門克慶煤礦通風阻力測定分析與應用

曹瑞鵬

摘 要：為了了解當前礦井通風系統阻力分布情況，使通風系統更為經濟合理運行，對門克慶煤礦進行了礦井通風阻力測定。結合礦井實際生產情況規劃了2-2中煤和3-1煤2條測定路線，并合理選取了測風點和測壓點，通過精密氣壓計基點法對兩條測試路線分別進行了測定。結合礦井自然風壓、風機房水柱計讀數和風硐速壓計算了礦井理論通風阻力，并進行誤差分析，兩條測試路線的誤差均滿足要求。對門克慶煤礦通風阻力測定數據及結果分析表明：對于門克慶礦井通風系統，采用氣壓計基點法測試能夠準確測的礦井通風阻力；礦井等積孔為11.92m2，屬通風容易礦井；礦井通風阻力相對較小，能夠滿足礦井生產需求。

關鍵詞：通風阻力；測定路線；阻力分布

中圖分類號：TD722 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0174-02

1 礦井概況

門克慶礦井井田位于內蒙古自治區鄂爾多斯市烏審旗境內，行政區劃分隸屬烏審旗圖克鎮管轄。井田東西寬約7.6km，南北長約12.3km，井田為一規則的長方形，面積約94.95km2。礦井生產能力12Mt/a，為瓦斯礦井。礦井共布置主立井、副立井和回風立井3條井筒。礦井分煤組布置開拓大巷，采用單水平開采。礦井同時開采3-1煤層與2-2中煤層，主水平設在3-1煤層，各煤層分別布置帶式輸送機大巷、輔助運輸大巷和回風大巷。目前礦井布置了3101綜采工作面、2201備用工作面、3102輔運巷掘進工作面和3102主運巷掘進工作面。礦井通風方式中央并列式，通風方法為機械抽出式通風，主立井和副立井進風，回風立井回風?；仫L立井地面安裝兩臺FCZ№-33/2000（I）型軸流抽出式通風機，1臺工作1臺備用，配套電機功率為2000KW。井下回采工作面采用U形通風方式；掘進工作面采用局部通風機壓入式通風。

2 礦井通風阻力測定

2.1 測定方法

礦井通風阻力測定可分為壓差計法和氣壓計法，氣壓計法分為同步法和基點法。門克慶礦井通風阻力采用精密氣壓計基點法進行測定，相較而言該方法具有方便、快捷、省時、省力等特點。本次門克慶礦井通風阻力測定所使用精密氣壓計為徐州東方測控中心生產的CZC5型通風多參數測試儀，儀器經過中國計量科學研究院校準，誤差滿足測試要求[1]。

精密氣壓計基點法測試方法將兩臺精密氣壓計同放于礦井副立井井口基點處，兩臺儀器校正好時間，同時記錄基點處的絕對壓力，然后轉換到差壓檔。作為基點的精密氣壓計每15min記錄一次數據以監測地面大氣壓力波動，另一臺精密氣壓計由測試人員隨身攜帶下井，按預先規劃好的測試路線，逐個對測試節點進行靜壓、干濕溫度測試，同時對測試路線所經巷道的風速及斷面進行測量。在數據處理過程中，根據被測巷道兩端的靜壓差、位壓差、速壓差，以及大氣壓的變化來計算巷道的通風阻力。在測試過程中，精密氣壓計還用于測定通風構筑物兩側的壓差[2]。

2.2 測定路線及測點選取

2.2.1 測定路線選取

礦井最大阻力路線一般是指通過回采工作面，且不經過調節設施的一條通風路線。通風阻力測定路線選取原則：盡量選取礦井最大阻力路線，測定路線經過井下主要用風地點，選定的測定路線上應盡量沒有調節設施。根據測試期間井下實際采掘狀況，結合回風立井同時擔負3101綜采工作面、2201備用綜采工作面的通風任務，本次阻力測定選定了兩條通風阻力測定路線，其中測定路線一為2-2中煤通風系統中包含2201備用工作面的通風路線，測定路線二為3-1煤通風系統中包含3101綜采工作面的通風路線[3]。兩條測試路線如下：

測試路線一：副井→3-1煤輔助運輸大巷→2-2中煤輔助運輸聯絡斜巷→2201工作面輔助運輸巷→2201備用綜采工作面→2201工作面回風巷→2-2中煤回風斜巷→3-1煤回風大巷→回風井東碼→回風立井；測試路線二：副井→3-1煤輔助運輸大巷→3101工作面輔助運輸巷→3101綜采工作面→3101工作面回風巷→3-1煤二盤區泄水巷→回風井東碼→回風立井。

2.2.2 測點選取

通風阻力測定路線確定后，再根據測試路線選取測點，這樣可以避免測點選取的盲目性，避免測點的遺漏及錯選，提高阻力測定工作效率[4]。選擇測點時應滿足下列要求：

（1）因分風點、匯風點、巷道拐彎及斷面變化處風流流場發生改變而產生渦流，風速不易準確測量，因此測風點應在分風點或匯風點前（或后）處選定。選在前方不得小于巷道寬度的3倍；選在后方不得小于巷道寬度的8倍；需要在巷道轉彎處、斷面變化大的地方選點時，選在前方不得小于巷道寬度的3倍；選在后方不得小于巷道寬度的8倍；（2）巷道形狀不規則或有雜物會影響到通風斷面的準確測量，所以測風點前、后3m內巷道應支護良好，巷道內無堆積物；（3）兩測壓點間的壓差：氣壓計法應不小于20Pa；（4）兩測壓點之間不應有分風點或匯風點。

3 測定數據計算與處理

門克慶礦井通風阻力測定，共測試井下風量數據43組、井下空氣靜壓及溫濕度數據57組、地面大氣壓力及溫濕度數據33組。測試工作完成后，將測試數據輸入到計算機中，利用計算機對測試數據進行處理[5]。

3.1 空氣密度計算

回風立井風量為17586m3/min（293.10m3/s），實測通風阻力為860Pa，計算得到礦井等積孔為11.90m2，礦井屬通風容易礦井。

4 礦井通風阻力測定結果分析

根據井下巷道在通風過程中的作用可將測試路線上的巷道進行三區分類，結合測試數據可得到進風區、用風區與回風區的區段長度與阻力百分比。2-2中煤層的區段長度與阻力如圖1所示，3-1煤層的區段長度與阻力百分比如圖2所示。

由圖1可看出2-2中煤層進風區通風阻力比例與通風距離比例較為匹配；2-2中煤層用風區線路較長，但是用風區通風阻力比例較小，說明用風區的巷道維護較好；回風區通風阻力比例遠大于回風區通風距離比例，回風區阻力較大，主要原因是2-2中煤層工作面為備用工作面，從通風系統調整方面考慮，為控制該區域風量，在回風區內設了兩道調節設施以控制2-2中煤工作面的風量，造成2-2中煤層回風區通風阻力較大。

由圖2可看出3-1煤層進風區通風阻力比例略大于通風距離比例；用風區線路較長，但是用風區通風阻力比例較小，說明用風區巷道維護較好；回風區通風阻力比例遠大于回風區通風距離比例，回風區阻力較大，主要原因是原因在于回風區風量較為集中，造成3-1煤層回風區通風阻力較大。

5 結論與建議

（1）采用精密氣壓計基點法能夠準確、快速測得礦井通風阻力，可適用于通風系統復雜、井田范圍較大和測試工作量較大的礦井通風阻力測定。（2）門克慶煤礦總回風量為17586m3/min，礦井實測通風阻力為860Pa，通風阻力符合《煤礦安全規程》（2016）和《煤礦井工開采通風技術條件》（AQ1028-2006）等要求。礦井等積孔為11.90m2，屬于通風容易礦井。（3）2-2中煤通風系統中回風區通風阻力較大，原因在于2-2中煤回風與3-1煤回風匯合后，回風大巷較為集中，造成回風區阻力較大。3-1煤通風系統中，通風阻力主要集中在用風段是因為工作面距離進回風井距離較近，進回風巷道長度較短，用風區巷道長度較長，所以礦井通風阻力都集中在用風區。（4）礦井部分區段阻力比例較大，主要原因是由于巷道較長或者風量相對集中，巷道維護情況較好，礦井通風總阻力較小。礦井總風量及各用風點風量能夠滿足生產求，礦井通風設施設置較合理。門克慶煤礦通風系統能夠保障礦井的安全生產。

參考文獻

[1]廖志恒，張兆一，孫志帥.鮑店煤礦通風系統阻力測定及分析[J].煤炭技術，2016，（3）：183-185.

[2]蘆志剛.常村煤礦通風系統評價及應用[J].遼寧工程技術大學學報，2014，（9）：1193-1199.

[3]李向東，張慶華，陳忠明，等.龍灘煤礦通風系統改造優化方案的研究[J].煤炭科學技術，2010，（12）：66-68.

[4]王玉和，張普，陳文國，等.氣壓計基點法在礦井通風阻力測定中的應用[J].煤炭技術，2015，（3）：196-199.

[5]秦躍平，吳彪，畢永華，等.基于百米風阻的工作面阻力測定結果分析[J].礦業安全與環保，2015，（1）：90-93.

[6]程根銀，朱鍇，祁明峰，等.百善煤礦通風系統阻力測定及分析[J].中國安全科學學報，2009，（2）：101-105.

[7]張海慶，宋洋洋，焦向東，等.平煤八礦東風井通風系統阻力測定與方案優化[J].煤炭科學技術，2012，（9）：52-55.

[8]余志劍，周偉，龍騰，等.基于突變理論的礦井通風系統共性分析與優化應用[J].中國礦業，2015，（S2）：170-174.