礦井通風阻力的統(tǒng)計與分析

高志松，張孝廣

(1.山西省節(jié)能中心有限公司，山西 太原 030045;2.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400039)

礦井通風在煤礦安全生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位，是煤礦安全生產(chǎn)和井下工作人員生命安全健康的保障，是煤礦預防瓦斯事故、粉塵危害、火災(zāi)事故的前提。空氣沿著井下巷道流動，遇到障礙物或者與井巷摩擦都必然造成能量損失，這部分損失的能量就是礦井通風阻力。

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：新井投產(chǎn)前必須進行1次礦井通風阻力測定，以后每3年至少進行1次。礦井轉(zhuǎn)入新水平生產(chǎn)或改變一翼通風系統(tǒng)后，必須重新進行礦井通風阻力測定。AQ1028-2006《煤礦井工開采通風技術(shù)條件》對不同礦井通風系統(tǒng)風量下系統(tǒng)的通風阻力值做了明確限定(見表1)，MT/T400-2008《礦井通風阻力測定方法》對礦井通風阻力測定進行了詳細規(guī)定，國內(nèi)研究機構(gòu)還根據(jù)部分礦井巷道摩擦阻力系數(shù)實測數(shù)據(jù)，編制了供通風設(shè)計參考的井巷摩擦阻力系數(shù)表。

表1 礦井通風阻力要求

理清礦井通風阻力，能更好地評價礦井的通風能力，清楚地了解礦井通風阻力分布情況，是礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化的重要依據(jù)，為礦井防滅火設(shè)計提供重要數(shù)據(jù)，故掌握礦井通風阻力對煤礦安全生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。

通過對山西省231座生產(chǎn)礦井通風系統(tǒng)通風阻力的統(tǒng)計，分析影響礦井通風阻力的幾個關(guān)鍵因素以及內(nèi)在聯(lián)系，同時還分析礦井阻力分布情況及影響因素，對礦井通風系統(tǒng)設(shè)計以及優(yōu)化有著積極的指導意義。

1 礦井通風阻力的統(tǒng)計與分析

1.1 礦井統(tǒng)計概況

山西省是我國主要煤炭生產(chǎn)大省，截至2020年12月底，全省共有生產(chǎn)煤礦668座，合計產(chǎn)能104 560萬t/a。其中產(chǎn)能120萬t及以上的有324座，產(chǎn)能77 360萬t/a，占總產(chǎn)能的74%，產(chǎn)能在90萬t及以下的有340座，合計產(chǎn)能26 590萬t，占總產(chǎn)能的25%[5]。

本次統(tǒng)計礦井涵蓋全省11個地級市，共統(tǒng)計231座礦井通風系統(tǒng)，包含因礦井通風系統(tǒng)有重大變化而再次進行通風阻力測定的礦井。按礦井瓦斯等級，低瓦斯礦井占115座·次，占統(tǒng)計總數(shù)的49.8%，高瓦斯礦井96座·次，占統(tǒng)計總數(shù)的41.6%，突出礦井20座·次，占統(tǒng)計總數(shù)的8.6%。按礦井核定年產(chǎn)能統(tǒng)計(見表2)，產(chǎn)能90萬t/a及其以下的107座·次，占統(tǒng)計總數(shù)的46.3%；產(chǎn)能90萬t/a以上且產(chǎn)能小于300萬t/a的98座·次，占統(tǒng)計總數(shù)的42.5%；產(chǎn)能300萬t/a及其以上且產(chǎn)能小于500萬t/a的13座·次，占統(tǒng)計總數(shù)的5.6%；產(chǎn)能500萬t/a及其以上的13座·次，占統(tǒng)計總數(shù)的5.6%.

表2 按產(chǎn)能分礦井數(shù)量和比例

1.2 礦井通風阻力、系統(tǒng)風量及礦井等級孔

礦井通風阻力、系統(tǒng)風量及礦井等級孔三者之間的關(guān)系可用下式表示：

式中：h為礦井通風阻力，Pa；Q為礦井或系統(tǒng)總風量，m3/min；A為等積孔，m2。

統(tǒng)計分析的231座礦井中包含有2個及2個以上回風井的礦井，分別對每個獨立通風系統(tǒng)的通風阻力、風量及等積孔進行統(tǒng)計分析。

1) 系統(tǒng)風量Q≤3 000 m3/min，共7座·次，其中低瓦斯礦井5座·次，高瓦斯礦井2座·次，無突出礦井；產(chǎn)能45萬t/a的1座·次，產(chǎn)能120萬t/a的6座·次；礦井或系統(tǒng)通風阻力h最小值為123.1 Pa，最大值為1 591.5 Pa，平均值為689.8 Pa；等積孔A最小值為1.26 m2，最大值為3.00 m2，平均值2.01 m2；通風路線長度L最短為2 239 m，最長為6 558 m，平均4 269 m。

可見，當系統(tǒng)風量較小時，主要為低瓦斯礦井，礦井產(chǎn)能較小，礦井通風阻力較小，等積孔較小，通風路線距離較短。

2) 系統(tǒng)風量3 000 m3/min

可見，當系統(tǒng)風量3 000 m3/min

3) 系統(tǒng)風量5 000 m3/min

表3 5 000 m3/min

可見，當系統(tǒng)風量5 000 m3/min

4) 系統(tǒng)風量10 000 m3/min

表4 10 000 m3/min

可見，當通風系統(tǒng)風量10 000 m3/min

5) 此次未統(tǒng)計到單風井通風系統(tǒng)風量Q>20 000 m3/min的礦井。

根據(jù)以上統(tǒng)計分析可知，隨著礦井通風系統(tǒng)風量的不斷增大，高瓦斯礦井和突出礦井所占比例有增大趨勢，大型礦井所占比例逐漸增大，系統(tǒng)通風阻力、等積孔及通風路線等也不斷增長。

2 “三段”通風阻力分布分析

礦井通風阻力測定中，通常把通風系統(tǒng)分為進風段、用風段、回風段等三段，進風段一般指從進風井—主要進風巷—采區(qū)進風巷—工作面進風口，用風段主要指從工作面進風口—進風巷—工作面—回風巷—回風口，回風段指從工作面回風巷口—采區(qū)回風巷—主要回風巷—回風井—風硐口。通過計算“三段”通風阻力值，可以很好地掌握礦井通風阻力的分布情況，為礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化、進一步降低礦井通風阻力提供支撐。

1) 進風段通風阻力占系統(tǒng)通風阻力比例最大的有44座礦井，占19.0%；用風段通風阻力占系統(tǒng)通風阻力比例最大的有25座礦井，占10.8%；回風段通風阻力占系統(tǒng)通風阻力比例最大的有162座礦井，占70.1%，可見，通風阻力一般主要集中在回風段，進風段次之，用風段最少。

2) 進風段通風阻力占比情況見表5，由表5可知：進風段占比主要集中在15%～45%，主要原因是進風井多為兩個及其以上，進風相對分散，進風大巷支護相對完好，巷道底鼓、變形等現(xiàn)象較少，進風段巷道摩擦阻力系數(shù)相對較小，風阻較小，最終導致進風段阻力相對較小，所占比例較小。

表5 進風段通風阻力占比

3) 用風段通風阻力占比情況見表6，由表6可知：用風段占比主要集中在30%以內(nèi)，主要因為工作面風量一般較小，通風路線距離較短；部分系統(tǒng)用風段通風阻力較大，主要是因為工作面離回風井較近，為保證距回風井較遠巷道的風量，必須在工作面進風巷道或者回風巷道安裝控風設(shè)施，導致用風段通風阻力增大。

表6 用風段通風阻力占比

4) 回風段通風阻力占比情況見表7，由表7可知：回風段占比主要集中在30%以上，大的甚至達到70%以上。除了回風巷風量集中及通風路線距離較長等因素外，主要有以下原因，導致通風阻力變大。一是礦井初步設(shè)計時回風巷道斷面較小，后期礦井提升產(chǎn)能，導致礦井需風量增大，而回風巷道沒有進行重新設(shè)計或擴巷；二是由低瓦斯礦井變?yōu)楦咄咚沟V井或突出礦井后，回風巷道安裝瓦斯抽采管路，而沒有進行及時擴巷；三是由于保護煤柱距離較小或者礦井地壓過大，隨著工作面的不斷回采，導致巷道底鼓、片幫等現(xiàn)象發(fā)生；四是管理上的疏忽，由于回風巷道平時行人較少，且發(fā)生底鼓、片幫等情況時擴巷成本較高，企業(yè)不愿花費人力物力進行維護。

表7 回風段通風阻力占比

3 結(jié) 語

1) 隨著通風系統(tǒng)風量的不斷增大，高瓦斯礦井和突出礦井所占比例有所增多，大型礦井所占比例逐漸增大，通風系統(tǒng)阻力、等積孔及通風路線等不斷增長。

2) 礦井通風阻力在進風段和用風段占比一般相對較小，主要集中在回風段，必須加強通風系統(tǒng)管理，確保礦井安全生產(chǎn)。