礦井通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定及降阻優(yōu)化

李世強(qiáng)

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)翼城東溝煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 043500）

引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要組成部分，對(duì)于保證綜采工作面安全、高效生產(chǎn)具有重要意義。在實(shí)際生產(chǎn)中，在保證工作面風(fēng)量最基本要求的基礎(chǔ)上，能夠最大程度地降低工作面的通風(fēng)阻力對(duì)于減小通風(fēng)機(jī)能耗，提高通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性尤為重要。尤其是隨著礦井深部資源的開(kāi)采，對(duì)應(yīng)的礦井的需風(fēng)量增加、通風(fēng)線路延長(zhǎng)導(dǎo)致巷道內(nèi)的通風(fēng)阻力增加，繼而影響巷道深部風(fēng)量不足，嚴(yán)重制約著礦井的整體生產(chǎn)能力[1]。因此，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測(cè)定，并提出降阻優(yōu)化措施顯得極為重要。

1 降阻技術(shù)研究

影響通風(fēng)系統(tǒng)阻力的因素眾多，主要以風(fēng)量、風(fēng)阻、局部阻力、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主。其中，通風(fēng)阻力與工作面現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)量的平方成正比；對(duì)于一定支護(hù)參數(shù)的巷道而言，當(dāng)巷道的風(fēng)阻越大時(shí)，對(duì)應(yīng)的通風(fēng)阻力也越大；在實(shí)際生產(chǎn)中，由于礦井巷道并不全是直線，在巷道的拐彎位置、斷面面積突變的位置以及分風(fēng)或者匯風(fēng)的位置均會(huì)造成局部阻力增加，此種情況會(huì)導(dǎo)致氣流出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象，從而導(dǎo)致風(fēng)流能量的損失；工作面通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是影響通風(fēng)阻力的關(guān)鍵因素，實(shí)踐表明，雖然現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)分支數(shù)相同但是為其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)礦井總阻力的不同[2]。

因此，對(duì)于上述影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力主要因素分析的基礎(chǔ)上，對(duì)應(yīng)的降阻技術(shù)或方案可歸納如下：

1）對(duì)礦井整個(gè)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，秉承“早分晚合”的原則，盡量避免增阻調(diào)風(fēng)的操作，從而保證礦井總的通風(fēng)阻力最小。

2）增加并聯(lián)巷道。由于生產(chǎn)任務(wù)的需要增加巷道時(shí)，應(yīng)盡量選擇并聯(lián)巷道而不是串聯(lián)巷道?？赏ㄟ^(guò)并聯(lián)巷道的方式將風(fēng)量分流，從而減小巷道內(nèi)的風(fēng)阻。

3）擴(kuò)大巷道面積。在同等風(fēng)量的基礎(chǔ)上，可適當(dāng)?shù)脑龃笙锏赖臄嗝娣e，降低礦井的通風(fēng)阻力。

4）減小巷道內(nèi)局部區(qū)域的阻力。對(duì)于巷道斷面面積突變、拐彎處和分叉處容易導(dǎo)致局部阻力增大的位置；對(duì)于斷面面積突變的位置通過(guò)逐漸擴(kuò)大或逐漸縮小的方式過(guò)渡斷面；在巷道拐彎位置采用雙曲線型轉(zhuǎn)彎等方式降低局部阻力[3]。

5）減小巷道內(nèi)通風(fēng)線路的長(zhǎng)度。針對(duì)工作面內(nèi)已經(jīng)廢棄的巷道應(yīng)及時(shí)封閉，并根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將通風(fēng)線路盡可能地縮短，從而降低整個(gè)礦井的通風(fēng)阻力。

2 通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定

本文以周遠(yuǎn)山礦井為例開(kāi)展研究，該礦井采用“三進(jìn)兩回”的方式進(jìn)行通風(fēng)。其中進(jìn)風(fēng)井包括有主井、副井和新副井；回風(fēng)井包括有南風(fēng)井和北風(fēng)井。通風(fēng)機(jī)主要布置于回風(fēng)井中，南、北回風(fēng)井中布置通風(fēng)機(jī)的型號(hào)不同，具體如表1 所示。

表1 南、北回風(fēng)井通風(fēng)機(jī)參數(shù)

2.1 通風(fēng)阻力的測(cè)定

本工程采用基點(diǎn)氣壓法對(duì)其通風(fēng)阻力進(jìn)行測(cè)定，所采用的風(fēng)阻測(cè)量裝置為CZC5 礦井通風(fēng)多參數(shù)測(cè)定器。其中1 臺(tái)測(cè)定器布置在基點(diǎn)位置對(duì)大氣壓力進(jìn)行測(cè)定；另1 臺(tái)對(duì)每個(gè)測(cè)量位置的絕對(duì)風(fēng)壓進(jìn)行測(cè)量。

通過(guò)測(cè)量可知，南回風(fēng)井的阻力為3542.54 Pa，北回風(fēng)井的阻力為3408.6 Pa。

2.2 通風(fēng)機(jī)性能的測(cè)定

針對(duì)通風(fēng)機(jī)性能的測(cè)定，本工程選用CZC5 礦井通風(fēng)多參數(shù)測(cè)定器（1 臺(tái)）、JFY-8 通風(fēng)多參數(shù)檢測(cè)儀（1 臺(tái)）、DZFC-1 型電能綜合分析測(cè)試儀（1 臺(tái)）以及其他一些測(cè)量輔助的空壓盒、皮托管和橡皮管對(duì)南回風(fēng)井和北回風(fēng)井通風(fēng)機(jī)的性能進(jìn)行測(cè)定[4]，測(cè)定結(jié)果如圖1 所示。

圖1 南、北回風(fēng)礦井通風(fēng)機(jī)性能測(cè)試結(jié)果

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的降阻優(yōu)化

3.1 改變北翼結(jié)構(gòu)、擴(kuò)大南翼斷面（方案一）

改變北翼結(jié)構(gòu)：將北翼通風(fēng)巷道的數(shù)量由兩條變?yōu)橐粭l。

擴(kuò)大南翼斷面：由于南翼斷面局部阻力較大且巷道斷面面積較小，甚至影響工作人員的正常通過(guò)。因此，將南翼的221 運(yùn)煤上山斷面擴(kuò)大至正常通風(fēng)斷面。

3.2 縮短公共巷道的長(zhǎng)度（方案二）

結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定結(jié)果，為了簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)的通風(fēng)結(jié)構(gòu)，具體在北大巷和南大巷的位置設(shè)置風(fēng)門(mén)；此時(shí)，北翼和南翼的供風(fēng)分別由北大巷和南大巷提供。與此同時(shí)，將南翼和北翼之間的風(fēng)流進(jìn)行分風(fēng)操作，進(jìn)一步縮短二者之間的公共通風(fēng)線路。

3.3 降低角聯(lián)分支阻力（方案三）

從現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析來(lái)看，在南風(fēng)井和北風(fēng)井之間的回風(fēng)巷為該礦井整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的角聯(lián)分支[5]。因此，將上述的角聯(lián)分支與現(xiàn)有的北回風(fēng)井和南回風(fēng)井形成三角形排風(fēng)結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)可有效降低整個(gè)礦井的通風(fēng)總阻力。三角通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 三角形排風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.4 擴(kuò)大回風(fēng)巷道的斷面面積（方案四）

結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定結(jié)果可知：對(duì)于南翼阻力而言，其回風(fēng)段的阻力占據(jù)整條通風(fēng)線路上阻力的59.6%；而對(duì)于北翼阻力而言，其回風(fēng)段的阻力占據(jù)整條通風(fēng)線路上阻力的76.1%。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)南翼回風(fēng)巷道出現(xiàn)嚴(yán)重的變形情況，且斷面面積很小以至于無(wú)法通過(guò)熱源。因此，將南北翼回風(fēng)巷道的斷面面積刷到值最初設(shè)計(jì)值，從而降低由于斷面突變而導(dǎo)致的局部阻力較大的問(wèn)題。

3.5 四種方案效果對(duì)比

上述四種降阻優(yōu)化方案對(duì)應(yīng)的效果如表2 所示。

表2 不同降阻方案的效果分析

分析表2 可知，上述四種方案對(duì)應(yīng)效果各有千秋。因此，本文采用層次分析法通過(guò)對(duì)其對(duì)比特征進(jìn)行賦值得出四種方案對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果，評(píng)價(jià)結(jié)果如表3 所示。

表3 不同降阻方案的評(píng)價(jià)結(jié)果

綜上所述，選用方案一對(duì)礦井進(jìn)行降阻優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)

1）南回風(fēng)井的阻力為3542.54 Pa，北回風(fēng)井的阻力為3408.6 Pa。

2）根據(jù)通風(fēng)測(cè)定結(jié)果提出的四種降阻優(yōu)化方案基于層次分析法對(duì)比后得出，采用改變北翼結(jié)構(gòu)、擴(kuò)大南翼斷面面積的方式的優(yōu)化效果最佳。