寺河煤礦二號井通風機靜壓力測算方法及影響因素

續(xù)鵬飛

(山西晉城煤業(yè)集團寺河煤礦二號井，山西 晉城 048019)

0 引言

礦井機械通風一般采用的是抽出式通風方式。抽出式通風可以保證作業(yè)人員的安全，為礦井提供良好的作業(yè)環(huán)境，起到防止礦井內瓦斯的積聚等作用。因此礦井的通風管理問題也是礦井安全管理的重中之重。

寺河煤礦二號井屬于高瓦斯礦井，設計生產能力為1.8 Mt/a。礦井內所采取的通風方式為中央分列式通風，通風機的通風方法為抽出式通風，進風地點為副井、主斜井、1#進風井和2#進風井；回風地點為1#回風立井和2#回風立井。為了研究通風機靜壓力的正確測算方法，將寺河煤礦二號井的通風阻力和風機性能作為研究對象進行分析。

1 礦井負壓的影響因素

1.1 礦井測壓探頭的布置

通風機設備都存在進行壓力測定的相關設備接口，風機內的負壓一般都會被導入通風機房內，為礦井負壓的管理提供一些相關的參考。通風機的性能和經過風機的風量的大小以及測壓探頭不同的位置等因素直接決定著通風機房負壓示數(shù)的大小。

圖1 測壓探頭布置圖

由圖1可知，當?shù)V井的測壓探頭布置在A-A斷面時，通風機房壓力值為hsA，斷面所通過的風流速度是v1，而礦井的測壓探頭布置在B-B斷面時通風機房壓力值為hSB，斷面所通過的風流速度是v2；根據(jù)佰努利方程式可知AB斷面所損失的壓力hRAB為

hRAB=(PA+hvA+ρAgZA)-(PB+hvB+ρBgZB)

(1)

式中：PA，PB—風流靜壓，Pa；hvA，hvB—風流動壓，Pa；ρA,B—空氣密度，kg/m3；ZA，ZB—A，B兩處的標高，m。

因為AB這2個斷面之間的距離比較短，其壓力損失hRAB也相對更小，還有密度發(fā)生的變化也很輕微，可近似看成兩者的密度相同，其次，這2個斷面之間的有效通風面積也有很大的不同，A的有效通風面積比B的大，而這兩斷面的動壓差值也比較大，即hvA>hvB；ZA和ZB基本保持在同一個水平面上，又因為AB兩端的絕對靜壓PA=P0-hsA，PB=P0-hsB；故公式(1)可化簡為

hsB=hsA-hvA+hvB-ρgZAB

(2)

通過上式能夠發(fā)現(xiàn)hsA

1.2 礦井風流的影響

在風硐附近距離風機入口比較近的地方、風流較為穩(wěn)定的斷面上面放置測靜壓探頭，它是利用傳壓管和風機房的水柱計相連接，從而測得這一斷面上的風流的相對靜壓hs[5]。流體力學上證實，流線型的入口圓筒內某個截面上的靜壓強是相同的，不過，比較多的礦井風機入口風流極其不穩(wěn)定，這是因為風硐和風機安裝的接口斷面有突變情況，而斷面上那些位置不等的地方靜壓是否相同還需要經過試驗測試才能知道。

在對寺河煤礦二號井的風機性能進行測試的時候，通過定量分析的方法，設想風硐中的風流是理想流體定常流動，在如圖2所示中的B-B斷面布置測壓點，首先要對每個測點的靜壓進行測試，接著再結合三通管把每個測試點都連接到一塊兒，最后接u型水柱計將每個測點的平均靜壓測試出來，主要數(shù)據(jù)見表1。

圖2 B-B斷面測點分布及測壓管連接圖

測點靜壓/ Pa測點靜壓/ Pa12 84262 86122 89072 81932 78982 83842 851均靜壓力2 83952 829

由表1數(shù)據(jù)可知，在相同的斷面所處的位置不同其靜壓也是不同的，這是因為風硐與風機放置的接口斷面發(fā)生突變，造成風機入口風流非常不穩(wěn)定。

1.3 礦井通風系統(tǒng)的變化

對寺河煤礦二號井風機性能進行測試的時候，利用定性的方法模擬了井下風流短路以及為巷道增加阻力2個情況來觀察風機房水柱計顯示的數(shù)據(jù)變化情況。最開始是利用板阻法，在井下回風流的某個路段放置木板從而使有效通風斷面減少，增大主要通風線路上的局部阻力，最后看出風機房的水柱計顯示的數(shù)值在增大。換句話說，當風機房水柱計的讀數(shù)迅速增加的時候，表明井下的主要通風路線中某地點的局部阻力開始增加；另外還可利用防爆蓋及備用的風機道短路漏風以取代井下風流短路，在這一現(xiàn)象中可以看到風機房水柱計顯示的數(shù)值有變少的情況。反言之，當風機房水柱計示數(shù)開始減少的時候，煤礦也許有瓦斯爆炸事故以及沖開防爆蓋的情況出現(xiàn)。

2 礦井通風機靜壓力的測算方法

2.1 測算方法

寺河煤礦二號井通風系統(tǒng)可以選用以下阻力測試路線：副立井→井底車場→軌道運輸大巷→西軌道運輸大巷→94101軌道巷→943133膠帶巷→94313工作面→943132回風巷→94102回風巷→9#煤西回風大巷→2#回風立井。根據(jù)阻力計算公式，實際測得的阻力為

=2 984.5 Pa

(3)

式中：hi→i+1—測點i到i+1間的壓差，Pa。

寺河煤礦二號井風機房的負壓是2 883 Pa；而在礦井風機本體處測試的負壓值是3 275 Pa，該礦是采用抽出式的通風方式，根據(jù)礦井通風阻力和風機裝置壓力的關系，再對風機房水柱計讀數(shù)推算可以得到的礦井通風阻力h阻為

h阻=Hs+HN=hs-hv+HN

(4)

式中：Hs—風機裝置靜壓，Pa；HN—自然風壓，Pa；hs—風機房水柱計讀數(shù)，Pa；hv—動壓，Pa。

(5)

式中：hZi→i+1—每個測點i與i+1間的空氣柱壓力，Pa。

通過計算可知風硐損失的壓力hv1約為130.74 Pa，而風機所損失的壓力hv2約為499.73 Pa，因此：h阻1=hs1-hv1+HN=2 883-130.74+168.77=2 921.03 Pa,h阻2=hs2-hv2+HN=3 275-499.73+168.77=2 944.04 Pa。

2.2 誤差分析

通過實測可知阻力的相對誤差計算公式為

(6)

式中：h阻測—寺河煤礦二號井的通風阻力，Pa；h阻—由風機房水柱計計算的礦井通風總阻力，Pa。

3 結論

(1)影響礦井通風機靜壓的有關因素有測壓處風流的擾動、在測壓處所安裝的探頭的位置以及寺河煤礦二號井通風系統(tǒng)的變化等3方面的因素。

(2)對礦井進行安全管理時，要保證風機房的管理水平，還需要按照規(guī)定配置相關的專兼職安全管理人員。

(3)風機靜壓的正確測試方法和其采用的儀器精準度、測試過程有密不可分的關系；風機靜壓時常會受到測壓點的風流干擾，此外其數(shù)值變化還會受到測壓探頭的放置點、井下通風系統(tǒng)的變化影響。