礦井通風阻力的統計與分析

高志松，張孝廣

(1.山西省節能中心有限公司，山西 太原 030045;2.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400039)

礦井通風在煤礦安全生產中具有舉足輕重的地位，是煤礦安全生產和井下工作人員生命安全健康的保障，是煤礦預防瓦斯事故、粉塵危害、火災事故的前提。空氣沿著井下巷道流動，遇到障礙物或者與井巷摩擦都必然造成能量損失，這部分損失的能量就是礦井通風阻力。

《煤礦安全規程》規定：新井投產前必須進行1次礦井通風阻力測定，以后每3年至少進行1次。礦井轉入新水平生產或改變一翼通風系統后，必須重新進行礦井通風阻力測定。AQ1028-2006《煤礦井工開采通風技術條件》對不同礦井通風系統風量下系統的通風阻力值做了明確限定(見表1)，MT/T400-2008《礦井通風阻力測定方法》對礦井通風阻力測定進行了詳細規定，國內研究機構還根據部分礦井巷道摩擦阻力系數實測數據，編制了供通風設計參考的井巷摩擦阻力系數表。

表1 礦井通風阻力要求

理清礦井通風阻力，能更好地評價礦井的通風能力，清楚地了解礦井通風阻力分布情況，是礦井通風系統優化的重要依據，為礦井防滅火設計提供重要數據，故掌握礦井通風阻力對煤礦安全生產有著至關重要的作用。

通過對山西省231座生產礦井通風系統通風阻力的統計，分析影響礦井通風阻力的幾個關鍵因素以及內在聯系，同時還分析礦井阻力分布情況及影響因素，對礦井通風系統設計以及優化有著積極的指導意義。

1 礦井通風阻力的統計與分析

1.1 礦井統計概況

山西省是我國主要煤炭生產大省，截至2020年12月底，全省共有生產煤礦668座，合計產能104 560萬t/a。其中產能120萬t及以上的有324座，產能77 360萬t/a，占總產能的74%，產能在90萬t及以下的有340座，合計產能26 590萬t，占總產能的25%[5]。

本次統計礦井涵蓋全省11個地級市，共統計231座礦井通風系統，包含因礦井通風系統有重大變化而再次進行通風阻力測定的礦井。按礦井瓦斯等級，低瓦斯礦井占115座·次，占統計總數的49.8%，高瓦斯礦井96座·次，占統計總數的41.6%，突出礦井20座·次，占統計總數的8.6%。按礦井核定年產能統計(見表2)，產能90萬t/a及其以下的107座·次，占統計總數的46.3%；產能90萬t/a以上且產能小于300萬t/a的98座·次，占統計總數的42.5%；產能300萬t/a及其以上且產能小于500萬t/a的13座·次，占統計總數的5.6%；產能500萬t/a及其以上的13座·次，占統計總數的5.6%.

表2 按產能分礦井數量和比例

1.2 礦井通風阻力、系統風量及礦井等級孔

礦井通風阻力、系統風量及礦井等級孔三者之間的關系可用下式表示：

式中：h為礦井通風阻力，Pa；Q為礦井或系統總風量，m3/min；A為等積孔，m2。

統計分析的231座礦井中包含有2個及2個以上回風井的礦井，分別對每個獨立通風系統的通風阻力、風量及等積孔進行統計分析。

1) 系統風量Q≤3 000 m3/min，共7座·次，其中低瓦斯礦井5座·次，高瓦斯礦井2座·次，無突出礦井；產能45萬t/a的1座·次，產能120萬t/a的6座·次；礦井或系統通風阻力h最小值為123.1 Pa，最大值為1 591.5 Pa，平均值為689.8 Pa；等積孔A最小值為1.26 m2，最大值為3.00 m2，平均值2.01 m2；通風路線長度L最短為2 239 m，最長為6 558 m，平均4 269 m。

可見，當系統風量較小時，主要為低瓦斯礦井，礦井產能較小，礦井通風阻力較小，等積孔較小，通風路線距離較短。

2) 系統風量3 000 m3/min

可見，當系統風量3 000 m3/min

3) 系統風量5 000 m3/min

表3 5 000 m3/min

可見，當系統風量5 000 m3/min

4) 系統風量10 000 m3/min

表4 10 000 m3/min

可見，當通風系統風量10 000 m3/min

5) 此次未統計到單風井通風系統風量Q>20 000 m3/min的礦井。

根據以上統計分析可知，隨著礦井通風系統風量的不斷增大，高瓦斯礦井和突出礦井所占比例有增大趨勢，大型礦井所占比例逐漸增大，系統通風阻力、等積孔及通風路線等也不斷增長。

2 “三段”通風阻力分布分析

礦井通風阻力測定中，通常把通風系統分為進風段、用風段、回風段等三段，進風段一般指從進風井—主要進風巷—采區進風巷—工作面進風口，用風段主要指從工作面進風口—進風巷—工作面—回風巷—回風口，回風段指從工作面回風巷口—采區回風巷—主要回風巷—回風井—風硐口。通過計算“三段”通風阻力值，可以很好地掌握礦井通風阻力的分布情況，為礦井通風系統優化、進一步降低礦井通風阻力提供支撐。

1) 進風段通風阻力占系統通風阻力比例最大的有44座礦井，占19.0%；用風段通風阻力占系統通風阻力比例最大的有25座礦井，占10.8%；回風段通風阻力占系統通風阻力比例最大的有162座礦井，占70.1%，可見，通風阻力一般主要集中在回風段，進風段次之，用風段最少。

2) 進風段通風阻力占比情況見表5，由表5可知：進風段占比主要集中在15%～45%，主要原因是進風井多為兩個及其以上，進風相對分散，進風大巷支護相對完好，巷道底鼓、變形等現象較少，進風段巷道摩擦阻力系數相對較小，風阻較小，最終導致進風段阻力相對較小，所占比例較小。

表5 進風段通風阻力占比

3) 用風段通風阻力占比情況見表6，由表6可知：用風段占比主要集中在30%以內，主要因為工作面風量一般較小，通風路線距離較短；部分系統用風段通風阻力較大，主要是因為工作面離回風井較近，為保證距回風井較遠巷道的風量，必須在工作面進風巷道或者回風巷道安裝控風設施，導致用風段通風阻力增大。

表6 用風段通風阻力占比

4) 回風段通風阻力占比情況見表7，由表7可知：回風段占比主要集中在30%以上，大的甚至達到70%以上。除了回風巷風量集中及通風路線距離較長等因素外，主要有以下原因，導致通風阻力變大。一是礦井初步設計時回風巷道斷面較小，后期礦井提升產能，導致礦井需風量增大，而回風巷道沒有進行重新設計或擴巷；二是由低瓦斯礦井變為高瓦斯礦井或突出礦井后，回風巷道安裝瓦斯抽采管路，而沒有進行及時擴巷；三是由于保護煤柱距離較小或者礦井地壓過大，隨著工作面的不斷回采，導致巷道底鼓、片幫等現象發生；四是管理上的疏忽，由于回風巷道平時行人較少，且發生底鼓、片幫等情況時擴巷成本較高，企業不愿花費人力物力進行維護。

表7 回風段通風阻力占比

3 結 語

1) 隨著通風系統風量的不斷增大，高瓦斯礦井和突出礦井所占比例有所增多，大型礦井所占比例逐漸增大，通風系統阻力、等積孔及通風路線等不斷增長。

2) 礦井通風阻力在進風段和用風段占比一般相對較小，主要集中在回風段，必須加強通風系統管理，確保礦井安全生產。