞的情況，在這種情況下風(fēng)流流動(dòng)就會(huì)與之產(chǎn)生阻力，這就是局部阻力。雖然局部阻力較小，但是同樣會(huì)引起風(fēng)流的流速、方向、分布等都發(fā)生變化，有的甚至?xí)斐娠L(fēng)流自身的碰撞，最終形成紊亂的流動(dòng)，這樣就會(huì)把風(fēng)流的能力大大降低，而造成這種損失就叫做局部阻力。井下的巷道都是按照實(shí)際情況而定的，毫無規(guī)律可言，因此容易形成局部阻力的地點(diǎn)有很多，在各個(gè)道口的交匯和分叉處、拐彎處等等都有可能形成。因?yàn)榈匦蔚牟煌植孔枇Φ男纬梢簿哂胁煌奶攸c(diǎn)，這里劃分為突變類型和漸變類型。根據(jù)圖1所表示，位于左側(cè)的a和b是突變的主要表現(xiàn)方式，而位于右側(cè)的c和d是屬于會(huì)發(fā)生漸變情況的主要類型。當(dāng)雜亂的流體經(jīng)過發(fā)生狀況的場(chǎng)所時(shí)，主流和邊壁之間就會(huì)形成主要的渦流區(qū)。而產(chǎn)生的渦流的同時(shí)不會(huì)輕易被主流帶走，形成的空缺部分繼續(xù)出現(xiàn)渦流，這樣的過程能量就會(huì)嚴(yán)重出現(xiàn)損失情況，這也就是我們常說局部阻力的產(chǎn)生情況。

3 降低礦井通風(fēng)阻力的方法

3.1 降低摩擦阻力的措施

（1）需要降低阻力λ。在進(jìn)行礦機(jī)通風(fēng)規(guī)劃過程中，通常都是運(yùn)用摩擦阻力系數(shù)較小的支護(hù)方式，施工過程中需嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行，確保施工質(zhì)量，盡量采取光爆工藝流程，保證井巷壁面具有平整性和光滑性，這樣有利于巷道通風(fēng)。對(duì)于支巷道的使用，需保證支護(hù)質(zhì)量，支架不但需要擺放整齊，而且還需要利用剎幫背頂方式，嚴(yán)格按照支護(hù)密度要求進(jìn)行施工，保證施工質(zhì)量，如若發(fā)現(xiàn)破壞的支架，那么及時(shí)進(jìn)行整修。（2）選擇出最適合的井巷風(fēng)量。因?yàn)轱L(fēng)量的平方與摩擦阻力之間比成正比，所以在生產(chǎn)礦井過程中，務(wù)必隨時(shí)觀看生產(chǎn)情況和規(guī)模的變化，如若發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)不正確，馬上進(jìn)行調(diào)整。從一定程度上提高風(fēng)量的有效性，減小風(fēng)門漏風(fēng)的可能性，對(duì)于邊界部分漏風(fēng)的問題，應(yīng)該進(jìn)行有效的處理，根據(jù)具體情況可以適當(dāng)從兩道風(fēng)門再增加一道風(fēng)門，想要使風(fēng)門具有永久性，必須加大材料厚度，運(yùn)用大包邊的數(shù)據(jù)材料，可隨時(shí)進(jìn)行安裝和分化。（3）可以使用周界較小的井巷斷面。在井巷斷面相同的情況下，梯形和矩形的周長(zhǎng)是最長(zhǎng)的，拱形第二，圓形斷面的周長(zhǎng)則是最小的。所以，在進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)過程中，通常都使用立井井筒為圓形斷面，一些主要井巷都采取拱型斷面，次要一點(diǎn)的巷道可以利用梯形斷面。（4）保障井巷通風(fēng)斷面S。因?yàn)樵谝欢ㄇ闆r下通風(fēng)斷面積和摩擦阻力之間成反比，所以在一定程度上加大井巷斷面積就能通風(fēng)阻力降低，隨后通風(fēng)阻力就能減少一多半。對(duì)于主風(fēng)流線上存在的一些高風(fēng)阻領(lǐng)域，在一定情況下需加大斷面面積。在施工過程中，一定會(huì)受到各種條件的限制，比如經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)條件等，遇到這種情況，決不能隨意加大井巷斷面積，可以利用挖掘巷道這種方式。在平常的通風(fēng)管理工作中，為了保持巷道通風(fēng)整潔性，所以必須定期整理巷道。（5）適當(dāng)減少巷道的長(zhǎng)度L。在通風(fēng)系統(tǒng)管理過程中和礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)過程中，在完全可以進(jìn)行開采的狀況下，爭(zhēng)取把風(fēng)路的長(zhǎng)度縮到最短，對(duì)于一些已經(jīng)陳舊的舊巷和采空區(qū)完全進(jìn)行封閉。隨著礦井生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題，首先通風(fēng)線路需要在原來的基礎(chǔ)上再次進(jìn)行加長(zhǎng)，且隨著瓦斯量的不斷加大，最終可能會(huì)致使摩擦阻力和風(fēng)量在一定程度上大大增加，當(dāng)現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)不能完全滿足要求時(shí)，其實(shí)使用挖掘新井巷是一種減少通風(fēng)阻力的最有效的方式。（6）利用并聯(lián)風(fēng)到進(jìn)行有效通風(fēng)。在通風(fēng)過程中，應(yīng)采納并聯(lián)風(fēng)道方式。采納這種方式的礦井通風(fēng)阻力在任何情況下都會(huì)小于其他通道通風(fēng)阻力。當(dāng)主扇風(fēng)機(jī)中已經(jīng)安裝葉片度，并聯(lián)風(fēng)機(jī)會(huì)適當(dāng)?shù)臏p小風(fēng)力，降低通風(fēng)阻力的大小，使礦通風(fēng)系統(tǒng)得到明顯的改變。

3.2 降低局部阻力的措施

因?yàn)榫植孔枇Φ攸c(diǎn)巷道的斷面發(fā)生實(shí)質(zhì)性的改變，所以就會(huì)引起局部阻力發(fā)生變化，同時(shí)也是致使局部阻力發(fā)生變化的主要原因，還能使井巷風(fēng)流速度的發(fā)生變化，比如方向的改變、分布情況的變化、速度的改變等一系列較為明顯的變化。所以，想要使局部阻力降低，首先就應(yīng)該改善局部阻力物斷面的變化狀況，在前提允許的情況下，在一定程度上減小風(fēng)流流經(jīng)局部時(shí)所產(chǎn)生的沖擊和渦流情況等，對(duì)于削減風(fēng)流能量的所帶來的耗損，對(duì)策如下：（1）根據(jù)具體實(shí)際狀況盡最大限度的改變局部阻力以及減少數(shù)量情況。在條件允許的狀況下，盡量不去使用那些直徑偏小的鐵風(fēng)橋，盡量避免由于井巷斷面的突然發(fā)生的縮小和加大的狀況，所以斷面比值要收縮。（2）當(dāng)不相同斷面的巷道彼此需要進(jìn)行連接時(shí)，此時(shí)需注意的是，保證連接的邊緣是圓弧形或者是斜線形。巷道在進(jìn)行拐彎設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)角當(dāng)然是越小最佳，拐彎的內(nèi)側(cè)可以與巷道拐彎的設(shè)計(jì)一樣，做成圓弧形或斜線形，絕對(duì)不能出現(xiàn)直角彎狀。要保持巷道的平整性和通風(fēng)性，決不能出現(xiàn)分叉或者交合的情況，在交合和分叉處的內(nèi)側(cè)也做成斜線形或者圓弧形。（3）在工作過程中，盡量減少巷道的粗糙和局部阻力的地點(diǎn)，巷道粗糙的地方需要適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)風(fēng)速，來減少阻力。（4）對(duì)于在井巷正面存在的阻力物，一定要及時(shí)清理，如果發(fā)現(xiàn)巷道中存有堆積物，必須馬上進(jìn)行打掃，根據(jù)采掘工作面使用材料的情況，按需使用，杜絕浪費(fèi)現(xiàn)象，決不能把材料堆積到井下巷道中。對(duì)于巷道管理工作，需要做到?jīng)]有任何雜物和臟物，要保障通風(fēng)斷面的有效性。在完全允許的狀況下，盡量避免發(fā)生成串的礦產(chǎn)車停留在通風(fēng)巷道內(nèi)情況，免得風(fēng)流進(jìn)入不到巷道內(nèi)，會(huì)嚴(yán)重影響到通風(fēng)狀況。

4 結(jié)語

綜上所述，如果礦井內(nèi)沒有保障良好的通風(fēng)狀況，那么就會(huì)影響到煤炭的安全生產(chǎn)，同時(shí)也會(huì)影響到經(jīng)濟(jì)效益，所以必須要篩選出最佳的巷道通風(fēng)斷面和形狀等參數(shù)，采取最有效的方式，在一定程度上保證巷道通風(fēng)處于良好的狀態(tài)，減少通風(fēng)阻力，唯有這樣，才能把能源消耗的損失降低到最小，從而帶動(dòng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。另外，想要安全合理的進(jìn)行通風(fēng)，就需要引進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，并且通過先進(jìn)的儀器來做好通風(fēng)工作，同時(shí)也需開展對(duì)開采人員通風(fēng)技能的培訓(xùn)工作，唯有通風(fēng)狀況不斷進(jìn)行改善，才能保障礦產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)和發(fā)展。

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