準確劃分礦井通風難易程度探究

高志松

(山西省節能中心有限公司， 山西 太原 030045)

1 引 言

1.1 現行劃分方法

一直以來，礦井通風難易程度都用等積孔大小來衡量。1873年繆爾格提出等積孔這一概念，并提出劃分礦井通風難易程度分級標準，稱之為繆爾格法。具體見表1.

表1 礦井通風難易程度分級表

影響等積孔大小的變量只有礦井總回風量和礦井通風阻力，單位為m2，相對簡單易記，能形象地表示礦井通風難易程度，一直被世界主要產煤國廣泛應用?？筛鶕?1)計算等積孔大小：

(1)

式中：

h—礦井通風阻力，Pa；

Q—礦井總回風量，m3/s；

A—礦井等積孔，m2.

h=RQ2

(2)

式中：

R—礦井總風阻，N·s2/m8.

1.2 問題的提出

繆爾格提出該分級方法時，礦井生產規模相對較小，采深較淺，礦井通風系統相對簡單，礦井需風量相對較小，具有普遍適用性。隨著科學技術不斷進步，現代化礦井在生產規模、管理模式、生產技術、通風方式和通風方法上都有了巨大變化，可通過優化礦井通風設計和通風技術管理，如增大礦井巷道斷面，降低井巷摩擦阻力系數，避免風量過于集中等方法來降低礦井通風阻力。

同時，另一個影響等積孔大小的關鍵變量—礦井總回風量也大幅增大?，F代礦井通風距離顯著變長，部分特大型礦井通風路線長度甚至能達到數十千米，通風線路越長，需要克服阻力的風壓越大，能量越大，風量越大。瓦斯涌出量隨著礦井產能的不斷增大而變大，尤其高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井，需要更大的風量來提供新鮮風流稀釋井下有毒有害氣體，以保障井下人員的安全與健康；現代礦井通風系統愈加復雜，用風地點多，需風量大；地溫隨開采深度增加不斷增高也使礦井需風量不斷增大。

綜上所述，礦井通風阻力能夠通過技術方法得以控制，而礦井總風量受礦井通風路線長度、礦井生產規模、瓦斯涌出量、地溫等因素影響而不可避免地增大，必然使礦井等積孔不斷增大。一些大型礦井、高瓦斯或者突出礦井利用繆爾格法判定礦井通風難易程度為容易，但礦井實際仍顯得通風困難、風量不足。例如，某礦總回風量Q=6 000 m3/min，礦井通風阻力h=3 000 Pa，算得礦井等積孔A=2.2 m2，依據繆爾格法判定該礦通風難易程度應為容易。但實際情況是，該礦回風段部分巷道由于地壓大而底鼓，斷面變小，風速嚴重超標，系統控風設施較多，礦井風量緊張，且不符合《煤礦井工開采通風技術條件》相關規定，利用繆爾格法判定礦井通風難易程度明顯失效。

1.3 研究現狀

針對礦井等積孔評價礦井通風難易程度失效問題，美國、英國、歐盟等對分級標準做出過修訂，我國學者也對該問題進行了多層次研究。俞啟香[1]通過統計分析礦井等積孔與礦井風量關系，提出了新的礦井通風難易程度分級方法；趙以蕙[2]提出了各類礦井通風系統等積孔合理值的計算公式及指標；胡朝仕等[3]依據礦井總風量和回風井數量提出了新的等積孔分級方法；馬礪等[4]綜合分析自然風壓、外部漏風等多種因素對通風系統的影響，提出了新的修正方法；劉輝等[5]對通風系統進行了分區劃分，并建立了通風難易程度的評分模型。

在以往研究的基礎上，綜合考慮我國對礦井風量與阻力之間關系的要求和等積孔大小兩個因素，提出了準確而合理的礦井通風難易程度劃分方法。運用新的礦井通風難易程度劃分方法對不同類型礦井中的典型案例進行了重新劃分，既克服了《煤礦井工開采通風技術條件》沒有對礦井通風難易程度劃分的缺陷，又避免了現行分級方法造成的失效。

2 礦井通風難易程度劃分新方法探究

2.1 礦井通風阻力要求

我國在歷版《煤礦安全規程》中對通風阻力要求僅局限于測定周期，并未對其限值和通風難易程度作明確要求。為滿足安全技術及管理、安全監察及監管、安全生產標準化、安全生產法制建設的需要，國家安全生產監督管理總局于2006年12月1日頒布實施AQ 1028—2006《煤礦井工開采通風技術條件》，對我國煤礦井工開采礦井通風技術條件做了詳細的規定。

在劃分礦井通風難易程度時礦井等積孔大小應該隨著風量變化而變化。由式(2)可知，礦井通風阻力與風量的二次方成正比，礦井通風阻力隨風量的變大而變大。基于此，《煤礦井工開采通風技術條件》規定了不同礦井通風系統風量通風阻力上限值，見表2.

表2 礦井通風阻力要求表

2.2 礦井通風難易程度新方法

《煤礦井工開采通風技術條件》只對不同風量時通風阻力的上限值進行了界定，并沒有對礦井通風難易程度進行劃分，也沒有對礦井通風難易程度為中等或困難時應采取何種措施來降阻做明確規定。且《煤礦安全規程》、《礦井通風阻力測定方法》等其他煤炭行業規范和標準也未對該部分內容進行具體規定。

綜合上文分析，參考通風系統風量與系統的通風阻力關系來確定礦井等積孔的合理范圍。取表2 中各臨界風量和阻力，分別計算出對應的等積孔值，具體結果見表3. 其中，取Q<3 000 m3/min，等積孔A<1.0 m2時系統的通風難易程度為困難；考慮我國目前單風機供風能力，取單風機運行時系統風量上限值為30 000 m3/min. 此方法即滿足了《煤礦井工開采通風技術條件》不同通風系統風量下阻力限值要求，又可利用等積孔大小評價礦井通風難易程度。

表3 不同風量下礦井通風難易程度分級表

對于礦井通風難易程度為中等的礦井，建議通過通風系統優化、減小巷道摩擦阻力系數、減小巷道長度、避免巷道風量過于集中等措施進行降阻，使礦井通風難易程度達到容易。

對于礦井通風難易程度為困難的礦井，應進行通風系統優化，必要時對礦井巷道進行重新設計或開拓新的巷道，以使礦井通風難易程度達到容易。

3 應用實例

通過對不同類型礦井的典型案例進行分析，不僅佐證了繆爾格法對現代礦井通風難易程度劃分的失效，又驗證了新的劃分方法的合理性，見表4.

表4 不同類型礦井通風難易程度比對表

蔭營礦通風阻力測定時，共選定4條主要路線，分別對105回風井通風系統、302回風井通風系統、401回風井通風系統、301回風井通風系統進行了阻力測定。依據現有分級標準，除105回風井通風系統阻力為中等外，其余均為容易。但根據礦井實際生產情況，其余3個通風系統通風路線都較長，系統富裕風量較小，部分巷道變形嚴重斷面較小，控風設施較多，通風阻力值偏大，通風系統判定結果明顯失準。

國強礦阻力測定期間礦井共布置1個回采工作面，無掘進工作面和備用工作面，風機單機運行情況下足以保證礦井需風量。布置1條主要路線，進風段、用風段、回風段通風阻力分別為161.0 hPa、142.8 Pa、194.8 Pa，通風路線總長6 332 m，根據現場實測，除用風段末端設置有調節風門導致阻力較大外，進風段和回風段巷道摩擦阻力系數均較小，明顯礦井通風難易程度不屬于中等。

南凹寺礦為高瓦斯礦井，阻力測定期間布置1個回采工作面和1個掘進工作面，礦井回采進入末期，所剩資源不多，采煤工作面為分層開采，現回采下分層。由于回采進入末期且保護煤柱設計不充足，導致30400集中回風巷部分巷道變形嚴重，加之巷道中有瓦斯抽放管道，使該段阻力明顯較大，回風段通風阻力占全礦井總阻力的66.0%，進而使全礦井阻力較大，判定為通風容易明顯不妥。

木家莊礦同時開采5#和9#煤層，主立井和副立井進風，回風立井回風，5#和9#煤層分別有各自專用回風巷道。根據實測，5#煤采區回風下山和9#煤采區回風下山，由于礦壓較大，巷道底鼓嚴重，巷道斷面變小，而巷道風量集中，使5#煤層回風段阻力占總阻力的68.1%，9#煤層回風段阻力占總阻力的76.2%，且礦井風量富裕系數較小，主通風機很難再通過調整角度增大風量，礦井通風難易程度明顯不屬于容易。

井工三礦通風阻力測定期間，共布置1個綜采工作面、1個備用工作面和4個掘進工作面，同時開采4#、9#煤層。從測定結果看，通風阻力值接近國家規定限值，回風段阻力較大，尤其九煤南翼回風大巷存在較為嚴重的底鼓和片幫，礦井富裕風量較小，且已無法通過調整主要通風機增大風量，判定為通風容易明顯有失偏頗。

4 結 論

1) 等積孔大小未隨礦井通風系統風量的增加而增大是導致繆爾格法劃分現代礦井通風難易程度失效的主要原因。

2) 新的礦井通風難易程度劃分方法綜合考慮了礦井通風系統風量與通風阻力之間關系和等積孔兩個因素，通過不同類型礦井的典型案例較好地驗證了其準確性及合理性。