開灤集團(tuán)東歡坨礦通風(fēng)阻力測定與分析

陳章良，張 坤，邵良杉

（1.山東工商學(xué)院管理科學(xué)與工程研究學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)工商管理學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)系統(tǒng)工程研究所，遼寧 葫蘆島 125105）

0 引言

東歡坨礦業(yè)分公司隸屬于開灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，礦井位于河北省唐山市路北區(qū)的韓城與新軍屯兩鎮(zhèn)之間，井田位于車軸山向斜兩翼，東南翼地層平緩，傾角12°～25°，平均20°；西北翼地層急陡，傾角在65°～85°之間，平均70°。在向斜內(nèi)部斷裂構(gòu)造較發(fā)育，斷層走向多與向斜軸方向一致，現(xiàn)各生產(chǎn)區(qū)域均處于向斜東南翼。礦井現(xiàn)有可采和局部可采煤層共9層，可采煤層總厚度為19.7 m，礦井主采5、7、8、9、11、12-1、12-2共7個(gè)煤層，含煤地層為石炭二疊系，煤種以氣煤為主，高熱值、低硫份屬優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤，地質(zhì)儲(chǔ)量636.321 Mt,工業(yè)儲(chǔ)量436.429 Mt，可采儲(chǔ)量416.595 Mt。

礦井采用抽出式通風(fēng)，通風(fēng)方式為中央分列式。有2個(gè)進(jìn)風(fēng)井，1個(gè)回風(fēng)井，生產(chǎn)水平為-500、-600水平，回風(fēng)水平為-230水平，巷道通風(fēng)最長通風(fēng)距離為14 946.35 m，相對(duì)最困難通風(fēng)區(qū)域?yàn)橹醒胂露尾蓞^(qū)，采面用U型通風(fēng)方式，掘進(jìn)工作面采用局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)方式。風(fēng)井安裝有2臺(tái)型號(hào)為FBCDZ-NO.36軸流式通風(fēng)機(jī)，配套電機(jī)型號(hào)YBF800-10，電機(jī)功率為800 kW，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，擔(dān)負(fù)著全礦井的通風(fēng)任務(wù)，目前電機(jī)輸入功率580.37 kW，總效率為78.16%，風(fēng)機(jī)葉片安裝角度為+3°。2018年度礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為9.18 m3/min,相對(duì)瓦斯涌出量為0.74 m3/t，絕對(duì)二氧化碳涌出量為11.31 m3/min，相對(duì)二氧化碳涌出量為0.91 m3/t，瓦斯鑒定等級(jí)為低瓦斯礦井。

在礦井的日常運(yùn)行中，其通風(fēng)阻力是不斷變化的，一方面是由于礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化，另一方面是由于巷道的局部通風(fēng)阻力發(fā)生變化[2，3]。礦井通風(fēng)阻力增加后，不僅會(huì)影響礦井通風(fēng)的安全性，還會(huì)增加礦井通風(fēng)機(jī)的電能消耗[4]，為此，需要每隔一段時(shí)間來進(jìn)行礦井通風(fēng)阻力的測定。因此對(duì)東歡坨礦進(jìn)行通風(fēng)阻力測定，并提出針對(duì)性建議，以期能夠更好的促進(jìn)生產(chǎn)。

1 測定方案

1.1 風(fēng)阻測定依據(jù)及目標(biāo)

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定:“新井投產(chǎn)前必須進(jìn)行1次通風(fēng)阻力測定，以后每3年至少測定1次，礦井轉(zhuǎn)入新水平生產(chǎn)或改變一翼通風(fēng)系統(tǒng)后，必須重新進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測定?！北疚囊罁?jù)MT/T440-2008《礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測定方法》及AQ1028-2006《煤礦井工開采通風(fēng)技術(shù)條件》對(duì)東歡坨礦井進(jìn)行通風(fēng)阻力測定，以此來了解礦井通風(fēng)系統(tǒng)的阻力分布情況，為生產(chǎn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化和合理配風(fēng)、礦井井下災(zāi)害防治和風(fēng)流調(diào)節(jié)、礦井通風(fēng)能力核定提供基礎(chǔ)資料和參數(shù)，同時(shí)，為保證礦井的正常生產(chǎn)提供依據(jù)。

1.2 測定方法

根據(jù)東歡坨礦井現(xiàn)狀，結(jié)合本次阻力測定目標(biāo)，決定采用氣壓計(jì)基點(diǎn)測定法。氣壓計(jì)基點(diǎn)測定法的原理是：用氣壓計(jì)測算出井巷前后兩測點(diǎn)風(fēng)流的靜壓差，同時(shí)，用風(fēng)表和干濕球溫度計(jì)等儀器測算各測點(diǎn)處速壓差和位壓差等有關(guān)參數(shù)，再利用井巷風(fēng)流通風(fēng)阻力定律計(jì)算出該測段的通風(fēng)壓力。該方法與傳統(tǒng)的壓差計(jì)法比較，所使用的儀器體積小、重量輕，具有操作簡便、測定速度快的顯著優(yōu)點(diǎn)，且適應(yīng)于全礦性阻力測定。

1.3 測定路線

在測定路線的選擇上依據(jù)以下幾條原則：①并聯(lián)風(fēng)路中選擇風(fēng)量較大且通過回采工作面的主風(fēng)流風(fēng)路；②選擇路線較長且包含有較多井巷類型和支護(hù)形式的路線；③選擇沿主風(fēng)流方向且便于測定工作順利進(jìn)行的路線。在通風(fēng)系統(tǒng)圖上選擇測定的主要路線和次要路線，為保證測量工作的高效性要考慮在一個(gè)工作班內(nèi)將所規(guī)劃路線測完，在路線過長時(shí)，可分段、分組測定。綜合考慮礦上的具體情況，經(jīng)過分析確定5條測定路線。

表1 測定路線

2 測定結(jié)果與分析

2.1 通風(fēng)阻力精度分析

當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)主干路線通風(fēng)阻力測定完畢后，在通風(fēng)機(jī)房讀取通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和速壓，利用通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、速壓、自然風(fēng)壓和從礦井進(jìn)風(fēng)口至通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口之間的主干測定路線通風(fēng)阻力的相互關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)。

式中:δ為阻力測定誤差，%;h為測定的礦井通風(fēng)總阻力，Pa;hfs為通風(fēng)機(jī)裝置靜壓，Pa;hs為通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐測壓點(diǎn)靜壓，Pa;hv為通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐測壓點(diǎn)動(dòng)壓，Pa;hn為礦井自然風(fēng)壓，Pa。

表2 主要路線精度檢驗(yàn)及通風(fēng)阻力誤差

此次測試誤差ε均低于允許理論誤差5 %，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，故測試結(jié)果真實(shí)可靠。誤差產(chǎn)生的原因主要是在測定過程中風(fēng)門開啟導(dǎo)致風(fēng)流短路、個(gè)別測點(diǎn)風(fēng)流不穩(wěn)、受自然風(fēng)壓影響以及標(biāo)高值和測試儀器設(shè)備的誤差。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

礦井三區(qū)（進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段）通風(fēng)阻力的百分比情況是衡量通風(fēng)設(shè)計(jì)、通風(fēng)管理優(yōu)劣的主要標(biāo)志，一般新建礦井合理的三段比例為進(jìn)風(fēng)段25 %、用風(fēng)段45 %、回風(fēng)段30 %，而服務(wù)年限較長的礦井由于礦井開拓范圍較大，回風(fēng)巷道變形、風(fēng)量較為集中等原因，一般會(huì)導(dǎo)致回風(fēng)段阻力偏大，此時(shí)回風(fēng)段阻力不超過總阻力的50%為基本合理。

根據(jù)礦井通風(fēng)阻力測定數(shù)據(jù)以及計(jì)算機(jī)處理結(jié)果，以礦井不同水平、不同采區(qū)為分析單元，分別選取采區(qū)最大阻力路線作為主要通路進(jìn)行三區(qū)阻力與功耗分析。所得結(jié)果如圖1所示：

圖1 “三區(qū)”阻力分布圖

結(jié)果表明：從礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段通風(fēng)阻力分布的對(duì)比來看，各采區(qū)進(jìn)風(fēng)區(qū)段、回風(fēng)區(qū)段相對(duì)用風(fēng)區(qū)段均高。巷道斷面較小、風(fēng)量集中是阻力高的主因，回風(fēng)井阻力偏大的主要原因是回風(fēng)量大且集中；進(jìn)風(fēng)段阻力偏大的主因在于井筒長度大。

另外，從各采區(qū)阻力平衡性上來看：-500水平中央采區(qū)阻力最大，其他采區(qū)均需通過大小不等的調(diào)節(jié)與其達(dá)到阻力平衡。-500水平北二采區(qū)阻力最小，需附加444 Pa的壓力方可達(dá)到與-500水平中央采區(qū)的風(fēng)壓平衡。

經(jīng)阻力測定后知：5條路線進(jìn)風(fēng)段阻力占總阻力的28%、28%、37%、42%、35%，用風(fēng)段阻力所占的百分比為45 %、28 %、8 %、8 %、33 %，回風(fēng)段阻力占總阻力的27 %、44 %、32 %、50 %、32 %?？梢钥闯雎肪€2與路線3、4回風(fēng)區(qū)占比大，是由回風(fēng)路線長導(dǎo)致；路線5通風(fēng)三區(qū)占比基本合理。

從礦井百米阻力值分析，回風(fēng)段百米阻力值小于進(jìn)風(fēng)段，用風(fēng)段百米阻力值較小，其主要原因?yàn)榻陙韺?duì)井下巷道均進(jìn)行了擴(kuò)修和改換大斷面支護(hù)，且測定期間工作面臨近回采結(jié)束通風(fēng)距離較短，總體上看礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力分布基本合理。

2.3 礦井風(fēng)量分配

根據(jù)煤礦通風(fēng)測定得出結(jié)果見表3：

表3 有效風(fēng)量

符合《礦井通風(fēng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢查評(píng)定辦法》的規(guī)定，說明東歡坨礦井通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)門質(zhì)量和巷道密閉質(zhì)量基本符合要求，但必須注意維護(hù)和加強(qiáng)，否則內(nèi)部漏風(fēng)率將會(huì)超標(biāo)，導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足礦井安全生產(chǎn)的需要。另通過計(jì)算得：各主路線的外部漏風(fēng)率均低于5%，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

2.4 礦井等積孔與風(fēng)阻分析

式中: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。

礦井總風(fēng)阻為:

礦井等積孔為:

從礦井等積孔、礦井風(fēng)阻值來看，各條主路線均滿足A＞2 m2，R＜0.35 N·s2/m，依據(jù)《礦井通風(fēng)難易程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)判通風(fēng)難易程度為容易。

3 結(jié)論和建議

1）根據(jù)東歡坨礦礦井通風(fēng)阻力測定的風(fēng)量測定檢驗(yàn)和阻力測定檢驗(yàn)結(jié)果，可見本次測定結(jié)果是可靠可信的，是符合于實(shí)際的，完全可以作為現(xiàn)場實(shí)際的通風(fēng)安全管理工作的理論依據(jù)。

2）礦井總風(fēng)阻及等積孔為0.036 4 N·s2/m8和6.237 2 m2，依等積孔評(píng)價(jià)東歡坨礦為通風(fēng)容易型礦井且礦井三區(qū)分布合理。

3）東歡坨礦井通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)門質(zhì)量和巷道密閉質(zhì)量基本符合要求，但必須注意維護(hù)和加強(qiáng)，否則內(nèi)部漏風(fēng)率將會(huì)超標(biāo)，導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足礦井安全生產(chǎn)的需要。

4）部分巷道較為不規(guī)整，局部巷道斷面較小，通風(fēng)阻力較大，應(yīng)在巷道壁面較為不規(guī)整，局部巷道斷面較小的巷道段適當(dāng)?shù)臄U(kuò)刷斷面從而降低局部阻力。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)管理和日常監(jiān)測工作并隨季節(jié)變化及時(shí)加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)管理以及通風(fēng)設(shè)施的管理。