礦井通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因分析及降阻方法研究

摘要：礦井通風(fēng)阻力是影響礦井有效通風(fēng)的一重要因素，礦井通風(fēng)阻力越大，消耗的通風(fēng)能量就會(huì)越大，就越不利于提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。為有效降低礦井通風(fēng)阻力，改善礦井通風(fēng)效果，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，本文分析了礦井通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因，并提出了降低礦井通風(fēng)阻力的方法，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：礦井；通風(fēng)阻力；產(chǎn)生原因；降阻方法

1 礦井通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因

一般我們可把礦井通風(fēng)阻力細(xì)分為兩類：摩擦阻力與局部阻力。這兩種阻力都要受到風(fēng)流狀態(tài)的影響，通常摩擦阻力對(duì)礦井通風(fēng)總阻力影響最大。

1.1 摩擦阻力

當(dāng)?shù)V井風(fēng)流在井巷中流動(dòng)時(shí)，井巷固定壁面會(huì)阻止風(fēng)流流動(dòng)，讓風(fēng)流產(chǎn)生內(nèi)外摩擦，這樣就會(huì)形成摩擦阻力。

風(fēng)流的流動(dòng)具有一定特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中我們可把風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)大致分為：層流流動(dòng)與紊流流動(dòng)。其中層流流動(dòng)指運(yùn)動(dòng)流體的各層質(zhì)點(diǎn)彼此不融合，呈流束狀流動(dòng)，各流束的質(zhì)點(diǎn)間幾乎不存在能量交換。流體質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)軌跡會(huì)大致平行于流體通道軸線，一般為直線流動(dòng)軌跡或有規(guī)則的平滑曲線流動(dòng)軌跡。而紊流流動(dòng)正好相反于層流流動(dòng)，這種流動(dòng)方式流體各質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)時(shí)，一般會(huì)彼此發(fā)生碰撞，進(jìn)行強(qiáng)烈混合，質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)間存在顯著的能量交換，質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)軌跡通常呈不規(guī)則狀，總流方向存在流動(dòng)，垂直總流方向或斜交總流方向也會(huì)存在流動(dòng)，時(shí)常還會(huì)有渦流存在于流體內(nèi)部。

據(jù)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)井巷風(fēng)流一般不會(huì)處于層流狀態(tài)，大多為紊流狀。巷道摩擦阻力主要受巷道粗糙度度，巷道長度，斷面周長、面積等因素影響。當(dāng)上述這幾個(gè)因素都確定的情況下，巷道摩擦阻力正比于風(fēng)量平方。

1.2 局部阻力

當(dāng)風(fēng)流在井巷中流動(dòng)時(shí)，在井巷邊壁條件不斷變化的影響下，巷道局部阻力物會(huì)不斷影響與破壞巷道風(fēng)流，如風(fēng)流在遇到突變巷道斷面時(shí)，風(fēng)流會(huì)發(fā)生分叉現(xiàn)象、交匯現(xiàn)象等，使風(fēng)流流速，風(fēng)流方向以及分布發(fā)生變化，引發(fā)風(fēng)流自身內(nèi)部產(chǎn)生沖擊形成渦流，致使風(fēng)流發(fā)生能量損失。我們通常把這種均勻穩(wěn)定風(fēng)流流過巷道某些局部區(qū)域而產(chǎn)生的某些附加能量損失，稱之為局部阻力。

由于礦井生產(chǎn)環(huán)境惡劣，地質(zhì)條件復(fù)雜，井下巷道曲折變化，因此有很多地點(diǎn)都有可能引發(fā)局部阻力，如礦井巷道斷面的時(shí)大時(shí)小，巷道存在的多種拐彎以及巷道與巷道間的交叉、交匯等。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)我們在分析局部阻力產(chǎn)生原因時(shí)，我們可把局部阻力細(xì)分為突變型與漸變型兩大類。

當(dāng)紊流流體流過巷道突變部位時(shí)，在慣性作用的影響下，流體很難隨從邊壁突然變化而變化，以致主流與邊壁迅速脫離，使主流與邊壁間產(chǎn)生渦流區(qū)。主流會(huì)不斷帶走這些渦流，補(bǔ)充到主流中的流體，又易組成新渦流，又會(huì)損失部分能量。

2 降低礦井通風(fēng)阻力的方法

2.1 降低摩擦阻力

（1）努力減小摩擦阻力系數(shù)。在設(shè)計(jì)礦井通風(fēng)時(shí)，選用的支護(hù)方式摩擦阻力系數(shù)應(yīng)盡可能的小，并且施工質(zhì)量一定要有保障。為使井巷壁面更平整更光滑，應(yīng)優(yōu)先選用光面爆破技術(shù)，讓井巷壁面凹凸度控制在50mm以內(nèi)。同時(shí)應(yīng)提高巷道支架支護(hù)質(zhì)量，布設(shè)的支架應(yīng)整齊一致，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行剎幫背頂，且支護(hù)密度不應(yīng)過大，遇到遭破壞的支架還應(yīng)及時(shí)修復(fù)。對(duì)于不設(shè)支架的巷道，為使摩擦阻力盡可能的小，必須徹底修整好頂板、兩幫以及底板。

（2）應(yīng)選擇好井巷風(fēng)量。由于礦井摩擦阻力正比于風(fēng)量平方，因此在進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù)管理時(shí)，不能把供風(fēng)量隨意調(diào)大，應(yīng)在確?？梢园踩a(chǎn)的前提下，盡量調(diào)小各用風(fēng)處的供風(fēng)量。在掘進(jìn)初期當(dāng)采用局部通風(fēng)機(jī)實(shí)施通風(fēng)作業(yè)時(shí)，應(yīng)科學(xué)、合理的控制風(fēng)量，特別是應(yīng)對(duì)主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，讓礦井富裕風(fēng)量盡可能的少。同時(shí)應(yīng)避免巷道內(nèi)出現(xiàn)風(fēng)量過于集中現(xiàn)象，應(yīng)盡量早分開礦井的總進(jìn)風(fēng)，晚匯合礦井總回風(fēng)。

（3）布設(shè)的井巷斷面周界應(yīng)盡量小。當(dāng)井巷斷面相同時(shí)，由于周長最小的斷面為圓形斷面，其次為拱形斷面，而矩形斷面與梯形斷面周長都相對(duì)較大。因此，人們在設(shè)計(jì)礦井通風(fēng)斷面形狀時(shí)，對(duì)于立井井筒可布設(shè)為圓形斷面，可把一些輔助井巷如斜井、石門、大巷等布設(shè)為拱型斷面，對(duì)于哪些服務(wù)年限不要求太長的次要井巷，可把巷道斷面布設(shè)為矩形斷面或梯形斷面。

（4）井巷通風(fēng)斷面應(yīng)足夠大。由于巷道摩擦阻力反比于通風(fēng)斷面的三次方，因此，我們可通過盡可能的擴(kuò)大通風(fēng)斷面來有效降低通風(fēng)阻力。在井巷通風(fēng)量一定的情況下，讓井巷斷面擴(kuò)大33%，可使礦井通風(fēng)阻力大幅縮減50%，此減阻方法在礦井主要通風(fēng)路線上高阻力段減阻中應(yīng)用較多。當(dāng)遇到受技術(shù)條件及經(jīng)濟(jì)條件的影響，井巷斷面很難再繼續(xù)擴(kuò)大的情況下，我們也可用雙巷并聯(lián)通風(fēng)法來有效降低巷道摩擦阻力。

（5）縮短巷道長度。由于巷道摩擦阻力正比于巷道長度，因此在設(shè)計(jì)、管理礦井通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，在滿足開拓開采需求的情況下，應(yīng)把風(fēng)路長度盡可能的縮短，同時(shí)應(yīng)把廢棄的舊巷與采空區(qū)全部封閉好。

2.2 降低局部阻力的措施

（1）井巷存在的局部阻力地點(diǎn)數(shù)應(yīng)盡量少。小直徑的鐵風(fēng)橋最好不要在井下使用；應(yīng)盡量少布設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗；井巷斷面最好不要突然擴(kuò)大或突然縮小，各斷面比值應(yīng)盡量小。

（2）應(yīng)采用斜線或圓弧型邊緣線來連接兩斷面大小不同的巷道。在巷道軌彎時(shí)，布設(shè)的轉(zhuǎn)角應(yīng)盡量小，同時(shí)應(yīng)把拐彎內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)為斜線型與圓弧型。巷道最好不要存在直角彎。另外巷道最好不要突然分叉或突然匯合。

（3）巷道局部阻力地點(diǎn)通過的風(fēng)流速度應(yīng)盡量小，巷道的粗糙程度應(yīng)盡量低。對(duì)于部分內(nèi)部表面特別粗糙的巷道，必須適當(dāng)降低風(fēng)流速度以使通風(fēng)阻力盡可能的小。

（4）井巷正面阻力物要小。應(yīng)把巷道中的無用堆積物及時(shí)清理干凈，對(duì)于采掘工作面施工作業(yè)所需材料應(yīng)按需運(yùn)輸存放，嚴(yán)禁在井下巷道集中堆放。

3 結(jié)語

總之，礦井通風(fēng)是礦井生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要耗能環(huán)節(jié)，仔細(xì)分析礦井通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因，并采取有效的措施來降低礦井通風(fēng)阻力，不僅能降低礦井通風(fēng)能耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，而且能確保井下各用風(fēng)點(diǎn)有足夠的風(fēng)量，及時(shí)驅(qū)散煤礦開采作業(yè)產(chǎn)生的粉塵及有毒有害氣體降低它們的濃度，更好地保障礦井安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃顯東，劉志梅.礦井通風(fēng)阻力測定方法及應(yīng)用[J].煤礦安全，2014（35）：1314.

作者簡介：劉習(xí)山（1987），男，河南焦作人，助理工程師，現(xiàn)從事礦井通風(fēng)工作。