中興礦通風(fēng)阻力測(cè)定結(jié)果分析與對(duì)策措施

王俊鵬

（山西省節(jié)能中心有限公司，山西 太原030045）

0 引言

礦井通風(fēng)阻力是空氣沿井巷運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于風(fēng)流的粘滯性和慣性及井巷壁面等對(duì)風(fēng)流的阻滯、擾動(dòng)作用而形成的通風(fēng)阻力，它是造成風(fēng)流能量損失的原因。礦井通風(fēng)阻力的降低及通風(fēng)能力的提高是一項(xiàng)長(zhǎng)期性的工作，通風(fēng)阻力測(cè)定是生產(chǎn)礦井通風(fēng)技術(shù)管理工作的重要內(nèi)容之一[1]。

1 礦井概況

礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2.00 Mt/a，開(kāi)采深度+970～+540 m，采用斜井開(kāi)拓方式，機(jī)械抽出式通風(fēng)方式，分1和3 2個(gè)采區(qū)進(jìn)行開(kāi)采。峁上回風(fēng)斜井主要承擔(dān)1采區(qū)回風(fēng)任務(wù)，風(fēng)量134.66 m3/s，馬莊回風(fēng)立井承擔(dān)3采區(qū)回風(fēng)任務(wù)，風(fēng)量150.72 m3/s。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量61.07 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量21.72 m3/t；礦井絕對(duì)二氧化碳涌出量為12.40 m3/min，相對(duì)二氧化碳為4.41 m3/t，礦井為煤與瓦斯突出礦井；采煤方法采用單一長(zhǎng)壁采煤法，后退式回采，全部冒落法管理頂板。峁上回風(fēng)斜井安裝BDK618-8-№28型防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，1備1用；馬莊回風(fēng)立井安裝FBCDZ-№34型(雙級(jí))通風(fēng)機(jī)，1備1用。

2 礦井通風(fēng)阻力測(cè)定及測(cè)定結(jié)果

礦井通風(fēng)阻力測(cè)定有助于了解礦井阻力分布的合理性，確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)最大阻力路線上巷道的阻力分布及其他分支巷道或區(qū)段的阻力值；根據(jù)阻力分布情況精確定位阻力超常的分支，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的改善、精準(zhǔn)降阻、通風(fēng)機(jī)降耗及均壓防滅火提供數(shù)據(jù)支持。

2.1 通風(fēng)阻力測(cè)定的理論

井巷內(nèi)空氣沿軸線流動(dòng)為紊流狀態(tài)，遵循伯努利能量方程，2點(diǎn)間的通風(fēng)阻力如下式所示[2]：

式中：h1-2為2點(diǎn)間的通風(fēng)阻力，Pa；P1-P2為2點(diǎn)間的靜壓差，Pa；（Z1-Z2）gρ1-2為2點(diǎn)間的位壓差，為2點(diǎn)間的速壓差，Pa。

2.2 通風(fēng)阻力測(cè)定的路線選擇

通風(fēng)阻力測(cè)定測(cè)點(diǎn)應(yīng)滿足以下要求[3]：①測(cè)點(diǎn)應(yīng)在分風(fēng)點(diǎn)或匯風(fēng)點(diǎn)前（或后）處選擇。選在前方不小于巷道寬度3倍，選在后方不小于巷道寬度8倍；在巷道拐彎及斷面變化大的地方選點(diǎn)時(shí)，選在前方不小于巷道寬度3倍，選在后方不小于巷道寬度8倍；②測(cè)點(diǎn)前后3 m巷道內(nèi)支護(hù)良好，無(wú)堆積物；③運(yùn)用氣壓計(jì)發(fā)測(cè)定時(shí)，2個(gè)測(cè)點(diǎn)間壓差應(yīng)不小于20 Pa；④2個(gè)測(cè)點(diǎn)間不應(yīng)有分風(fēng)點(diǎn)或匯風(fēng)點(diǎn)。

根據(jù)該礦通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際情況，參照通風(fēng)系統(tǒng)圖以及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖確定礦井通風(fēng)阻力測(cè)定路線。通風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

結(jié)合中興礦實(shí)際生產(chǎn)情況，礦井通風(fēng)阻力測(cè)定期間共有2個(gè)采區(qū)：1采區(qū)和3采區(qū)。峁上回風(fēng)斜井擔(dān)負(fù)1采區(qū)回風(fēng)任務(wù)，馬莊回風(fēng)立井擔(dān)負(fù)3采區(qū)回風(fēng)任務(wù)。

1采區(qū)測(cè)定路線為峁上主斜井→峁上主斜井繞道→東翼軌道巷→1207工作面→一采回風(fēng)巷→峁上回風(fēng)斜井→風(fēng)硐，即1→2→3→4→5→6→7。

3采區(qū)測(cè)定路線為材料斜井→一采軌道巷→西翼軌道巷→3205工作面→三采回風(fēng)巷→馬莊回風(fēng)立井→風(fēng)硐，即8→9→10→11→12→13。

2.3 通風(fēng)阻力測(cè)定結(jié)果及分析

根據(jù)1采區(qū)通風(fēng)阻力測(cè)算表1可知，1采區(qū)通風(fēng)阻力為2 370.8 Pa，進(jìn)風(fēng)段1→4測(cè)點(diǎn)間的阻力為557.5 Pa，用風(fēng)段4→5測(cè)點(diǎn)間的阻力為655.8 Pa，回風(fēng)段5→7測(cè)點(diǎn)間的阻力為1157.5 Pa；根據(jù)3采區(qū)通風(fēng)阻力測(cè)算表2可知3采區(qū)通風(fēng)阻力為2 322.6 Pa，進(jìn)風(fēng)段8→10測(cè)點(diǎn)間的阻力為1 279.0 Pa，用風(fēng)段10→11測(cè)點(diǎn)間的阻力為531.6 Pa，回風(fēng)段11→13測(cè)點(diǎn)間的阻力為512.0 Pa。

表1 一采區(qū)通風(fēng)阻力測(cè)算結(jié)果

表2 三采區(qū)通風(fēng)阻力測(cè)算結(jié)果

通過(guò)對(duì)礦井各個(gè)巷道測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，分析得出中興礦1采區(qū)、3采區(qū)2條測(cè)定路線進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段的阻力分布情況，見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 一采區(qū)阻力分布柱狀圖

圖2 3采區(qū)阻力分布柱狀圖

由圖1可知，1采區(qū)測(cè)定路線進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段阻力比為23.5∶27.7∶48.8?？梢?jiàn)，1采區(qū)回風(fēng)段所占比例較大，即測(cè)點(diǎn)5→7之間巷道阻力較大。

由圖2可知3采區(qū)測(cè)定路線進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段阻力比為55.1∶28.5∶22.1。可看出進(jìn)風(fēng)段阻力所占比例較大，即測(cè)點(diǎn)8→10之間巷道阻力較大。

3 礦井等積孔及風(fēng)阻計(jì)算

通常用礦井等積孔A和風(fēng)阻R來(lái)評(píng)價(jià)礦井通風(fēng)的難易程度，其計(jì)算公式分別為：

式（3）、式（4）中：A為礦井等積孔，m2；Q為礦井總回風(fēng)量，m3/s；h為礦井通風(fēng)阻力，Pa；R為礦井總風(fēng)阻，N·s2/m8。

1采區(qū)通風(fēng)阻力為2 370.8 Pa，峁上回風(fēng)斜井風(fēng)量為134.66 m3/s；

3采區(qū)通風(fēng)阻力為2 322.6 Pa，馬莊回風(fēng)立井風(fēng)量為150.72 m3/s。

通過(guò)計(jì)算可知，1采區(qū)等積孔為3.3 m2，風(fēng)阻為0.131 N·s2/m8，3采區(qū)等積孔為3.7m2，風(fēng)阻為0.102 N·s2/m8。

根據(jù)表3、表4可判定1采區(qū)和3采區(qū)通風(fēng)難易程度均為容易且滿足要求。

表3 礦井通風(fēng)難易程度分級(jí)[4]

表4 礦井通風(fēng)阻力要求[5]

4 對(duì)策措施

1）材料斜井、一采軌道巷巷道斷面積小且巷道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，1采區(qū)峁上回風(fēng)斜井巷道斷面小，面貌差，邊壁粗糙，導(dǎo)致阻力值較大，應(yīng)對(duì)巷道進(jìn)行擴(kuò)巷并對(duì)巷道進(jìn)行維護(hù)以減小阻力。摩擦風(fēng)阻與巷道摩擦阻力系數(shù)、巷道長(zhǎng)度、巷道周長(zhǎng)成正比，與巷道斷面積的三次方成反比，在其他參數(shù)不變時(shí)，井巷斷面擴(kuò)大33%，巷道的摩擦風(fēng)阻減少50%，擴(kuò)大巷道斷面有助于降低阻力。

2）加強(qiáng)巷道維護(hù)和管理。主要巷道內(nèi)不得隨意停放車輛、堆積木料等，保證巷道足夠的通風(fēng)斷面。