鶴壁三礦通風系統阻力測定與分析

馬權 尚賓

摘 要：為了解礦井通風系統中通風阻力分布狀況，更好地通風降阻，并為通風設計、網絡解算和優化改造提供可靠的基礎信息，就必須對井下風阻力進行核定計算。本文選取不同測點測定參數，從測定精度評價、通風阻力分布狀況、礦井等積孔和風阻4個方面對測定結果進行計算分析。結果表明：鶴壁三礦的通風系統布置和阻力分布較合理，通風難易程度屬于容易等級。此外，礦井北翼部分巷道變形嚴重、斷面較小、阻力較大，建議及時維護巷道，擴大巷道局部面積，以降低系統通風阻力。

關鍵詞：通風系統;通風阻力;測定分析;等積孔

中圖分類號：TD724 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）04-0086-04

Measurement and Analysis of Ventilation System

Resistance in Hebi No.3 Coal Mine

MA Quan1 SHANG Bin2

（1. School of Safety Science and Engineering， Henan University of Technology，Jiaozuo Henan 454000;

2.Hebi No.3 Mine，Hebi Henan 458000）

Abstract： In order to understand the distribution of ventilation resistance in mine ventilation system， to better reduce ventilation resistance， and to provide reliable basic information for ventilation design， network calculation and optimization transformation， it is necessary to verify the calculation of underground air resistance. In this paper， the determination parameters of different measuring points were selected， and the results were calculated and analyzed from four aspects： accuracy evaluation， distribution of ventilation resistance， mine holes and air resistance. The results show that the layout of ventilation system and the distribution of resistance in Hebi No. 3 Coal Mine are reasonable， and the degree of ventilation difficulty is easy. In addition， some roadways in the north wing of the mine have serious deformation， small cross section and large resistance. It is suggested that the roadway should be maintained in time and the area of local roadways should be enlarged to reduce the ventilation resistance of the system.

Keywords： ventilation system;ventilation resistance;determination and analysis;isometric pore

煤礦井下生產包括多個生產環節，其中礦井通風是保障安全生產、井下工人呼吸順暢的重要一環[1]。由于井下環境復雜多變，危險隱患處處存在，因此，一旦發生事故，就會造成人員的傷亡和機械設備的損壞[2]。一個良好、穩定的通風系統對礦井的安全生產和效率的提升具有重要的意義，合理地對井下各個地點進行配風是礦井生產的前提和基礎。但是，由于井下巷道壁面的粗糙性以及部分風門漏風較大，致使風流能量損失[3，4]。通過對井下各巷道及工作面供風量的核定和優化，保證井下各道工序合理安全執行，這與煤礦工人的身體健康和煤礦的安全生產都有直接的關聯[5，6]。

隨著井下采煤工作面、掘進工作面等的不斷向前推進，除井下主要大巷以外，其他地點的需風量都會有所改變。這就需要我們及時獲取井下巷道及各地點的通風阻力和需風量，是對礦井合理通風、精確繪制通風系統圖以及井下安全生產的根本依據[7，8]。完成對改礦的阻力評定，對改礦的整體分布情況有個清楚的認知，同時測量得到的數據可為礦井通風優化提供可靠的基礎信息。由此，對具體煤礦井下通風系統進行阻力測定并對其進行分析和優化，對該礦正常的安全生產和經濟效益有重要的意義。

1 礦井概況

鶴煤公司三礦位于鶴壁煤田中部。主要可采煤層為二1煤層，平均煤厚8.26m。根據2017年8月份礦井瓦斯鑒定結果，礦井絕對瓦斯涌出量為47.99m3/min，相對瓦斯涌出量為27.79m3/t;CO2絕對涌出量為9.89m3/min，相對涌出量為5.72m3/t，屬煤與瓦斯突出礦井。礦井采用立井、暗斜井多水平開拓，目前分為四個水平：一水平（-68m）、二水平（-68～-291m）已回采結束，采掘生產主要集中在三水平（-291～-550m），四水平（-550～-800m）為開拓延深水平。現生產采區為32采區，接替采區為41采區、42采區。

鶴壁三礦井下采用機械抽出式通風方法，通風方式為混合式，進風井為中央副井、主井、新副井、南翼斜井;回風井為北翼馬駒河風井和新風井。北翼馬駒河風井安裝AFG606-2.2-1.3型號風機兩臺，一用一備;新風井安裝MAF-2100-1180-1A型號風機兩臺，一用一備?；夭晒ぷ髅娌捎肬型通風方式;掘進工作面采用礦用對旋式局部通風機配合礦用阻燃抗靜電風筒壓入式供風;井下各需風地點和大巷所需風量均符合規程中的規定要求。

2 礦井通風阻力測定

2.1 測定路線的選擇與測點布置

根據鶴壁三礦兩臺主要通風機所擔負的區域并結合井下的具體情況，決定選擇兩條主測路線、三條輔測路線。路線的選取原則為：①當存在兩條巷道風流都通過采煤工作面時，應選擇其中一條相對風量較大的作為測定路線;②井下阻力測定應選擇較長巷道且巷道包含多種類型及支護方式;③測定路線應首先考慮選取巷道完整且易于測風人員進行測量，并且沿主風流方向的線路。待兩主三輔路線選定之后，繪制了礦井的通風網絡圖，如圖1所示。

主測路線一（北翼風井擔負系統）：副（主）井→井底車場→二水平主軌道下山→三水平候車道→聯巷→三水平軌道下山→三水平北大巷→三車場→3024運煤巷→3024工作面→3024上順槽→32采區頂板回風巷→三水平北翼頂板回風巷→二水平北翼邊界回風下山→北翼風井。

主測路線二（新風井擔負系統）：新副井→-800水平北大巷→-550水平大巷→4202上順槽→新風井回風斜巷→-550北回風石門→新風井。

輔測線路一（北翼風井擔負系統）：井底車場→二水平候車道→二水平北大巷→32采區瓦斯泵站。

輔測線路二（北翼風井擔負系統）：三水平候車道→三水平卸載倉。

輔測線路三（新風井擔負系統）：井底車場→三水平大巷→三水平南大巷→四水平南翼回風上山→四水平南翼第一輔助回風巷→聯絡巷→四水平南翼皮帶巷→四水平南翼總回風巷→-550水平總回風南回風石門。

待兩主三輔路線選定并可實施之后，標點并編號。選取測點要遵循以下六條原則：①對于井下主要的大巷及工作面，應盡量多地布置測風點，以便反映阻力分布狀況;②對于井下巷道分岔口，必須對其進行測風;③對于風門處阻力突然變大的地方，必須對其進行測風;④對于存在煤與瓦斯突出的巷道，應對其進風口和出風口進行測風;⑤測風點應盡量選在測風人員容易到達且不威脅人生命安全的平坦開闊地;⑥在井下實測的過程中，遇到個別事先確定的測點無法實測時，可對測點進行適當增減[9-13]。

2.2 測定方法與儀器儀表

本次測定采用基點法，將測量儀器安置在入井井口，用于記錄地面的大氣壓。測風人員需要攜帶另一臺精密氣壓計、干濕球溫度計等儀器進入井下，對各個測風點處的靜壓、風速、溫度和濕度進行測量，并做好相關數據記錄，升井后對數據進行整理。所用的測定儀器如表1所示。

表1 測定儀器選擇

[儀器 數量 BJ-1型精密氣壓計 3臺 DHM-2型通風干濕球溫度計 2臺 風表 3塊 秒表 2塊 皮尺 2個 ]

3 礦井通風阻力結果分析

3.1 阻力測定精度的評價

主測路線實測礦井通風總阻力：

[h阻測=h阻AB] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：[h阻測]表示實測礦井的通風阻力（Pa）;[h阻AB]表示實測巷道AB段的通風阻力（Pa）。

主測路線一實測阻力的相對誤差為：

[ΔhI=h阻j-h阻測h阻j×100%] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

根據鶴壁三礦風機房的水柱計讀數結合阻力與風機的關系可知：

[h阻j=HS+HN=hs2-hv2+HN] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中：[HS]表示風機裝置靜壓（Pa）;[HN]表示礦井自然風壓（Pa）;[hS2]表示風機房靜壓儀（U型水柱計）讀數（Pa）;[hV2]表示風峒中傳壓管處斷面上的速壓（Pa）。

從井下測定完之后，回到地面分別對北翼風井和新風井水柱計進行讀數，其中北翼風井為1 850.0Pa，新風井為720Pa。

北翼風井擔負系統的精度為：[h阻測1]=1 933.8Pa;[hV1]=34.1Pa;HN1=107.4Pa。將相關數據帶入式（3）和式（2）可得出：

[h阻測1=hS1-hV1+HN1=1 850.0-34.1+107.4=1 923.3Pa] ?（4）

[Δh1=1 923.3-1 933.81 923.3×100%=0.5%] ? ? ? （5）

新風井擔負系統的精度為：[h阻測2=960.5Pa];[hV2=19.1Pa];[HN2=278.0Pa]。將相關數據帶入式（3）和式（2）可得出：

[h阻2=hS2-hV2+HN2=720-19.1+278.0=978.9Pa]（6）

[Δh2=978.9-960.5978.9×100%=1.9%] ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

由以上測試結果可知，線路一（北翼風井擔負系統）的精度為0.5%，線路二（新風井擔負系統）的精度為1.9%，兩條線路的測定誤差都在2%以下，結果滿足精度要求。此次測定結果可以為該礦今后的通風管理及系統改造提供依據。

3.2 礦井通風阻力分布狀況

鶴壁三礦北翼風井及新風井兩條系統井下通風阻力沿程分布如圖2、圖3所示。進風段、用風段、回風段通風阻力的分布情況見表2。

從上圖和表可以看出，鶴壁三礦北翼風機擔負系統通風總阻力為1 933.8Pa，其中進風段對總阻力的影響最大，約占59.6%，回風段對總阻力的影響次之，約占22.3%，用風段對總阻力的影響最小，約占18.1%，三段阻力分布合理;新風機擔負系統通風總阻力為960.5Pa，其中用風段對總阻力的影響最大，約占49.5%，回風段對總阻力的影響次之，約占29.5%，進風段對總阻力的影響最小，約占21.0%，三段阻力分布合理。

3.3 礦井等積孔與風阻

礦井等積孔和風阻值的計算公式為：

[A=1.19Qh] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

[R=hQ2] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （9）

式中：[A]表示礦井等積孔（m2）;[Q]表示礦井總回風量（m3/s）;[h]表示礦井通風阻力（Pa）;[R]為風阻值（Ns2/m8）。

北翼風井擔負系統通風總阻力[h]=1 933.8Pa，總回風量[Q]=78.6m3/s，則等積孔[A]=2.127 01m2，風阻值[R]=0.313 01Ns2/m8。

新風井擔負系統通風總阻力[h]=960.5Pa，總回風量[Q]=122.4m3/s，則等積孔[A]=4.699 87m2;風阻值[R]=0.064 11Ns2/m8。

根據面表3可知，無論從礦井風阻值還是從等積孔對鶴壁三礦北翼風井擔負系統和新風井擔負系統通風難易程度進行評價和分析，均為容易。

4 結論

①主測路線一的精度為0.5%，主測路線二的精度為1.9%，測定相對誤差均小于2%，結果滿足精度要求。

②鶴壁三礦北翼風機擔負系統通風總阻力為1 933.8Pa，其中進風段對總阻力的影響最大，約占59.6%，回風段對總阻力的影響次之，約占22.3%，用風段對總阻力的影響最小，約占18.1%，三段阻力分布合理;新風機擔負系統通風總阻力為960.5Pa，其中用風段對總阻力的影響最大，約占49.5%，回風段對總阻力的影響次之，約占29.5%，進風段對總阻力的影響最小，約占21.0%，三段阻力分布合理。

③北翼風機擔負系統A值為2.127 01m2，[Rm]為0.313 01Ns2/m8，通風難易程度為容易;新風井風機擔負系統A值為4.699 87m2，[Rm]為0.064 11Ns2/m8，通風難易程度為容易。

可見，礦井北翼部分巷道變形嚴重、斷面較小，阻力較大，建議及時維護巷道，擴大局部巷道面積，以降低系統通風阻力。

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