礦井通風阻力產生的原因分析及降阻方法研究

摘要：礦井通風阻力是影響礦井有效通風的一重要因素，礦井通風阻力越大，消耗的通風能量就會越大，就越不利于提高企業經濟效益。為有效降低礦井通風阻力，改善礦井通風效果，提高企業經濟效益，本文分析了礦井通風阻力產生的原因，并提出了降低礦井通風阻力的方法，以供同行參考。

關鍵詞：礦井；通風阻力；產生原因；降阻方法

1 礦井通風阻力產生的原因

一般我們可把礦井通風阻力細分為兩類：摩擦阻力與局部阻力。這兩種阻力都要受到風流狀態的影響，通常摩擦阻力對礦井通風總阻力影響最大。

1.1 摩擦阻力

當礦井風流在井巷中流動時，井巷固定壁面會阻止風流流動，讓風流產生內外摩擦，這樣就會形成摩擦阻力。

風流的流動具有一定特點，在實際生產中我們可把風流的流動狀態大致分為：層流流動與紊流流動。其中層流流動指運動流體的各層質點彼此不融合，呈流束狀流動，各流束的質點間幾乎不存在能量交換。流體質點流動軌跡會大致平行于流體通道軸線，一般為直線流動軌跡或有規則的平滑曲線流動軌跡。而紊流流動正好相反于層流流動，這種流動方式流體各質點在流動時，一般會彼此發生碰撞，進行強烈混合，質點與質點間存在顯著的能量交換，質點流動軌跡通常呈不規則狀，總流方向存在流動，垂直總流方向或斜交總流方向也會存在流動，時常還會有渦流存在于流體內部。

據以往實踐經驗，人們發現井巷風流一般不會處于層流狀態，大多為紊流狀。巷道摩擦阻力主要受巷道粗糙度度，巷道長度，斷面周長、面積等因素影響。當上述這幾個因素都確定的情況下，巷道摩擦阻力正比于風量平方。

1.2 局部阻力

當風流在井巷中流動時，在井巷邊壁條件不斷變化的影響下，巷道局部阻力物會不斷影響與破壞巷道風流，如風流在遇到突變巷道斷面時，風流會發生分叉現象、交匯現象等，使風流流速，風流方向以及分布發生變化，引發風流自身內部產生沖擊形成渦流，致使風流發生能量損失。我們通常把這種均勻穩定風流流過巷道某些局部區域而產生的某些附加能量損失，稱之為局部阻力。

由于礦井生產環境惡劣，地質條件復雜，井下巷道曲折變化，因此有很多地點都有可能引發局部阻力，如礦井巷道斷面的時大時小，巷道存在的多種拐彎以及巷道與巷道間的交叉、交匯等。在實際生產中，當我們在分析局部阻力產生原因時，我們可把局部阻力細分為突變型與漸變型兩大類。

當紊流流體流過巷道突變部位時，在慣性作用的影響下，流體很難隨從邊壁突然變化而變化，以致主流與邊壁迅速脫離，使主流與邊壁間產生渦流區。主流會不斷帶走這些渦流，補充到主流中的流體，又易組成新渦流，又會損失部分能量。

2 降低礦井通風阻力的方法

2.1 降低摩擦阻力

（1）努力減小摩擦阻力系數。在設計礦井通風時，選用的支護方式摩擦阻力系數應盡可能的小，并且施工質量一定要有保障。為使井巷壁面更平整更光滑，應優先選用光面爆破技術，讓井巷壁面凹凸度控制在50mm以內。同時應提高巷道支架支護質量，布設的支架應整齊一致，必要時還應進行剎幫背頂，且支護密度不應過大，遇到遭破壞的支架還應及時修復。對于不設支架的巷道，為使摩擦阻力盡可能的小，必須徹底修整好頂板、兩幫以及底板。

（2）應選擇好井巷風量。由于礦井摩擦阻力正比于風量平方，因此在進行通風設計與實施技術管理時，不能把供風量隨意調大，應在確保可以安全生產的前提下，盡量調小各用風處的供風量。在掘進初期當采用局部通風機實施通風作業時，應科學、合理的控制風量，特別是應對主通風機的運行工況進行及時調整，讓礦井富裕風量盡可能的少。同時應避免巷道內出現風量過于集中現象，應盡量早分開礦井的總進風，晚匯合礦井總回風。

（3）布設的井巷斷面周界應盡量小。當井巷斷面相同時，由于周長最小的斷面為圓形斷面，其次為拱形斷面，而矩形斷面與梯形斷面周長都相對較大。因此，人們在設計礦井通風斷面形狀時，對于立井井筒可布設為圓形斷面，可把一些輔助井巷如斜井、石門、大巷等布設為拱型斷面，對于哪些服務年限不要求太長的次要井巷，可把巷道斷面布設為矩形斷面或梯形斷面。

（4）井巷通風斷面應足夠大。由于巷道摩擦阻力反比于通風斷面的三次方，因此，我們可通過盡可能的擴大通風斷面來有效降低通風阻力。在井巷通風量一定的情況下，讓井巷斷面擴大33%，可使礦井通風阻力大幅縮減50%，此減阻方法在礦井主要通風路線上高阻力段減阻中應用較多。當遇到受技術條件及經濟條件的影響，井巷斷面很難再繼續擴大的情況下，我們也可用雙巷并聯通風法來有效降低巷道摩擦阻力。

（5）縮短巷道長度。由于巷道摩擦阻力正比于巷道長度，因此在設計、管理礦井通風系統時，在滿足開拓開采需求的情況下，應把風路長度盡可能的縮短，同時應把廢棄的舊巷與采空區全部封閉好。

2.2 降低局部阻力的措施

（1）井巷存在的局部阻力地點數應盡量少。小直徑的鐵風橋最好不要在井下使用；應盡量少布設調節風窗；井巷斷面最好不要突然擴大或突然縮小，各斷面比值應盡量小。

（2）應采用斜線或圓弧型邊緣線來連接兩斷面大小不同的巷道。在巷道軌彎時，布設的轉角應盡量小，同時應把拐彎內側設計為斜線型與圓弧型。巷道最好不要存在直角彎。另外巷道最好不要突然分叉或突然匯合。

（3）巷道局部阻力地點通過的風流速度應盡量小，巷道的粗糙程度應盡量低。對于部分內部表面特別粗糙的巷道，必須適當降低風流速度以使通風阻力盡可能的小。

（4）井巷正面阻力物要小。應把巷道中的無用堆積物及時清理干凈，對于采掘工作面施工作業所需材料應按需運輸存放，嚴禁在井下巷道集中堆放。

3 結語

總之，礦井通風是礦井生產中的一項重要耗能環節，仔細分析礦井通風阻力產生的原因，并采取有效的措施來降低礦井通風阻力，不僅能降低礦井通風能耗，提高企業經濟效益，而且能確保井下各用風點有足夠的風量，及時驅散煤礦開采作業產生的粉塵及有毒有害氣體降低它們的濃度，更好地保障礦井安全生產。

參考文獻：

[1]黃顯東，劉志梅.礦井通風阻力測定方法及應用[J].煤礦安全，2014（35）：1314.

作者簡介：劉習山（1987），男，河南焦作人，助理工程師，現從事礦井通風工作。