鶴壁三礦通風(fēng)系統(tǒng)阻力測定與分析

馬權(quán) 尚賓

摘 要：為了解礦井通風(fēng)系統(tǒng)中通風(fēng)阻力分布狀況，更好地通風(fēng)降阻，并為通風(fēng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)解算和優(yōu)化改造提供可靠的基礎(chǔ)信息，就必須對(duì)井下風(fēng)阻力進(jìn)行核定計(jì)算。本文選取不同測點(diǎn)測定參數(shù)，從測定精度評(píng)價(jià)、通風(fēng)阻力分布狀況、礦井等積孔和風(fēng)阻4個(gè)方面對(duì)測定結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析。結(jié)果表明：鶴壁三礦的通風(fēng)系統(tǒng)布置和阻力分布較合理，通風(fēng)難易程度屬于容易等級(jí)。此外，礦井北翼部分巷道變形嚴(yán)重、斷面較小、阻力較大，建議及時(shí)維護(hù)巷道，擴(kuò)大巷道局部面積，以降低系統(tǒng)通風(fēng)阻力。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)系統(tǒng);通風(fēng)阻力;測定分析;等積孔

中圖分類號(hào)：TD724 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）04-0086-04

Measurement and Analysis of Ventilation System

Resistance in Hebi No.3 Coal Mine

MA Quan1 SHANG Bin2

（1. School of Safety Science and Engineering， Henan University of Technology，Jiaozuo Henan 454000;

2.Hebi No.3 Mine，Hebi Henan 458000）

Abstract： In order to understand the distribution of ventilation resistance in mine ventilation system， to better reduce ventilation resistance， and to provide reliable basic information for ventilation design， network calculation and optimization transformation， it is necessary to verify the calculation of underground air resistance. In this paper， the determination parameters of different measuring points were selected， and the results were calculated and analyzed from four aspects： accuracy evaluation， distribution of ventilation resistance， mine holes and air resistance. The results show that the layout of ventilation system and the distribution of resistance in Hebi No. 3 Coal Mine are reasonable， and the degree of ventilation difficulty is easy. In addition， some roadways in the north wing of the mine have serious deformation， small cross section and large resistance. It is suggested that the roadway should be maintained in time and the area of local roadways should be enlarged to reduce the ventilation resistance of the system.

Keywords： ventilation system;ventilation resistance;determination and analysis;isometric pore

煤礦井下生產(chǎn)包括多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其中礦井通風(fēng)是保障安全生產(chǎn)、井下工人呼吸順暢的重要一環(huán)[1]。由于井下環(huán)境復(fù)雜多變，危險(xiǎn)隱患處處存在，因此，一旦發(fā)生事故，就會(huì)造成人員的傷亡和機(jī)械設(shè)備的損壞[2]。一個(gè)良好、穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)礦井的安全生產(chǎn)和效率的提升具有重要的意義，合理地對(duì)井下各個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行配風(fēng)是礦井生產(chǎn)的前提和基礎(chǔ)。但是，由于井下巷道壁面的粗糙性以及部分風(fēng)門漏風(fēng)較大，致使風(fēng)流能量損失[3，4]。通過對(duì)井下各巷道及工作面供風(fēng)量的核定和優(yōu)化，保證井下各道工序合理安全執(zhí)行，這與煤礦工人的身體健康和煤礦的安全生產(chǎn)都有直接的關(guān)聯(lián)[5，6]。

隨著井下采煤工作面、掘進(jìn)工作面等的不斷向前推進(jìn)，除井下主要大巷以外，其他地點(diǎn)的需風(fēng)量都會(huì)有所改變。這就需要我們及時(shí)獲取井下巷道及各地點(diǎn)的通風(fēng)阻力和需風(fēng)量，是對(duì)礦井合理通風(fēng)、精確繪制通風(fēng)系統(tǒng)圖以及井下安全生產(chǎn)的根本依據(jù)[7，8]。完成對(duì)改礦的阻力評(píng)定，對(duì)改礦的整體分布情況有個(gè)清楚的認(rèn)知，同時(shí)測量得到的數(shù)據(jù)可為礦井通風(fēng)優(yōu)化提供可靠的基礎(chǔ)信息。由此，對(duì)具體煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行阻力測定并對(duì)其進(jìn)行分析和優(yōu)化，對(duì)該礦正常的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益有重要的意義。

1 礦井概況

鶴煤公司三礦位于鶴壁煤田中部。主要可采煤層為二1煤層，平均煤厚8.26m。根據(jù)2017年8月份礦井瓦斯鑒定結(jié)果，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為47.99m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為27.79m3/t;CO2絕對(duì)涌出量為9.89m3/min，相對(duì)涌出量為5.72m3/t，屬煤與瓦斯突出礦井。礦井采用立井、暗斜井多水平開拓，目前分為四個(gè)水平：一水平（-68m）、二水平（-68～-291m）已回采結(jié)束，采掘生產(chǎn)主要集中在三水平（-291～-550m），四水平（-550～-800m）為開拓延深水平?，F(xiàn)生產(chǎn)采區(qū)為32采區(qū)，接替采區(qū)為41采區(qū)、42采區(qū)。

鶴壁三礦井下采用機(jī)械抽出式通風(fēng)方法，通風(fēng)方式為混合式，進(jìn)風(fēng)井為中央副井、主井、新副井、南翼斜井;回風(fēng)井為北翼馬駒河風(fēng)井和新風(fēng)井。北翼馬駒河風(fēng)井安裝AFG606-2.2-1.3型號(hào)風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，一用一備;新風(fēng)井安裝MAF-2100-1180-1A型號(hào)風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，一用一備?；夭晒ぷ髅娌捎肬型通風(fēng)方式;掘進(jìn)工作面采用礦用對(duì)旋式局部通風(fēng)機(jī)配合礦用阻燃抗靜電風(fēng)筒壓入式供風(fēng);井下各需風(fēng)地點(diǎn)和大巷所需風(fēng)量均符合規(guī)程中的規(guī)定要求。

2 礦井通風(fēng)阻力測定

2.1 測定路線的選擇與測點(diǎn)布置

根據(jù)鶴壁三礦兩臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)所擔(dān)負(fù)的區(qū)域并結(jié)合井下的具體情況，決定選擇兩條主測路線、三條輔測路線。路線的選取原則為：①當(dāng)存在兩條巷道風(fēng)流都通過采煤工作面時(shí)，應(yīng)選擇其中一條相對(duì)風(fēng)量較大的作為測定路線;②井下阻力測定應(yīng)選擇較長巷道且巷道包含多種類型及支護(hù)方式;③測定路線應(yīng)首先考慮選取巷道完整且易于測風(fēng)人員進(jìn)行測量，并且沿主風(fēng)流方向的線路。待兩主三輔路線選定之后，繪制了礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，如圖1所示。

主測路線一（北翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)）：副（主）井→井底車場→二水平主軌道下山→三水平候車道→聯(lián)巷→三水平軌道下山→三水平北大巷→三車場→3024運(yùn)煤巷→3024工作面→3024上順槽→32采區(qū)頂板回風(fēng)巷→三水平北翼頂板回風(fēng)巷→二水平北翼邊界回風(fēng)下山→北翼風(fēng)井。

主測路線二（新風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)）：新副井→-800水平北大巷→-550水平大巷→4202上順槽→新風(fēng)井回風(fēng)斜巷→-550北回風(fēng)石門→新風(fēng)井。

輔測線路一（北翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)）：井底車場→二水平候車道→二水平北大巷→32采區(qū)瓦斯泵站。

輔測線路二（北翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)）：三水平候車道→三水平卸載倉。

輔測線路三（新風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)）：井底車場→三水平大巷→三水平南大巷→四水平南翼回風(fēng)上山→四水平南翼第一輔助回風(fēng)巷→聯(lián)絡(luò)巷→四水平南翼皮帶巷→四水平南翼總回風(fēng)巷→-550水平總回風(fēng)南回風(fēng)石門。

待兩主三輔路線選定并可實(shí)施之后，標(biāo)點(diǎn)并編號(hào)。選取測點(diǎn)要遵循以下六條原則：①對(duì)于井下主要的大巷及工作面，應(yīng)盡量多地布置測風(fēng)點(diǎn)，以便反映阻力分布狀況;②對(duì)于井下巷道分岔口，必須對(duì)其進(jìn)行測風(fēng);③對(duì)于風(fēng)門處阻力突然變大的地方，必須對(duì)其進(jìn)行測風(fēng);④對(duì)于存在煤與瓦斯突出的巷道，應(yīng)對(duì)其進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口進(jìn)行測風(fēng);⑤測風(fēng)點(diǎn)應(yīng)盡量選在測風(fēng)人員容易到達(dá)且不威脅人生命安全的平坦開闊地;⑥在井下實(shí)測的過程中，遇到個(gè)別事先確定的測點(diǎn)無法實(shí)測時(shí)，可對(duì)測點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)增減[9-13]。

2.2 測定方法與儀器儀表

本次測定采用基點(diǎn)法，將測量儀器安置在入井井口，用于記錄地面的大氣壓。測風(fēng)人員需要攜帶另一臺(tái)精密氣壓計(jì)、干濕球溫度計(jì)等儀器進(jìn)入井下，對(duì)各個(gè)測風(fēng)點(diǎn)處的靜壓、風(fēng)速、溫度和濕度進(jìn)行測量，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)記錄，升井后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。所用的測定儀器如表1所示。

表1 測定儀器選擇

[儀器 數(shù)量 BJ-1型精密氣壓計(jì) 3臺(tái) DHM-2型通風(fēng)干濕球溫度計(jì) 2臺(tái) 風(fēng)表 3塊 秒表 2塊 皮尺 2個(gè) ]

3 礦井通風(fēng)阻力結(jié)果分析

3.1 阻力測定精度的評(píng)價(jià)

主測路線實(shí)測礦井通風(fēng)總阻力：

[h阻測=h阻AB] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：[h阻測]表示實(shí)測礦井的通風(fēng)阻力（Pa）;[h阻AB]表示實(shí)測巷道AB段的通風(fēng)阻力（Pa）。

主測路線一實(shí)測阻力的相對(duì)誤差為：

[ΔhI=h阻j-h阻測h阻j×100%] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

根據(jù)鶴壁三礦風(fēng)機(jī)房的水柱計(jì)讀數(shù)結(jié)合阻力與風(fēng)機(jī)的關(guān)系可知：

[h阻j=HS+HN=hs2-hv2+HN] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中：[HS]表示風(fēng)機(jī)裝置靜壓（Pa）;[HN]表示礦井自然風(fēng)壓（Pa）;[hS2]表示風(fēng)機(jī)房靜壓儀（U型水柱計(jì)）讀數(shù)（Pa）;[hV2]表示風(fēng)峒中傳壓管處斷面上的速壓（Pa）。

從井下測定完之后，回到地面分別對(duì)北翼風(fēng)井和新風(fēng)井水柱計(jì)進(jìn)行讀數(shù)，其中北翼風(fēng)井為1 850.0Pa，新風(fēng)井為720Pa。

北翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的精度為：[h阻測1]=1 933.8Pa;[hV1]=34.1Pa;HN1=107.4Pa。將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（3）和式（2）可得出：

[h阻測1=hS1-hV1+HN1=1 850.0-34.1+107.4=1 923.3Pa] ?（4）

[Δh1=1 923.3-1 933.81 923.3×100%=0.5%] ? ? ? （5）

新風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的精度為：[h阻測2=960.5Pa];[hV2=19.1Pa];[HN2=278.0Pa]。將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（3）和式（2）可得出：

[h阻2=hS2-hV2+HN2=720-19.1+278.0=978.9Pa]（6）

[Δh2=978.9-960.5978.9×100%=1.9%] ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

由以上測試結(jié)果可知，線路一（北翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)）的精度為0.5%，線路二（新風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)）的精度為1.9%，兩條線路的測定誤差都在2%以下，結(jié)果滿足精度要求。此次測定結(jié)果可以為該礦今后的通風(fēng)管理及系統(tǒng)改造提供依據(jù)。

3.2 礦井通風(fēng)阻力分布狀況

鶴壁三礦北翼風(fēng)井及新風(fēng)井兩條系統(tǒng)井下通風(fēng)阻力沿程分布如圖2、圖3所示。進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段通風(fēng)阻力的分布情況見表2。

從上圖和表可以看出，鶴壁三礦北翼風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)系統(tǒng)通風(fēng)總阻力為1 933.8Pa，其中進(jìn)風(fēng)段對(duì)總阻力的影響最大，約占59.6%，回風(fēng)段對(duì)總阻力的影響次之，約占22.3%，用風(fēng)段對(duì)總阻力的影響最小，約占18.1%，三段阻力分布合理;新風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)系統(tǒng)通風(fēng)總阻力為960.5Pa，其中用風(fēng)段對(duì)總阻力的影響最大，約占49.5%，回風(fēng)段對(duì)總阻力的影響次之，約占29.5%，進(jìn)風(fēng)段對(duì)總阻力的影響最小，約占21.0%，三段阻力分布合理。

3.3 礦井等積孔與風(fēng)阻

礦井等積孔和風(fēng)阻值的計(jì)算公式為：

[A=1.19Qh] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

[R=hQ2] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （9）

式中：[A]表示礦井等積孔（m2）;[Q]表示礦井總回風(fēng)量（m3/s）;[h]表示礦井通風(fēng)阻力（Pa）;[R]為風(fēng)阻值（Ns2/m8）。

北翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)通風(fēng)總阻力[h]=1 933.8Pa，總回風(fēng)量[Q]=78.6m3/s，則等積孔[A]=2.127 01m2，風(fēng)阻值[R]=0.313 01Ns2/m8。

新風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)通風(fēng)總阻力[h]=960.5Pa，總回風(fēng)量[Q]=122.4m3/s，則等積孔[A]=4.699 87m2;風(fēng)阻值[R]=0.064 11Ns2/m8。

根據(jù)面表3可知，無論從礦井風(fēng)阻值還是從等積孔對(duì)鶴壁三礦北翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)和新風(fēng)井擔(dān)負(fù)系統(tǒng)通風(fēng)難易程度進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，均為容易。

4 結(jié)論

①主測路線一的精度為0.5%，主測路線二的精度為1.9%，測定相對(duì)誤差均小于2%，結(jié)果滿足精度要求。

②鶴壁三礦北翼風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)系統(tǒng)通風(fēng)總阻力為1 933.8Pa，其中進(jìn)風(fēng)段對(duì)總阻力的影響最大，約占59.6%，回風(fēng)段對(duì)總阻力的影響次之，約占22.3%，用風(fēng)段對(duì)總阻力的影響最小，約占18.1%，三段阻力分布合理;新風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)系統(tǒng)通風(fēng)總阻力為960.5Pa，其中用風(fēng)段對(duì)總阻力的影響最大，約占49.5%，回風(fēng)段對(duì)總阻力的影響次之，約占29.5%，進(jìn)風(fēng)段對(duì)總阻力的影響最小，約占21.0%，三段阻力分布合理。

③北翼風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)系統(tǒng)A值為2.127 01m2，[Rm]為0.313 01Ns2/m8，通風(fēng)難易程度為容易;新風(fēng)井風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)系統(tǒng)A值為4.699 87m2，[Rm]為0.064 11Ns2/m8，通風(fēng)難易程度為容易。

可見，礦井北翼部分巷道變形嚴(yán)重、斷面較小，阻力較大，建議及時(shí)維護(hù)巷道，擴(kuò)大局部巷道面積，以降低系統(tǒng)通風(fēng)阻力。

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