莒山礦ZF115 工作面回采巷道通風(fēng)阻力測定分析

崔李偉

（山西蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048002）

井工開采時各巷道風(fēng)量及節(jié)點(diǎn)風(fēng)阻變化會直接影響各用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量，甚至影響整個通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行[1-2]。分析掌握井下巷道風(fēng)阻分布情況，從而判定通風(fēng)條件是否滿足現(xiàn)場需要，對確保通風(fēng)系統(tǒng)高效運(yùn)行具有重要意義[3-6]。莒山礦3 號煤通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)構(gòu)建超過15年，為提升礦井通風(fēng)效果，需對井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)評定。文中即以莒山礦ZF115 工作面為工程背景，采用現(xiàn)場實(shí)測法對回采巷道通風(fēng)阻力測定。

1 工程概況

莒山礦采用斜井開拓，主采3 號煤層，為低瓦斯礦井。 ZF115 工作面開采 3 號煤， 厚度5.51~6.16m，平均厚5.83 m，夾雜2~3 層矸石，煤層賦存較為穩(wěn)定，埋深平均120 m。ZF115 采面設(shè)計走向、傾向長分別為1 180 、215 m，采用雙巷布置形式、U 型通風(fēng)，即為運(yùn)輸順槽進(jìn)風(fēng)、軌道順槽回風(fēng)。采面回采巷道支護(hù)均采用斷面均為梯形（上寬2.7 m、下寬 3.5 m、巷高 2.25 m），凈斷面為 6.98 m2，采用工字鋼架棚支護(hù)方式。

采面通風(fēng)線路為:

進(jìn)風(fēng)路線：進(jìn)風(fēng)斜井→集中材料運(yùn)輸巷→北大巷→5 號通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷→ZF115 工作面軌道順槽→ZF115 工作面。

回風(fēng)路線：ZF115 工作面→ZF115 工作面皮帶順槽→回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷→采區(qū)集中回風(fēng)巷→回風(fēng)斜井→地面。

進(jìn)風(fēng)路線：進(jìn)風(fēng)斜井→一采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷→一采區(qū)集中運(yùn)輸巷→-ZF115 運(yùn)輸順槽-→ZF115 工作面。

回風(fēng)路線：ZF115 工作面→ZF115 軌道順槽→一采區(qū)回風(fēng)巷-→總回風(fēng)巷→回風(fēng)立井→地面。

2 采面回采巷道風(fēng)阻測量

2.1 測量儀器

本次通風(fēng)阻力測定選用的儀器包括有手動秒表、快速風(fēng)表、卷尺及CZC5 通風(fēng)阻力測試儀。將CZC5 檢測儀布于井口，用以監(jiān)測井口大氣壓力變化情況；其他的測量儀器按照測點(diǎn)布置情況進(jìn)行風(fēng)量值測定，盡可能增加測量速度從而降低大氣壓變化造成測量結(jié)果有較大誤差[7-8]。

風(fēng)量測定時，選用一穩(wěn)定位置作為測量基準(zhǔn)點(diǎn)，在該基準(zhǔn)點(diǎn)上布置測量儀器每隔30s 自動測量并記錄數(shù)據(jù)，測量結(jié)束后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行分析。安裝預(yù)先設(shè)定的測量線路在巷道內(nèi)選擇測點(diǎn)，待儀器上數(shù)值變化幅度可忽略時記錄該測點(diǎn)編號、實(shí)時風(fēng)速、支護(hù)參數(shù)及巷道斷面大小。

2.2 通風(fēng)阻力測定分析

2.2.1 運(yùn)輸順槽通風(fēng)阻力測定分析

對ZF115 工作面運(yùn)輸順槽測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算得到運(yùn)輸順槽通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)阻為960.5 Pa，具體各測點(diǎn)通風(fēng)阻力變化情況見圖1。

圖1 運(yùn)輸順槽通風(fēng)阻力測定情況

圖1 中19~31 號測點(diǎn)為運(yùn)輸順槽斷面積5.7 m2區(qū)段，長度約485 m，平均風(fēng)速約4.06 m/s、平均風(fēng)量約588 m3/min，通風(fēng)阻力為368 Pa；31~37 號測點(diǎn)為軌道順槽斷面積約為6.2 m2區(qū)段，該段長度865 m、平均風(fēng)速3.25 m/s，順槽風(fēng)量平均1 209 m3/min，通風(fēng)阻力為592.5 Pa。上述2 個區(qū)段為采面運(yùn)輸順槽通風(fēng)高阻區(qū)。

2.2.2 軌道順槽通風(fēng)阻力測定分析

對ZF115 工作面軌道順槽測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算得到運(yùn)輸順槽通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)阻為946.3 Pa，具體各測點(diǎn)通風(fēng)阻力變化情況見圖2。

圖2 軌道順槽通風(fēng)阻力測定情況

圖2 中56~63 號測點(diǎn)為軌道順槽斷面積5.6 m2區(qū)段，該區(qū)段長度為915 m，風(fēng)速平距3.15 m/s，風(fēng)量平均1 058.4 m3/min，通風(fēng)阻力平均358 Pa；同樣63~66 號測點(diǎn)為運(yùn)輸順槽斷面積6.4 m2區(qū)段，該區(qū)段長度470 m，風(fēng)速平均2.80 m/s，風(fēng)量平均1 075.2 m3/min，通風(fēng)阻力平均588.3 Pa。上述2 個區(qū)段為軌道順槽通風(fēng)高阻區(qū)段。

3 通風(fēng)阻力分布分析

3.1 回采巷道風(fēng)阻分布

對莒山礦ZF115 軌道順槽、運(yùn)輸順槽按照進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)段及用分段進(jìn)行劃分，為了便于直觀的掌握回采巷道通風(fēng)阻力分布情況，分別設(shè)定軌道順槽、運(yùn)輸順槽為用風(fēng)段。依據(jù)現(xiàn)場測定結(jié)果，具體得到采面軌道順槽、運(yùn)輸順槽風(fēng)阻分布情況，具體見表1。

表1 軌道順槽、運(yùn)輸順槽通風(fēng)阻力分布

從表1 看出，ZF115 工作面運(yùn)輸順槽、軌道順槽是通風(fēng)線路中通風(fēng)阻力高阻段，上述2 段風(fēng)阻占總風(fēng)阻比值分別為32.24%、31.33%。主要由于運(yùn)輸順槽、軌道順槽內(nèi)有較多的機(jī)械設(shè)備，加之順槽斷面積出現(xiàn)一定的變化所致。總體來說，ZF115 工作面回采巷道通風(fēng)阻力分布較為合理。

3.2 有效風(fēng)量率

工作面有效通風(fēng)量率可通過下式計算[9]：

式中：Pe為有效風(fēng)量率，100%；Qe為采面有效風(fēng)量，m3/min；Qr為采面總風(fēng)量，m3/min。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果，取Qe= 998.4 m3/min、Qr=1 209 m3/min，計算得到有效風(fēng)量率為88.9%，超出礦井通風(fēng)管理規(guī)程規(guī)定值85%，表明采用通風(fēng)效果較好。

4 結(jié) 論

采用現(xiàn)場實(shí)測法對ZF115 工作面軌道順槽、運(yùn)輸順槽通風(fēng)阻力進(jìn)行測定，并分析了進(jìn)風(fēng)段、回風(fēng)段風(fēng)阻分布特點(diǎn)，具體取得如下主要結(jié)論：

1）為了實(shí)現(xiàn)對ZF115 工作面回采巷道通風(fēng)阻力進(jìn)行測定，選擇2 條測定路線，即為采面上部進(jìn)風(fēng)路線、下部回風(fēng)路線，共計布置76 個測點(diǎn)?？偨Y(jié)、分析測定數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，采面運(yùn)輸順槽、軌道順槽通風(fēng)阻力分別為960.5 Pa、946.3 Pa，2 段均為通風(fēng)線路中的高阻段。

2）通過分析通風(fēng)線路風(fēng)阻發(fā)現(xiàn)，采面通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)阻分布較為合理；計算得到采面有效通風(fēng)率為88.9%，超過通風(fēng)規(guī)程要求的85%規(guī)定值，采面通風(fēng)效率較高。

3）從測定數(shù)據(jù)分析結(jié)果看出，運(yùn)輸順槽、軌道順槽風(fēng)阻占總風(fēng)阻分別為32.24%、31.33%，因此降低上述兩高阻段風(fēng)阻是降低礦井總風(fēng)阻的關(guān)鍵，不僅使得通風(fēng)系統(tǒng)處于良好狀態(tài)而且可降低通風(fēng)費(fèi)用。