新力煤礦礦井通風(fēng)阻力研究

黃曉強(qiáng) ，徐素國(guó)

（1.太原理工大學(xué) 采礦工藝研究所，太原 030024；2.潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 潞安 037601）

測(cè)定礦井通風(fēng)阻力是礦山通風(fēng)安全技術(shù)管理工作的重要手段之一。提供通風(fēng)阻力的測(cè)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理和科學(xué)決策的重要組成。為了認(rèn)真落實(shí)《煤礦安全規(guī)程》第119條規(guī)定：新井投產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行1次通風(fēng)阻力測(cè)定，以后每3 a至少進(jìn)行1次；在礦井轉(zhuǎn)入新水平或改變一翼通風(fēng)系統(tǒng)后，都必須重新進(jìn)行通風(fēng)阻力測(cè)定。通過(guò)測(cè)定及了解礦井通風(fēng)系統(tǒng)狀況、通風(fēng)風(fēng)量分配、通風(fēng)阻力分布、風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況、風(fēng)機(jī)功耗等，為實(shí)現(xiàn)通風(fēng)科學(xué)管理、通風(fēng)系統(tǒng)改造調(diào)整、優(yōu)化技術(shù)措施的制定實(shí)施提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 礦井概況

山西沁新煤焦股份有限公司的新力煤礦，位于沁源縣王陶鄉(xiāng)任家莊東北。井田面積1.487 km2，批準(zhǔn)開(kāi)采1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)煤層，現(xiàn)開(kāi)采2號(hào)優(yōu)質(zhì)主焦煤，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150 kt/a。礦井通風(fēng)為中央并列式的抽出式。主斜井進(jìn)風(fēng)，副斜井回風(fēng)。主要采用BK-4NO13軸流式風(fēng)機(jī)，功率55 kW，風(fēng)量840～2 220 m3/min，風(fēng)壓240～1 500 Pa，共 2臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。采用軸流式通風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)。掘進(jìn)工作面各用1臺(tái)YBT51-2型局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)。硐室均用新鮮風(fēng)流擴(kuò)散通風(fēng)。

2 通風(fēng)阻力測(cè)定方法

1）觀測(cè)方法：本次測(cè)定采用氣壓計(jì)基點(diǎn)法，將一臺(tái)氣壓計(jì)放在井上或井下某基點(diǎn)處，每隔一定時(shí)間測(cè)取氣壓讀數(shù)，并記錄測(cè)定時(shí)間以監(jiān)測(cè)地面大氣壓力的變化，進(jìn)而對(duì)井下測(cè)定的氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；另一臺(tái)氣壓計(jì)沿事先選好的路線逐點(diǎn)測(cè)定氣壓值，并記錄測(cè)定時(shí)間。采用基點(diǎn)法測(cè)定時(shí)兩測(cè)點(diǎn)間的通風(fēng)阻力h12算式為：

式中：K1、K2分別為兩臺(tái)測(cè)定氣壓計(jì)的校正系數(shù)；Pc1、Pc2分別為基點(diǎn)校正氣壓計(jì)在測(cè)定氣壓計(jì)讀數(shù)測(cè)值時(shí)的讀數(shù)，Pa；PR1、PR2分別為測(cè)量氣壓計(jì)在上風(fēng)測(cè)點(diǎn)和下風(fēng)測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)，mmH2O；ρ1、ρ2分別為測(cè)段前、后測(cè)點(diǎn)的空氣密度，kg/m3；V1、V2分別為測(cè)段前、后測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速，m/s；g 為重力加速度，m/s2；Z1、Z2分別為測(cè)段前、后測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高，m。

2）觀測(cè)儀器儀表

測(cè)定通風(fēng)阻力使用的觀測(cè)儀器儀表,如表1所示。

3 測(cè)區(qū)布置

1）測(cè)點(diǎn)布置原則上按分風(fēng)點(diǎn)和匯風(fēng)點(diǎn)選擇，但對(duì)風(fēng)量變化不大、距離相近的巷道，對(duì)阻力測(cè)定影響不大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了合并。測(cè)點(diǎn)選擇時(shí)，還考慮了風(fēng)門(mén)等設(shè)施的影響。全礦通風(fēng)測(cè)點(diǎn)布置有通風(fēng)系統(tǒng)圖，測(cè)定路線一般按風(fēng)流路線順序測(cè)定。

2）根據(jù)測(cè)定布置原則和選取要求，結(jié)合井下實(shí)際生產(chǎn)狀況，布置測(cè)點(diǎn)共14個(gè)。由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，只需布置一條測(cè)量路線：1—主斜井—2—軌道運(yùn)輸巷—3—軌道運(yùn)輸巷—4—軌道運(yùn)輸巷—5—軌道下山—6—聯(lián)絡(luò)巷—7—運(yùn)輸順槽—8—工作面—9—回風(fēng)順槽—10—采區(qū)回風(fēng)巷—11—回風(fēng)大巷—12—回風(fēng)斜井—13—風(fēng)硐—14。

表1 測(cè)量?jī)x器儀表

3）本次通風(fēng)阻力測(cè)定分成2個(gè)小組：基點(diǎn)測(cè)定組和井下測(cè)定組。基點(diǎn)組設(shè)在主井井口，人員1～2人觀測(cè)地面氣壓變化，每隔5 min讀數(shù)，記錄一次氣壓值。井下小組，按規(guī)定的測(cè)線逐點(diǎn)巡回測(cè)量，共5人。①由經(jīng)驗(yàn)豐富、熟悉系統(tǒng)的技術(shù)人員負(fù)責(zé)測(cè)量時(shí)帶路找點(diǎn)、協(xié)調(diào)工作、核查巷道風(fēng)流方向。②測(cè)氣壓1人，測(cè)壓時(shí)要將氣壓計(jì)位于交叉點(diǎn)處的標(biāo)高測(cè)點(diǎn)上；安好儀器后，待氣壓示值穩(wěn)定后讀取測(cè)點(diǎn)氣壓值。③測(cè)風(fēng)1人，測(cè)風(fēng)時(shí)要求測(cè)風(fēng)斷面選在風(fēng)流穩(wěn)定、斷面規(guī)整的巷道內(nèi)，每個(gè)斷面測(cè)風(fēng)至少2次，風(fēng)表讀數(shù)誤差應(yīng)不超過(guò)最大值的5%，否則重測(cè)。④測(cè)斷面積1人，用鋼卷尺量取巷道全高和中心寬度。⑤記錄1人，要求記錄井下測(cè)量的全部數(shù)據(jù)：巷道風(fēng)向，斷面形狀及支護(hù)方式，局部阻力物，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際修正測(cè)點(diǎn)巷道風(fēng)流關(guān)系草圖。

4 觀測(cè)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析

1）測(cè)量過(guò)程中，雖然盡可能在風(fēng)流穩(wěn)定的條件下進(jìn)行，但絕對(duì)穩(wěn)定是不可能的。實(shí)際上受生產(chǎn)作業(yè)、運(yùn)輸、人為違章等因素，井下風(fēng)流是波動(dòng)的，有時(shí)很不穩(wěn)定。測(cè)量時(shí)間越長(zhǎng)，受系統(tǒng)變化干擾難免。但可認(rèn)為，在較短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的概率較大，因此測(cè)量過(guò)程中盡可能縮短兩點(diǎn)測(cè)量的時(shí)間差，并盡可能用同一臺(tái)氣壓計(jì)測(cè)量。在對(duì)全礦測(cè)量數(shù)據(jù)處理后，要對(duì)礦井風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)量和壓力分布進(jìn)行驗(yàn)證性解算。

2）根據(jù)測(cè)定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，需按下式進(jìn)行通風(fēng)阻力Hz計(jì)算：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分別計(jì)算出通風(fēng)阻力和百米風(fēng)阻。

3）通風(fēng)阻力測(cè)定結(jié)果的校驗(yàn)：在地面扇風(fēng)機(jī)房安設(shè)一臺(tái)壓差計(jì)，測(cè)出該點(diǎn)的相對(duì)靜壓，再用風(fēng)表測(cè)出該處的平均風(fēng)速，求出動(dòng)壓；再根據(jù)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)的空氣平均重率計(jì)算出自然風(fēng)壓，以之與阻力測(cè)定的累計(jì)全礦井通風(fēng)阻力相比較，誤差不得大于5%。自然風(fēng)壓=-0.1 Pa。實(shí)際礦井通風(fēng)阻力=扇風(fēng)機(jī)房“U”型管讀數(shù)-風(fēng)硐動(dòng)壓+自然風(fēng)壓=1 300-35.2+（-0.1）=1 264.7Pa。測(cè)定累計(jì)通風(fēng)阻力=1 265.3 Pa。相對(duì)誤差=（1 264.7-1 265.3）/1 264.7=-0.05%。絕對(duì)值小于5%，滿足精度要求，因此測(cè)定結(jié)果是可靠的。

4）表2看出：進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)阻力較小，為119.1 Pa，進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)阻力的大小決定于支護(hù)方式，此處支護(hù)方式以錨噴支護(hù)為主，是減小通風(fēng)阻力的主要決定因素。用風(fēng)段通風(fēng)阻力為476.5 Pa，為進(jìn)風(fēng)段阻力的4倍，用風(fēng)段風(fēng)阻增大的原因是設(shè)備布置方式、人為增大了通風(fēng)阻力，設(shè)備的合理布置，有利于減小通風(fēng)阻力。回風(fēng)段通風(fēng)阻力為669.6 Pa，此段通風(fēng)阻力增大的主要原因是通風(fēng)線路末端，風(fēng)流速度降低，導(dǎo)致通風(fēng)阻力增大。

表2 各段通風(fēng)阻力匯總表

5 結(jié)束語(yǔ)

①礦井通風(fēng)系統(tǒng)為“兩進(jìn)一回”，回風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)阻力大，占總阻力的52.9%。主要原因?yàn)椋夯仫L(fēng)路線長(zhǎng)、斷面小、拐彎多、通風(fēng)阻力大。建議礦方對(duì)回風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，擴(kuò)大巷道斷面、增回并聯(lián)風(fēng)路等方法，減小通風(fēng)阻力。②礦井有效風(fēng)量率低。原因是漏風(fēng)地點(diǎn)較多，未及時(shí)封堵。建議對(duì)所有廢舊巷道進(jìn)行永久密閉。③礦井角聯(lián)巷道多，應(yīng)加強(qiáng)管理：設(shè)置風(fēng)量測(cè)點(diǎn)和瓦斯等有害氣體檢查點(diǎn)，定期進(jìn)行檢查；對(duì)不用的巷道進(jìn)行及時(shí)封閉。

[1]張國(guó)樞，通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2000.

[2]黃顯東，劉志梅，礦井通風(fēng)阻力測(cè)定方法及應(yīng)用[J].煤礦安全，2004（10），50-53.

[3]楊加偉，淺談礦井通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因及降低方法[J].采礦技術(shù)，2010（3），13-14.