巴里坤煤礦通風阻力測定與分析

單大闊

（1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順113122；2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 撫順113122）

0 引 言

礦井通風阻力測定是礦山通風與安全技術管理工作的重要內(nèi)容之一，是獲取實際井巷風阻和礦井通風阻力分布的唯一手段，是進行礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化和改造的基礎工作。通過對礦井通風阻力測定，可以及時掌握礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀、通風阻力的分布狀況，在制定相關安全技術措施、調(diào)整礦井通風系統(tǒng)時，測定結果可以提供可靠的基礎數(shù)據(jù)作為依據(jù)，指導礦井通風工作，實現(xiàn)科學管理[1]。

1 礦井概況

新疆天順礦業(yè)有限公司巴里坤煤礦位于哈密市東天山以北，巴里坤煤田的西部，屬于巴里坤盆地的平原地區(qū)；東部與農(nóng)13 師紅山煤礦毗鄰。礦區(qū)地形較為平坦，東高西低，中部微有起伏，呈現(xiàn)為戈壁準荒漠地形，平均海拔標高+1 500 m～+1 680 m，相對高差約180 m；基巖及含煤地層均被第四系洪積，沖積層及戈壁礫石所覆蓋，局部有零星基巖出露。礦井屬低瓦斯礦井，目前正在回采中2 煤層：煤層厚度1.02～13.5 m，平均為6 m，一般含0～2 層夾矸，結構較簡單，采用走向長壁式綜采機組開采。

礦井采用斜井開拓，通風方式為中央并列式，機械抽出式通風方法，主、副井進風，西回風立井回風，形成中央并列抽出式通風系統(tǒng)。新鮮風流：主、副井→+1 410 m 區(qū)段進風巷和進風石門→1101EX3 運輸順槽→工作面；乏風風流：1101EX3 回風順槽→區(qū)段回風石門和回風巷→+1 460 m 總回風石門→西回風立井→地面。

2 通風阻力測定

2.1 理論依據(jù)

礦井內(nèi)風流在沿井巷的軸線方向為一維紊流，遵循伯努里能量方程，兩點間的通風阻力（h1-2，Pa）計算方法如式（1）所示：

式中：h1-2為兩測點的靜壓值，Pa；PO1，P02分別為讀取P1，P2壓力值時，基點校正氣壓計對應時間的靜壓值，Pa；Z1，Z2為兩測點對應的標高，m；ρ1，ρ2為兩測點的濕空氣密度，kg/m3，ρ1-2為兩測點井巷間的空氣密度均值，kg/m3；ν1，ν2為兩測點的風流速度，m/s[2]。

2.2 測定方法及測定路線

本次阻力測定工作采用氣壓計基點測定法，利用2 臺精密氣壓計，同時井口附近地表同時測定大氣壓力值，然后1 臺留在井口，每隔10 min 記錄1次井口位置空氣壓力值，另1 臺則逐點記錄測壓時間和測點空氣壓力值，同時利用風表、干濕球溫度計、卷尺等設備測定測點風流的風量，干、濕球溫度以及巷道斷面尺寸[3]。此方法測定期間應盡量保證與基點讀數(shù)時間的對應性，通過校核基點壓力數(shù)值的變化，避免了大氣壓力變化所造成的影響，增加了測定結果的準確性。

參照巴里坤煤礦通風系統(tǒng)圖和礦井通風網(wǎng)絡圖，本次礦井通風阻力測定路線選擇涵蓋礦井的1條最大阻力路線。測定路線上11 個測點分別為：①副斜井距井口30 m 處；②副斜井距井口385 m 處；③副斜井距井口505 m 處；④+1 410 m 軌道巷；⑤+1 410 m 區(qū)段膠帶石門；⑥1101EX3 運輸順槽；⑦1101EX3 回風順槽；⑧+1 460 m 區(qū)段回風石門；⑨+1 460 m 區(qū)段回風聯(lián)絡巷；⑩+1 460 m 總回風石門；⑾立風井距安全出口5 m 處。

2.3 通風阻力數(shù)據(jù)測定

2.3.1 礦井空氣密度

井下空氣密度（ρ，kg/m3）計算方法如式（2）所示：

式中：P為井下空氣絕對靜壓，Pa；T為井下空氣的熱力學溫度，T= 273 + t，K；φ為井下空氣的相對濕度，%；Ps 為風溫t 時的飽和水蒸分汽壓力，Pa。各參數(shù)測定結果見表1。

2.3.2 井巷斷面尺寸及風量測算

除立風井巷道斷面為圓形，區(qū)域巷道斷面均為半圓拱形，巷道內(nèi)堵塞物所占的面積，正常時按測風人員所占的面積取0.4 m2，有皮帶時視皮帶大小時取0.5、0.6 m2，各巷道面積、周長、風量等參數(shù)測定結果見表1。

表1 測點風速及巷道斷面參數(shù)

3 測定結果及數(shù)據(jù)分析

3.1 阻力測定結果

礦井通風阻力實測結果見表2。

表2 礦井實測通風阻力

3.2 巷道風阻及摩擦阻力系數(shù)計算

每段巷道風阻的計算方法如式（3）所示：

式中：Ri-j為巷道的風阻，N·s2/m8或kg/m7；hi-j為兩測點間阻力，為巷道內(nèi)平均風量，m3/s。計算結果見表3。

巷道摩擦阻力系數(shù)計算方法如式（4）所示：

式中：α為巷道的摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4或kg/ m3；S為巷道斷面積，m2；L為巷道的長度，m；U為巷道斷面的周長，m；計算結果見表3。

表3 巷道風阻及阻力系數(shù)

3.3 礦井自然風壓計算

礦井通風網(wǎng)絡不同位置的風流密度和標高各不相同，因此不同地點之間會形成位壓差，稱這一位壓差為礦井自然風壓。對主要通風機而言礦井自然風壓會影響其做功，進而改變其運行工況[4]。礦井自然風壓計算方法如式（5）所示。

式中：hN為自然風壓，Pa；ρi為第i 點的氣流密度，kg/m3；hi為第i 點的標高，m。礦井自然風壓計算結果見表4。

表4 測定線路自然風壓

3.4 礦井等積孔及通風難易程度分析

等積孔是用來形象表征礦井通風難易程度的指標，按式（6）、（7）計算。

式中：A為礦井的等積孔，m2；Q為通過礦井通風系統(tǒng)的風量，m3/s；h為礦井通風系統(tǒng)的阻力，Pa;R為風阻，N·s2/m8。

礦井通風總阻力為296.81 Pa，礦井總回風道實測風量為3 786.72 m3/min，即為63.11 m3/s，計算可得通風系統(tǒng)等積孔A 為4.36 m2，總風阻R為0.074 5 N·s2/m8。根據(jù)礦井通風難易程度分級標準判定，總風阻R＜0.355 N·s2/m8，等積孔A＞2 m2，則該礦井通風難易程度為容易[5]。通風阻力分配情況見表6。

表6 通風阻力分配情況

根據(jù)表6 可以看出，礦井進風段阻力占總阻力的42.27 %，阻力最大；用風段阻力占總阻力的25.58%，阻力最小。

4 結 語

1）巴里坤煤礦礦井通風阻力測定結果為296.81 Pa，等積孔為4.36 m2，總回風量為3 786.72 m3/min，礦井通風難易程度為容易。

2）礦井通風阻力分布較為合理，礦井進風段阻力阻力較大，占總阻力的42.27 %，經(jīng)考察分析副斜井長度相對較長，巷道內(nèi)存在部分提運設備，對巷道風阻造成了一定的影響。

3）主要通風機通風動力與主要通風機性能相匹配，各用風地點及采區(qū)有效風量滿足要求，能夠滿足安全生產(chǎn)實際需要。