礦井通風(fēng)阻力分布測定與分析

劉青山

（山西省霍州煤電集團有限公司紫晟煤業(yè)，山西霍州031400）

煤礦通風(fēng)是保證礦井作業(yè)安全的一種最主要技術(shù)方法。井下通風(fēng)系統(tǒng)阻力是指由巷道、井筒及其構(gòu)筑物組合而成對通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生總的通風(fēng)阻力，是重要的礦井通風(fēng)能力評價標準，礦井的阻力狀況測定是管理煤礦通風(fēng)體系的主要技術(shù)內(nèi)容。所以，為進一步加強煤礦通風(fēng)管理，對其通風(fēng)體系進行阻力及風(fēng)量的測定，以便對整個礦通風(fēng)系統(tǒng)的阻力及風(fēng)量分布加以了解及掌握。

1 阻力通風(fēng)的測定

1.1 測定的方法

礦井風(fēng)阻測定的方法有兩種：氣壓計方法與壓差計方法。

（1）壓差計方法測定原理為在巷道量①、②測點分別安裝皮托管各一根，安裝的皮托管要放在巷道的中心位置，為了達到消除風(fēng)的速壓，必須將皮托管尖部對著風(fēng)流方向，風(fēng)向與管軸平行，壓差計安裝于②號測試點，另外，使用風(fēng)速表分別測出①和②兩點風(fēng)速值，使用氣壓計與濕度計測出空氣的密度。這時，壓差表顯示的數(shù)值為兩測點間勢能差與靜壓差[1]。

（2）氣壓計方法的測定原理是使用精密的氣壓計，將①和②量測點同時進行測量，測出的結(jié)果是兩點間靜壓絕對差，然后依據(jù)為壓差與動壓差將風(fēng)阻計算出來。使用精密的氣壓計進行測定，首先要在地面安裝一臺氣壓計，在井下安裝另一臺氣壓計測定，根據(jù)井上井下大氣壓進行數(shù)據(jù)校正。

精密的氣壓計方法測定可測量構(gòu)物兩邊壓差。壓差計方法測定需要鋪設(shè)皮管，費時而且工作量大。氣壓計方法測定不需要安裝靜壓管與膠管，省時省力操作簡單。所以，本文使用精密的氣壓計方法進行風(fēng)阻測定。

1.2 測定的線路

依據(jù)風(fēng)阻測定的目的與要求，選擇反映紫晟煤業(yè)公司煤礦系統(tǒng)通風(fēng)最具特點的最長礦井通風(fēng)線路，作為測定的線路，另外通風(fēng)線路，可作為輔助的測定線路。

選擇測定線路的原則為：

（1）測定線路必須包括礦井中最大通風(fēng)阻力線路和各種類型的巷道，它應(yīng)具有能夠反映系統(tǒng)通風(fēng)特點以及具有通風(fēng)大、線路長的特點[2]。

（2）在選擇測定地點時，要明確測點標高位置，兩測試點距離不能太近，如果太近將會增加兩點阻力測定的準確性。

依據(jù)以上原則，根據(jù)山西紫晟煤業(yè)公司進回風(fēng)井系統(tǒng)通風(fēng)結(jié)構(gòu)圖以及系統(tǒng)通風(fēng)優(yōu)化要求和礦井布置巷道的條件，先在礦井系統(tǒng)通風(fēng)圖中確定需要測定的線路與地段，隨后進行礦井考察，依據(jù)實際的要求，在礦井中布置了57個檢測點，具體如下：

（1）主測線路：紫晟煤業(yè)公司主、副斜井→輔助運輸大巷、膠帶運輸大巷→行人通路、煤倉進風(fēng)通路→采區(qū)膠帶上山→2-101 工作面→采區(qū)回風(fēng)巷→總回風(fēng)巷→回風(fēng)立井。

（2）最大的阻力線路1：紫晟煤業(yè)公司主、副斜井口→膠帶運輸大巷、軌道運輸大巷→行人通路、煤倉上口進風(fēng)通路→2-101 進風(fēng)巷→2-101 工作面→2-101回風(fēng)巷→采區(qū)回風(fēng)巷→總回風(fēng)巷→→紫晟煤業(yè)公司回風(fēng)井段。

（3）最大的阻力線路2：紫晟煤業(yè)公司主、副斜井井→膠帶運輸大巷→軌道運輸大→采區(qū)膠帶上山、采區(qū)軌道上山→采區(qū)末端系統(tǒng)→采區(qū)回風(fēng)巷→總回風(fēng)巷→紫晟煤業(yè)公司回風(fēng)立井。

1.3 測量儀器

測量儀器工具有皮尺、秒表、濕度計、溫度計、風(fēng)扇、低速風(fēng)速表、中速機械翼風(fēng)速表、JYF-1 數(shù)字精密氣壓檢測計等[4]。

2 主要的測量參數(shù)

主要參數(shù)是自然的風(fēng)壓、通風(fēng)的阻力、通風(fēng)的風(fēng)量、通風(fēng)的風(fēng)速、巷道的參數(shù)、空氣的密度等。

（1）大氣參數(shù)。空氣的密度是指單位空氣體積的質(zhì)量，它是通過道爾頓定律與氣體方程進行計算，進而獲得空氣密度[5]。

（2）礦井巷道參數(shù)。應(yīng)用皮尺進行測量巷道各點參數(shù)，或者根據(jù)斷面儀測量出巷道周長與面積，按照巷道形狀如三心拱、梯形等，使用公式將巷道的周長與巷道的斷面計算出來。

（3）風(fēng)量與風(fēng)速的計算。根據(jù)測量線路對各個測量點進行3次風(fēng)速值的測量，然后將3次獲得的測量值平均，此時得出的數(shù)值就是該點平均的風(fēng)速[6]。

（4）通風(fēng)的阻力。巷道通風(fēng)阻力是依據(jù)風(fēng)量、巷道的參數(shù)、空氣的密度、風(fēng)速進行計算風(fēng)阻。

3 測量結(jié)果和分析

通過對紫晟煤業(yè)公司礦井系統(tǒng)通風(fēng)阻力與風(fēng)量的測量以及進行數(shù)據(jù)處理，得到礦井風(fēng)量數(shù)據(jù)（表1）。

表1 紫晟煤礦各風(fēng)井的風(fēng)量與匯總表

3.1 系統(tǒng)通風(fēng)量的分析

有效的通風(fēng)量能夠反映出礦井實際通風(fēng)的效果，所以要準確測量出變電所、配電室、獨立通風(fēng)的巷道、掘進風(fēng)量、工作面風(fēng)量等風(fēng)量數(shù)據(jù)，見表2。通過表2可知，礦井有效的風(fēng)量總共為86.5m3/s，礦井總的風(fēng)量是94.78m3/s，其有效的風(fēng)量占礦井總風(fēng)量91.26%[7]。

表2 有效通風(fēng)量的統(tǒng)計表

3.2 系統(tǒng)通風(fēng)阻力的分析

根據(jù)測定結(jié)果，紫晟煤業(yè)公司進風(fēng)立井到紫晟煤業(yè)公司回風(fēng)立井最大阻力路線：紫晟煤業(yè)公司進風(fēng)副斜井→紫晟煤業(yè)公司進風(fēng)軌道運輸大巷→煤倉進風(fēng)巷→一采區(qū)膠帶上山（上倉巷）→一采區(qū)膠帶上山→一采區(qū)一聯(lián)巷→一采區(qū)回風(fēng)上山→總回繞巷→總回風(fēng)巷（下山段）→總回風(fēng)巷（上山段）→紫晟煤業(yè)公司回風(fēng)立井，如圖1所示。

阻力最大的線路上所有巷道組成阻力如圖2所示。

柴晟煤礦進風(fēng)風(fēng)段、回風(fēng)風(fēng)段、用風(fēng)風(fēng)段等所有阻力分別占總阻力情況，詳情見表3及圖3。

圖1 回風(fēng)井阻力最大路線圖示

圖2 阻力最大的線路上所有巷道組成阻力

另外，為更加細致的了解、分析礦井分布阻力情況，把礦井的阻力分成回風(fēng)風(fēng)段、用風(fēng)風(fēng)段、進風(fēng)風(fēng)段等四部分，各風(fēng)段測量見表4。通過測量可知，回風(fēng)風(fēng)段的阻力是506.1Pa，用風(fēng)風(fēng)段阻力是51.7Pa，進風(fēng)風(fēng)段阻力是289.9Pa，其測量比例結(jié)果都符合范圍。因此，當前本礦通風(fēng)分布的阻力合理，不存在高阻力[8]。

3.3 分析誤差

因為測量技術(shù)水平、測量儀器的精度以及其它方面因素影響，在測量的過程中會出現(xiàn)不同誤差。這一誤差只要控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，其測量的結(jié)果應(yīng)定義可靠，所以，必須對測量結(jié)果加以效驗檢查，確定礦井系統(tǒng)通風(fēng)阻力測量誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。根據(jù)測量計算，紫晟煤業(yè)公司礦井回風(fēng)井系統(tǒng)通風(fēng)測量誤差見表5，通過表5可知，礦井自然的風(fēng)壓為19Pa、風(fēng)機靜壓為860Pa、通風(fēng)的阻力為847.7Pa，測定系統(tǒng)誤差3.56%，規(guī)定誤差范圍δ≤5%，因此，本次測定符合規(guī)定要求。

4 結(jié)束語

（1）紫晟煤業(yè)公司礦井的系統(tǒng)通風(fēng)是獨立的系統(tǒng)，該礦井立井回風(fēng)在實際工作時的風(fēng)量是217m3/s，其阻力為1538Pa，回風(fēng)段、用風(fēng)段、進風(fēng)段阻力對比分配是34.2%、6.1%、59.7%，所以，回風(fēng)段比例過高，回風(fēng)段比例過高的原因最大阻力路線未經(jīng)過工作面，且主要通風(fēng)機服務(wù)區(qū)域掘進工作面過多。應(yīng)對生產(chǎn)布局進行調(diào)整，減少回風(fēng)段的通風(fēng)阻力，使礦井通風(fēng)系統(tǒng)處于一個良好的狀態(tài)，對于保證礦井安全生產(chǎn)，提高礦井產(chǎn)量提供良好的通風(fēng)條件。

表3 回風(fēng)井阻力最大的巷道路線阻力表

圖3 紫晟煤礦回風(fēng)井的井風(fēng)、用風(fēng)、回風(fēng)各段的阻力與總阻力占比

（2）紫晟煤業(yè)公司煤礦礦井有效通風(fēng)量是86.5m3/s，其中礦井總的通風(fēng)量是94.78m3/s，有效通風(fēng)量占總通風(fēng)量的91.26%左右。有效通風(fēng)量包括變電所、配電室、供風(fēng)獨立巷道、掘進工作用風(fēng)、工作面用風(fēng)等所有風(fēng)量，礦井可加強管理通風(fēng)設(shè)備，減少、杜絕漏風(fēng)以及采取相關(guān)措施，從而提高煤礦礦井通風(fēng)效率。

表4 紫晟煤礦公司各區(qū)用風(fēng)占比（%）

表5 紫晟煤業(yè)公司系統(tǒng)通風(fēng)測定的誤差表