平煤四礦礦井通風(fēng)阻力測(cè)定與系統(tǒng)分析

胡 洋,翁翼飛,張 驎

(1.河北省礦井災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 東燕郊 101601；2.華北科技學(xué)院 ,北京 東燕郊 101601)

1 測(cè)量方法

目前,礦井通風(fēng)阻力測(cè)定常用精密數(shù)字氣壓計(jì)。測(cè)定方法主要分為基點(diǎn)法和同步法兩種。使用基點(diǎn)法來(lái)確定礦井通風(fēng)阻力,具有節(jié)約時(shí)間、節(jié)省勞力、速度快等特點(diǎn)?；c(diǎn)法是將一臺(tái)氣壓計(jì)放在井上或井下某基點(diǎn)處，每隔一定時(shí)間測(cè)取氣壓讀數(shù)并記錄測(cè)定時(shí)間以監(jiān)測(cè)地面大氣壓力的變化，進(jìn)而對(duì)井下測(cè)定的氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；另一臺(tái)氣壓計(jì)沿事先選好的路線逐點(diǎn)測(cè)定氣壓值并記錄測(cè)定時(shí)間。采用基點(diǎn)法，其兩測(cè)點(diǎn)間的通風(fēng)阻力值用下式計(jì)算[1-2]：

hi,i+1=Pi-Pi+1+Hi-Hi+1×ρi+ρi+1×

式中hi,i+1——i至i+1點(diǎn)間的通風(fēng)阻力值，Pa；

Pi、Pi+1——分別為i和i+1點(diǎn)的絕對(duì)壓力值，Pa；

Hi、Hi+1——分別為i和i+1點(diǎn)的標(biāo)高值，m；

ρi、ρi+1——分別為i和i+1點(diǎn)的空氣密度，kg/m3;

νi、νi+1——分別為i和i+1點(diǎn)的風(fēng)速，m/s;

Pdi+1、Pdi——分別為i和i+1點(diǎn)讀數(shù)時(shí)的地面大氣壓力變化值，Pa。

2 測(cè)定路線選擇和測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)定路線是從進(jìn)風(fēng)井經(jīng)過(guò)用風(fēng)地點(diǎn)到回風(fēng)井口的所有風(fēng)流路線中沒(méi)有安設(shè)增阻設(shè)施的一條風(fēng)流路線，既要能控制一個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的全網(wǎng)絡(luò)，又能便于了解各類巷道的阻力分布狀況。

測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)符合下列要求：

1) 斷面規(guī)則，符合測(cè)風(fēng)條件；

2) 測(cè)點(diǎn)距局部阻路物的要求是：之前3～4倍巷寬，之后8～12倍巷寬；

3) 測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在可以查出標(biāo)高的地點(diǎn)；

4) 測(cè)點(diǎn)間距一般在200 m左右，測(cè)段儀器的讀數(shù)應(yīng)大于19.62 Pa；

5) 測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在安全地點(diǎn)。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 參數(shù)計(jì)算

當(dāng)井下實(shí)測(cè)工作結(jié)束后，需將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)真、仔細(xì)的整理、計(jì)算[3]。

1) 風(fēng)量計(jì)算

Q=S×V

式中 S——測(cè)點(diǎn)處巷道斷面積，m2；

V——測(cè)點(diǎn)處的平均風(fēng)速，m/s;

2) 通風(fēng)阻力

hi,i+1=Pi-Pi+1+Hi-Hi+1×ρi+ρi+1×

3) 巷道風(fēng)阻

巷道標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)阻值

式中 ρ0——井下空氣密度的標(biāo)準(zhǔn)值，ρ0=1.2mg/m3；

ρ1-2——兩斷面間空氣密度的平均值，mg/m3。

4) 巷道百米風(fēng)阻

式中Rr——所測(cè)平直巷道的摩擦風(fēng)阻，NS2/m8;

L1-2——兩測(cè)點(diǎn)間的距離，m。

5) 摩擦阻力系數(shù)

式中L——巷道測(cè)段的長(zhǎng)度，m;

U——巷道測(cè)點(diǎn)斷面的周長(zhǎng)，m；

巷道摩擦阻力系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值：

數(shù)據(jù)處理結(jié)果見(jiàn)表。

3.2 數(shù)據(jù)處理原則

1) 測(cè)段間的風(fēng)量，斷面積和周長(zhǎng)取兩測(cè)點(diǎn)間的平均值進(jìn)行計(jì)算。

2) 風(fēng)量太小或有風(fēng)門(mén)的巷道，若微速風(fēng)表不能啟動(dòng)，其風(fēng)量按節(jié)點(diǎn)風(fēng)量閉合的原則，由相鄰巷道風(fēng)量計(jì)算得出。

3) 由于本次測(cè)阻時(shí)間長(zhǎng)，每天風(fēng)量都有變化，甚至同一天內(nèi)，某一測(cè)段由于臨近巷道風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟或車輛通行，風(fēng)量發(fā)生變化，可能造成節(jié)點(diǎn)風(fēng)量不平衡，測(cè)段風(fēng)量取兩測(cè)點(diǎn)的平均值。

4) 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)明顯有誤的，按同一條巷道其他測(cè)段的結(jié)果類推。風(fēng)量較小的測(cè)段，壓力差太小，讀數(shù)誤差較大，本測(cè)段不具有類推性。

5) 存在有局部阻力的測(cè)段不可類推。

4 結(jié)果分析

4.1 阻力測(cè)定結(jié)果分析

平煤股份四礦于2012年5月25日進(jìn)行了通風(fēng)阻力測(cè)定工作，阻力測(cè)定結(jié)果的分析與意見(jiàn)如下：

1) 一水平戊九采區(qū)測(cè)定結(jié)果為4023 Pa，與扇風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓3980 Pa相比，戊九采區(qū)測(cè)量阻力比主扇工作風(fēng)壓偏大43 Pa，誤差1.08%，在允許誤差的±5%以內(nèi)。

2) 二水平己三采區(qū)測(cè)定結(jié)果為4067 Pa，與扇風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓4010 Pa(東臺(tái))相比，測(cè)量阻力比主扇工作風(fēng)壓偏大57 Pa，誤差為1.42%，在允許誤差的±5%以內(nèi)。庚一采區(qū)測(cè)定結(jié)果為：3723 Pa，與扇風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓3760 Pa(西臺(tái))相比，測(cè)量阻力比主扇工作風(fēng)壓偏小37 Pa，誤差為0.99%，在允許誤差的±5%以內(nèi)。

3) 三水平采區(qū)測(cè)定結(jié)果為1770 Pa，與扇風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓1780 Pa相比，測(cè)量阻力比主扇工作風(fēng)壓偏小10 Pa，誤差為0.56%，在允許誤差的±5%以內(nèi)。丁九采區(qū)測(cè)定結(jié)果為：1781 Pa，與扇風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓1780 Pa相比，測(cè)量阻力比主扇工作風(fēng)壓偏小1 Pa，誤差為0.05%，在允許誤差的±5%以內(nèi)。

通過(guò)上述計(jì)算，三個(gè)風(fēng)井系統(tǒng)誤差均在允許誤差的±5%以內(nèi)，基本符合礦井通風(fēng)實(shí)際，其結(jié)果可以供通風(fēng)系統(tǒng)改造時(shí)使用。

4.2 礦井各風(fēng)井系統(tǒng)阻力分布分析

通過(guò)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算及分析[4]，我礦戊九采區(qū)進(jìn)、用、回風(fēng)段阻力百分比為14.21%∶41.9%∶43.89%，己三采區(qū)進(jìn)、用、回風(fēng)段阻力百分比為22.67%∶51.45%∶25.88%，庚一采區(qū)進(jìn)、用、回風(fēng)段阻力百分比為25.81%∶37.14%∶37.05%；三水平采區(qū)進(jìn)、用、回風(fēng)段阻力百分比為68.92%∶18.18%∶12.9%；丁九采區(qū)進(jìn)、用、回風(fēng)段阻力百分比為54.54%∶36.83%∶8.63%；總回風(fēng)個(gè)別地段受采動(dòng)影響變形嚴(yán)重，巷道收縮斷面較小，且拐彎多，造成回風(fēng)阻力過(guò)大，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)總回風(fēng)巷通風(fēng)阻力大的地段進(jìn)行擴(kuò)修改造，以降低通風(fēng)阻力。全礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算見(jiàn)圖1。

圖1 全礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖

5 建議

1) 對(duì)于一個(gè)風(fēng)量24750 m3/min的老礦井，通風(fēng)阻力4010 Pa，說(shuō)明通風(fēng)系統(tǒng)線路較長(zhǎng)，阻力偏大。對(duì)于高阻力巷道必須加快巷道維修力度，定時(shí)定人定物具體安排，以降低通風(fēng)系統(tǒng)的阻力，更好的發(fā)揮主扇的性能。

2) 進(jìn)一步加強(qiáng)礦井的通風(fēng)技術(shù)管理，完善基礎(chǔ)技術(shù)工作，提高整體“一通三防”管理水平。

[1] 程少仁，程建軍 . 礦井通風(fēng)阻力測(cè)定及對(duì)幾個(gè)問(wèn)題的分析[J]. 煤礦開(kāi)采，2006,(1):72-74.

[2] 陳宙，趙恩平 . 礦井通風(fēng)阻力測(cè)定數(shù)據(jù)平差處理方法及應(yīng)用[J]. 中國(guó)礦業(yè)，2006,(10):105-108.

[3] 程根銀，朱鍇 . 晉普山煤礦通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定與分析[J]. 中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2005,(9):67-72.

[4] 王國(guó)臣. 礦井通風(fēng)阻力測(cè)定及微機(jī)處理系統(tǒng)研究[J]. 中國(guó)礦業(yè)，2007,(5):107-109.