煤礦井下通風(fēng)通風(fēng)阻力測定分析

崔李偉

（山西蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司，山西 晉城048002）

0 引 言

莒山煤礦位于山西省晉城市東北部約18 km處，生產(chǎn)能力達(dá)900 kt/a，開采深度為+820～+580 m標(biāo)高，目前礦井主要開采3、9、15#煤層。礦井采用斜井開拓，中央分列式通風(fēng)，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，主副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)井回風(fēng)。

礦井通風(fēng)是保證礦井安全開采的重要技術(shù)手段，與人員生命安全息息相關(guān)。由于煤礦開采周期長，巷道因礦山壓力作用而變形破壞，容易造成通風(fēng)阻力增大等情況，實(shí)際條件與設(shè)計條件相差較大，造成供風(fēng)不足；嚴(yán)重時，壞點(diǎn)增多、安全隱患加大，給安全生產(chǎn)及人員安全帶來威脅。通風(fēng)系統(tǒng)阻力是衡量井下通風(fēng)能力的主要指標(biāo)，是通風(fēng)管理的重要內(nèi)容。為了更好地了解莒山煤礦井下通風(fēng)現(xiàn)狀，為通風(fēng)管理提供數(shù)據(jù)支撐，通風(fēng)阻力測定十分必要。

1 測定方案

1.1 理論基礎(chǔ)

井下通風(fēng)風(fēng)流的運(yùn)動過程可符合穩(wěn)定流動狀態(tài)條件下的伯努利方程：

式中：hr12為兩點(diǎn)間的風(fēng)阻，單位Pa；p1，p2為兩測點(diǎn)位置風(fēng)流單位體積平均壓能，單位Pa；0.5ρv12、0.5ρv22為兩點(diǎn)位風(fēng)流單位體積平均動能，單位Pa；ρgz1，ρgz2為1、2 測點(diǎn)處單位體積風(fēng)流的平均位能，單位Pa；v1，v2為1、2 兩點(diǎn)間平均風(fēng)速，單位m/s；z1，z2為兩點(diǎn)位到基準(zhǔn)面的高度，單位m；ρ為測點(diǎn)處空氣密度，單位kg /m3；g為重力加速度，單位m/s。

1.2 測定方法

測定通風(fēng)系統(tǒng)阻力常用壓差計法和氣壓計法等2 種方法。根據(jù)壓差計法的測量要求，要在1、2測點(diǎn)處分別放置測壓膠管，管軸風(fēng)流平行，在2 測點(diǎn)設(shè)置壓差計；使用風(fēng)表測定1、2 兩處風(fēng)速，同步測定干、濕球溫度及風(fēng)流絕對靜壓，由此得出兩點(diǎn)位空氣密度；壓差計讀數(shù)得出1、2 兩點(diǎn)位之間的靜壓差和勢能差，代入基本參數(shù)計算得出兩點(diǎn)位間通風(fēng)阻力。精密氣壓計測定的基點(diǎn)法，需要使用2 臺精密氣壓計，1 臺設(shè)置在地面作為基準(zhǔn)，另1 臺在井下移動測試，先測定指定區(qū)間兩端風(fēng)流靜壓，再通過代入對應(yīng)參數(shù)，計算出該區(qū)間通風(fēng)阻力。兩測定方法的優(yōu)缺點(diǎn)對比如下：

表1 通風(fēng)阻力測定方法優(yōu)缺點(diǎn)對比

經(jīng)過對比，結(jié)合莒山煤礦井下巷道分布廣、系統(tǒng)復(fù)雜的實(shí)際，最終確定選擇精密氣壓計基點(diǎn)法。

1.3 儀器參數(shù)

根據(jù)精密氣壓計基點(diǎn)法計算風(fēng)阻參數(shù)需求，涉及氣壓、巷道斷面尺寸、干濕溫度、風(fēng)速、標(biāo)高、時間等參數(shù)，需配備相應(yīng)儀器匯總見表2。

表2 通風(fēng)阻力測定所需儀器匯總表

1.4 測定路線

根據(jù)通風(fēng)阻力測定要求，為盡可能的反映礦井通風(fēng)特征，通風(fēng)路線選擇應(yīng)該滿足線路長、風(fēng)量大、阻力因素多等特征。結(jié)合礦井實(shí)際，經(jīng)實(shí)地考察，測定路線為：副斜井-軌道大巷-ZF302 下伏運(yùn)輸大巷-工作面巷道-ZF302 工作面-六采區(qū)回風(fēng)大巷-六采區(qū)東翼回風(fēng)巷-回風(fēng)石門-回風(fēng)斜井。

選定測點(diǎn)，應(yīng)考慮流速穩(wěn)定、距風(fēng)流分叉及匯合處遠(yuǎn)、附近有明確的標(biāo)高等特點(diǎn)，兩點(diǎn)間的距離適中，不宜過近，以便降低測量難度。據(jù)此，結(jié)合莒山煤礦通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，根據(jù)測量實(shí)際需求，共設(shè)置26 個測點(diǎn)。

2 測定結(jié)果與分析

2.1 風(fēng)量結(jié)果

參照國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布的《礦井通風(fēng)阻力測定方法》（MT/T440-2008）為計算依據(jù)，通過對莒山煤礦通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際測量，經(jīng)計算得出風(fēng)量和阻力相關(guān)數(shù)據(jù)，風(fēng)量數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 各風(fēng)井風(fēng)量匯總表

2.2 阻力分析

計算得出測定路線阻力分布情況如表4。

由表4 可知：進(jìn)風(fēng)段阻力534.8Pa，用風(fēng)段阻力810.3Pa，回風(fēng)段阻力1 357.6Pa，進(jìn)風(fēng)、用風(fēng)、回風(fēng)3類所占比例基本符合規(guī)程要求，未出現(xiàn)明顯的高阻力區(qū)段，因此，莒山煤礦通風(fēng)阻力分布較為合理。

表4 測定路線通風(fēng)阻力累加表

為了從宏觀上進(jìn)一步了解整個礦井的風(fēng)阻分布，依據(jù)測風(fēng)路線各段功能，劃分為進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段，相應(yīng)區(qū)間阻力情況如表5 所示。

表5 通風(fēng)阻力分布表

2.3 誤差分析

因儀表精確度、人工熟練程度等因素，測定結(jié)果可能存在誤差，為進(jìn)一步確認(rèn)檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，要通過計算校驗(yàn)測定數(shù)據(jù)的誤差程度，具體方法如公式（1）：

式中：δ為相對誤差，單位%，小于5%為準(zhǔn)確；Hs為風(fēng)阻實(shí)測值，單位Pa；Hr為風(fēng)阻理論值，單位Pa。

誤差校驗(yàn)見表6。

表6 通風(fēng)阻力測定結(jié)果誤差表

由表6 可知，誤差校驗(yàn)結(jié)果3.6%＜5%，此次測定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度符合有關(guān)規(guī)程要求，可以使用。

3 結(jié) 語

經(jīng)過測定，基本掌握莒山煤礦當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，為科學(xué)管理礦井通風(fēng)提供了數(shù)據(jù)支持，主要有以下結(jié)論：

1）進(jìn)風(fēng)段阻力534.8Pa，用風(fēng)段阻力810.3Pa，回風(fēng)段阻力1 357.6Pa，進(jìn)風(fēng)、用風(fēng)、回風(fēng)3 類所占比例基本符合規(guī)程要求，未出現(xiàn)明顯的高阻力區(qū)段，莒山煤礦通風(fēng)阻力分布較為合理。

2）回風(fēng)段長度占比31.8%，但風(fēng)阻占比卻高達(dá)50.2%，相對阻力較大，主要是因?yàn)樵撁簩淤Y源即將枯竭，局部巷道變形嚴(yán)重，可考慮掘進(jìn)回風(fēng)斜巷來解決。

3）經(jīng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)，系統(tǒng)測定誤差符合要求，此次通風(fēng)阻力測定數(shù)據(jù)可靠，滿足應(yīng)用要求。