礦井通風系統阻力測定與降阻對策分析

劉春明

（汾西礦業兩渡煤業，山西 靈石 031302）

引言

通風可降低礦井井下有害氣體、粉塵等濃度，為井下作業人員提供新鮮空氣，是井下采掘作業得以正常開展的基礎[1-3]。通風風量在巷道內運移時，由于風流本身具有慣性以及粘滯性，同時巷道井壁會使風量產生一定的擾動、阻滯，給通風風流產生一定的通風阻力并導致通風風流能量損失[4-6]。降低礦井通風系統能量損失并提高礦井通風能力是礦井通風管理工作重點內容[7-8]。為此，本文對山西某礦井下通風阻力測定方案以及測量結果進行分析，針對性提出降阻對策，以期更好地促進礦井通風工作開展。

1 工程概況

山西某礦設計產能180 萬t/a，現階段開采深度介于320 m～480 m，主采煤層包括有2#、3#、9# 及13#。礦井采用斜井+立井開拓方式，中央并列式通風，主斜井、材料及行人斜井進風，東立井及南回風斜井回風。井下現布置2 個生產采區，其中1 采區通過南立井回風、風量為134.7 m3/s、2 采區通過東立井回風150.7m3/s，南立井及東立井分別采用BDK618-8-No28、FBCDZ-No34 通風機通風，一備一用。礦井回采過程中瓦斯相對、絕對涌出量分別為61.37 m3/min、11.5 m3/t，井下工作面采用綜采方式。

2 通風阻力測定方案

2.1 測定方法

對礦井通風系統通風阻力進行測定有助于掌握井下通風系統阻力分布情況，確定井下通風系統通風路線中最大阻力分布；依據通風阻力分布情況為后續精準降阻、降低通風系統能耗等工作開展提供指導。現階段礦井常用的通風阻力測定方法包括有氣壓計發、壓差計法，具體兩種測量方法優缺點對比情況如表1 所示。

表1 不同通風阻力測定方法對比表

依據礦井通風系統具有系統復雜、巷道分布范圍廣等情況，結合礦井通風系統情況以及不同測量方法優缺點，具體選擇采用精密氣壓計基點法對通風系統風阻進行測定，具體井下通風路線中2 個測點間通風阻力測定可通過下述公式（1）計算：

式中：hr12為兩測點間通風阻力，Pa；p1、p2為測點風流壓能，Pa；v1、v2為兩測點風速，m/s；z1、z2為兩測點與基準面距離，m；ρ 為測點位置密度，kg/m3。

在對礦井井下通風系統風阻測定過程中需要采用的設備包括有JFY-1 精密氣壓計（3 臺）、高中低速風表（3 臺）、溫度計（2 臺）、秒表以及皮尺等。

2.2 測定路線

在對通風路線測點選擇時應選擇附近有明確標高點測定，同時測點位置風速穩定，與風流匯聚或者分叉點有一定間距；鄰近的測點應距離適當，以便降低測量工作量以及難度。根據礦井井下通風系統實際情況并參考井下通風系統布置圖，確定通風阻力測定路線。具體礦井通風系統通風阻力測點路線如圖1所示。

圖1 通風阻力測點路線

現階段礦井井下生產采區主要為1 采區（開采2#煤層）、3 采區（開采3#煤層），南立井以及東立井分別負責1 采區、3 采區回風工作。具體1 采區通風阻力測定路線為：主斜井（1）→繞道（2）→東翼軌道巷（3）→1205 工作面（4）→一采區回風巷（5）→南回風斜井（6）→風硐（7）。3 采區通風阻力測定路線為：副斜井（8）→一采區軌道巷（9）→西翼軌道巷（10）→3302 工作面（11）→東立井（12）→風硐（13）。

3 通風阻力測定結果分析及降阻措施

3.1 測定結果分析

在礦井采用精密氣壓計基點法并按照預先設定路線對1 采區及3 采區通風路線通風阻力進行測定，具體測定結果見表2。

表2 1 采區及3 采區通風路線風阻測定結果

通過表2 看出，1 采區通風路線中通風阻力合計為2 370.8 Pa，其中進風段（1-4 測點）、用風段（4-5 測點以及回風段（5-7 測點）通風阻力分別為557.5 Pa、655.8 Pa 以及1 147.5 Pa，采區進風、用風以及回風段風阻比為23.5∶27.7∶48.8，采區通風路線中回風段（一采區回風巷→南回風斜井→風硐）通風阻力占比相對較大；3 采區通風路線中通風阻力合計為2 322.6 Pa，其中進風段（8-10 測點）、用風段（10-11 測點）以及回風段（11-13 測點）通風阻力分別為1 279.0 Pa、531.6 Pa以及512.0 Pa，采區進風、用風以及回風段風阻比為55.1∶28.5∶22.1，采區通風路線中進風段（副斜井→一采區軌道巷→西翼軌道巷）通風阻力占比相對較大。

為便于直觀掌握礦井1 采區及3 采區各通風段通風阻力分布情況，根據各路線在通風系統中功能對各段通風距離以及通風阻力分布情況進行統計，具體見表3。

表3 礦井各采區通風系統風阻分布表

3.2 降阻措施

在礦井通風系統中副斜井以及一采區軌道巷等巷道通風有效斷面較小且巷道表面不規則，巷道長度較遠，從而導致巷道通風阻力相對較大。若對巷道進行刷擴則會給井下采掘作業帶來較大影響。為此，提出對巷道表面進行噴漿處理，降低巷道表面摩擦系數從而降低通風影響。

強化井下巷道維護及管理工作。隨著礦井采掘范圍增加以及生產時間增加，部分巷道出現不同程度底鼓問題，應對底鼓較大巷道進行修整必要時通過施工底板錨桿、底板注漿等方式降低巷道底鼓量，提高通風系統巷道有效斷面，降低通風阻力；在巷道內布置的材料、設備等應按照相關規定整齊碼放，降低通風影響。

4 結語

依據礦井生產情況，制定井下1 采區及3 采區通風阻力測定路線，發現1 采區通風阻力合計為2 370.8 Pa，其中進風段（1-4 測點）、用風段（4-5 測點）以及回風段（5-7 測點）通風阻力分別為557.5 Pa、655.8 Pa 以及1 147.5 Pa，其中回風段通風阻力占比相對較高，主要原因是采區通風系統回風段部分位置巷道底鼓嚴重，導致巷道有效通風斷面顯著縮小。

3 采區通風路線中通風阻力合計為2 322.6 Pa，其中進風段（8-10 測點）、用風段（10-11 測點）以及回風段（11-13 測點）通風阻力分別為1 279.0 Pa、531.6 Pa以及512.0 Pa，進風段通風阻力占比較高，主要是受到到進風段通風路線長、巷道斷面小以巷道表面不規則等導致。

依據現場通風阻力測定結果，提出對巷道斷面進行修整，通過表面噴漿降低巷道表面摩擦系數，從而降低通風阻力；對巷道圍巖變形嚴重區域及時進行修復，確保巷道有效通風斷面；按照要求碼放材料、布置機電設備等，降低通風阻力。