郴州地區(qū)煤礦通風阻力測定及分析

摘 ?要：煤礦通風系統(tǒng)在整個安全生產(chǎn)系統(tǒng)中占有很重要的地位，它在服務安全生產(chǎn)系統(tǒng)的同時又對安全系統(tǒng)有著很大制約作用。通過對湖南郴州地區(qū)15個煤礦通風阻力測定，獲取了具有代表的特征井巷摩擦阻力系數(shù)，分析出了阻力存在關鍵所在，并提出了降阻措施。

關鍵詞：煤礦;生產(chǎn)系統(tǒng);通風阻力;摩擦阻力系數(shù)

中圖分類號：TD722????文獻標識碼：A ???文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

礦井通風阻力這一物理量不僅能夠很好的衡量礦井的通風能力，通過對各項數(shù)據(jù)的測量，獲得各段巷道的阻力值和系統(tǒng)阻力的分布狀況，可作為對礦井生產(chǎn)技術改造時的一項依據(jù)。

1 通風阻力測定

1.1 測定方案的確定

礦井通風阻力測定常用有氣壓計法和壓差計法兩種方法。兩種方法對比：氣壓計法因其所用測量儀器體積較小，重量輕，測定人員操作簡單，能夠快速觀測記錄;壓差計法測阻使用儀器簡單，故測量精度較高，但測定工作程序較為復雜，需要測定人員配合默契。郴州地區(qū)的煤礦開采范圍較大、深度深，其測量范圍廣，線路長。在確保精度的情況下，我們選用了整體控制較好的氣壓計法。具體做法是：使用2臺CZC5A通風阻力檢測儀，在副井井口同時設置歸零，一臺留在副井井口，設置每五分鐘記錄一次大氣壓的變化，另一臺隨時攜帶在身上，按照之前的擬定測定路線對各項數(shù)據(jù)進行測定。

1.2 測定儀器選擇

測定所使用的儀器、儀器如表1所示。

1.3 測定線路的選擇及測點布置

1.3.1 測定線路的選擇

一般是選擇一條通風線路長，并且經(jīng)過采煤地點的線路作為主測定線路，然后再選擇一條風量比較小的路線作為次測定路線。主要路線和次要路線可進行相互校驗。

1.3.2 測點布置

測定路線選定后，根據(jù)井巷布置情況，在通風系統(tǒng)圖上標定測點的位置，沿測定路線將測點依次編號。

1.4 主要參數(shù)計算

1.4.1 井巷幾何參數(shù)的測算

巷道斷面積，周長的計算如表2所示。

注：S_L—斷面面積，㎡;B_L—寬度或腰線長度，m;

H_L—全高，m。R—圓半徑;π—圓周率，取3.142

1.4.2井巷內(nèi)風量、風速計算：

井巷內(nèi)風量按以下公式計算

式中：Q—巷道里面的通風量，m³/min;S—巷道內(nèi)部斷面的面積，m²;

V—風速，m/min

1.4.3 測定空氣密度計算

濕空氣密度的計算式為：

式中：P—測點絕對靜壓，Pa;t—測點空氣溫度，℃;

—t、t_w（濕溫度）時空氣的相對濕度，%;P_b—空氣在t溫度下的飽和水蒸氣壓力，Pa。

1.4.4井巷斷面的速壓計算

井巷兩端斷面各自的速壓是根據(jù)其平均風速和空氣密度決定的，即：

式中：h_v—巷道斷面的速壓，Pa;r—測點空氣密度，kg/m³;

V—測點平均風速，m/s。

1.4.5井巷通風阻力計算

巷道兩端斷面間的阻力由下面的公式計算：

式中：h_{s（i，j）}—始斷面靜壓到末斷面靜壓的差值，Pa;

B_i、B_j—始、末斷面氣壓計靜壓差讀數(shù)，Pa;

B_i'、B_j'—B_i、B_j時基點氣壓計靜壓差讀數(shù)，Pa;

H_{z（i，j）}—始、末斷面的位壓差，Pa;

Z_i、Z_j—始、末斷面底板標高，m;

r_i、r_j—始、末斷面空氣密度，kg/m³;

h_{v（i，j）}—始斷面速壓與末斷面速壓差，Pa。

1.4.6礦井通風總阻力計算

從進風井井口到回風井風硐內(nèi)測點的全礦井通風阻力，等于一條主要通風路線上各巷道通風阻力之和，即：

1.4.7井巷風阻R_L及摩擦系數(shù)α_L計算

（1）計算巷道風阻R_L

，N.s²/m⁸

（2）巷道摩擦阻力系數(shù)a_L

，N.s²/m⁴

1.4.8自然風壓的測算

通過計算主線上測得空氣密度值和標高值，并利用平均密度算法，求得測點線上各段的壓差代數(shù)和，就可以計算出關于該條測線路的自然風壓值。而礦井內(nèi)部的自然風壓值可以利用下面的公式計算：

式中：Z₀—風硐內(nèi)測壓處標高與進風井口處標高的差值，m;

r₀—地面空氣平均密度值，kg/m³;其它符號的代表和前面所述相同。

1.4.9 礦井等積孔測算

井等積孔計算公式為

2 測定數(shù)據(jù)計算和誤差分析

將測定的各項數(shù)據(jù)，按照測定編號依次輸入編制好的Excel程序里，通過進行相應的計算分析和處理，即可得到礦井通風阻力值。在測阻過程中，難免存在有一定的測量誤差，誤差限定在一定范圍內(nèi)（一般要求δ小于5%），測定的結果才變得真實、可靠。系統(tǒng)阻力測定誤差是按通風機房的水柱計讀數(shù)計算出系統(tǒng)理論通風阻力與實測系統(tǒng)阻力比，而得到的相對誤差，具體計算公式如下：

式中：δ—阻力測定相對誤差，%;?h'—阻力的理論計算值，h'=hs-hv+hn，Pa;

hs—通風機房水柱計讀數(shù)，Pa;

hv—風硐內(nèi)測壓斷面處的速壓值，Pa;

h—全礦通風阻力實際測量值，Pa;

hn—礦井自然風壓值，Pa。

經(jīng)過對郴州地區(qū)15家煤礦的通風阻力進行測定分析后，礦井通風在890～2198Pa之間，多數(shù)在1400Pa左右，相對誤差都在5%以下，其精度都符合要求。

產(chǎn)生誤差的原因分析：（1）某些巷道進入的風量比較小，且阻力也比較小，有些風阻甚至小到了儀器靈敏度范圍內(nèi);（2）有些巷道斷面變形，使得斷面面積不好測算;還有就是部分地段的風流不夠穩(wěn)定，讓儀器難以讀出具體數(shù)值。

3阻力分析

郴州地區(qū)煤礦巷道斷面一般均是半圓拱，支護形式均是錨網(wǎng)噴，部分井筒和破碎段則采用砌碹支護。通風距離較遠，一般在3000m左右，個別煤礦達到了4000m（如湘永礦業(yè)有限公司銅角灣煤礦）。礦井等積孔在0.6～1.3之間，一般為0.8左右，大體上通風難易程度屬于困難。

3.1 阻力分析

在通風阻力測定過程中，根據(jù)礦井現(xiàn)場的實際情況，選取了井巷長度大于200m、斷面較為規(guī)整且過風量較大的巷道進行了摩擦阻力系數(shù)測定計算，通過測定計算獲得了湖南郴州地區(qū)煤礦部分具有代表特征的巷道摩擦阻力系數(shù)α值。半圓拱采用錨網(wǎng)噴，巷道成形較好，壁面凹凸度>100mm，α×10⁴值為184～278;半圓拱采用砌碹，但壁面凹凸度<150mm，α×10⁴值為52～172;梯形斷面，金屬支護，α×10⁴值為257～564;這些參數(shù)就今后煤礦通風技術改造具有一定的參考意義。通過對現(xiàn)場實際情況的掌握和對測定的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，整理出了各煤礦通風系統(tǒng)均存在如下共性問題。（1）礦井進風段和用風段巷道通風阻力較小，占總阻力的35%左右;回風段巷道通風阻力占總阻力的60%以上。（2）巷道受地壓影響，斷面出現(xiàn)了變形、巷道冒頂失修等現(xiàn)象，斷面忽大忽小，存在積水、堆放材料、小斷面巷道存放礦車、已廢棄的風門門框未拆除、返修增加支護厚度，這些因素都是導致通風阻力的增加。（3）部分礦井在進行主要通風機更換時，新砌筑的風硐距離長，斷面小，主要通風機一味的追求大風機、大功率，沒有選擇與礦井通風能力相匹配的通風機，使得風機工作效率偏低。

3.2 降低通風阻力的措施

（1）合理的布置采掘工程，盡可能的減少回風段巷道長度。（2）加強對于巷道的保護和維護，對于一些通風阻力較大的地段，可以采取啟封廢舊巷道實現(xiàn)并聯(lián)通風。同時，加強對巷道內(nèi)的堆積物、積水的清理;巷道斷面較小段，必須時要進行擴刷;盡可能的見少礦車、材料對巷道斷面的堵塞，增加巷道有效過風斷面。（3）井巷布置時眼光要放長，適當?shù)脑黾泳蜻M時巷道斷面，施工時要狠抓工程質(zhì)量，使斷面規(guī)格一致，壁面平整光滑。

4 結語

通過以上對通風阻力的具體測定，基本上讓我們了解和掌握了郴州地區(qū)煤礦礦井通風阻力的大小及分布情況，希望通過這次分析，為下一步的通風改造工作奠定方案。

參考文獻

[1] 謝中鵬.礦井通風與安全[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

收稿日期：2019-07-19

作者簡介：陳青峰（1986—），男，漢族，湖南衡陽人，本科，工程師，研究方向：煤炭開采技術;通風與安全。