楊萬里
(河南理工大學 安全科學與工程學院,河南 焦作 454000)
礦井的通風阻力是衡量礦井通風能力的重要指標。隨著礦井開采的進行,通風巷道支護方式、斷面大小、距離高差及通風網絡布置方式等多種因素,也會影響通風阻力的大小。因此,經常對通風阻力進行測定考察,更好地進行通風設計、風量調節(jié)、通風管理有著重要的意義。
目前,國內礦井通風阻力主要采用的兩種測定方法是壓差計和氣壓計。通過對比氣壓計和壓差計的優(yōu)缺點,本文使用精密的氣壓計進行風阻實地測定[1]?;c氣壓計法使用2臺通風阻力測定儀,1臺放于基點副斜井口記錄大氣壓,以便校正井下大氣壓隨時間的波動[2]。測定人員攜帶另1臺儀器從基點至井下沿測定路線依次測定各測點的氣壓、溫度、濕度和時間;并利用鋼卷尺測量巷道寬高,并記錄巷道斷面形狀和支護類型;利用紅外測距儀測量兩測點間的距離;利用風速表測定巷道風量。如此進行,直到終點。為了確保測定精度,測定時間選在煤礦檢修時進行,此時井下生產活動較少,對通風系統(tǒng)的擾動較小,通風阻力變化不大。
平頂山中祥永泰煤業(yè)位于汝州市蟒川鄉(xiāng)任村西何莊,礦井通風系統(tǒng)為中央并列式,通風方式為抽出式,安裝有FBCDZ-№18(B)型軸流式通風機,功率2×90 kW。礦井總進風量1 464 m3/min,總回風量1 595 m3/min,礦井負壓660 Pa,等積孔1.27 m2,通風難易程度中等。
1) 存在并聯(lián)風路情況時,應當選擇主風流風路即風量較大,且通過工作面的風路作為測風路線。
2) 盡量選擇路線較長、有不同井巷類型和支護形式的路線[3]。
3) 選擇沿主風流方向且便于測定工作順利進行的線路作為測定路線。根據上面所述原則并結合中祥永泰煤業(yè)公司現場具體情況,綜合考慮確定測定路線如圖 1所示。
圖1 測定路線及測點布置示意
用2臺同型號精密氣壓計,1臺放在井口,另1臺在風路中測定靜壓。所用的儀器儀表有:2臺BJ-1型精密氣壓計、2臺DHM-2型通風干濕球溫度計、2塊風表、2塊秒表、2個紅外測距儀。
通過測定所選路線巷道參數、風速、氣壓以及干濕球溫度等數據,計算得出巷道的阻力、風阻等,見表1。
在現場實際操作中,由于人員操作、測定儀器和通風環(huán)境等因素的影響,測定結果或多或少地會出現一定的測定誤差。為保證測定結果準確有效,對測定結果進行精度分析。
主風流風路實測阻力的相對誤差為:
礦井通風阻力h阻j為:
h阻j=HS+HN=hS2-hV2+HN
式中:HS為風機靜壓,Pa;HN為自然風壓,Pa;hS2為風機房靜壓讀數,Pa;hV2為傳壓管處斷面上的速壓,Pa。
經查驗風井風機房水柱計,讀數為660 Pa。
因此,根據通風阻力測定表1可得阻力測定相對誤差為:
表1 通風阻力測定結果
主測路線:
阻力測定相對誤差為2.72%,未超過5%,說明本次通風阻力測定比較精確,其測定結果可供現場使用,可以對現場通風系統(tǒng)的設計管理提供參考。
阻力具體分布如圖2所示。阻力分布分為三段(進風段、用風段、回風段)的百分比情況見表2。從阻力分布圖2和表2可以看出:礦井的回風段所占的阻力百分比較大,阻力主要消耗在了回風段上;從礦井百米阻力值來看,回風段百米阻力值較大,主要是因為回風段斷面較小、通過風量較大、風力集中致使阻力較大所致。
圖2 中祥永泰三段阻力分布
表2 礦井通風三段阻力分布情況
等積孔和礦井總風阻計算公式如下:
(1)
(2)
式中:A為礦井等積孔,m2;Q為礦井總回風量,m3/s;h為礦井通風阻力,Pa;R為礦井總風阻,N·S2/m8。
測得該礦總的回風量為Q=27.55 m3/s,其通風阻力h=650.90 Pa,則礦井等積孔與風阻值分別為:
(3)
(4)
通過上述計算分析,可以判定通風難易程度為中等。
1) 回風段阻力較大,且百米巷道阻力較高,建議礦方改善回風段通風系統(tǒng),以減小礦井回風巷道的通風阻力[4]。
2) 礦井內個別風門漏風較大,建議進一步加強井下通風設施的維護,提高礦井有效風量率。
3) 建議及時清除回風巷道堆積的雜物,加強巷道維修工作,盡量使井壁面光滑平整,在轉彎處要做成圓弧形,減少礦井回風段的通風阻力[5-6]。
4) 按照相關規(guī)定對礦井及時準確地進行測風,確保安全生產。
1) 中祥永泰煤業(yè)通風總阻力為650.90 Pa,進風段、用風段、回風段通風阻力分別為54.90 Pa、290.92 Pa、305.09 Pa,占總阻力的百分比分別為8.43%、44.69%、46.87%,回風段阻力占比較大,但阻力分布狀況基本合理。
2) 等積孔計算結果為1.28 m2,總風阻為0.869 27 N·S2/m8;礦井通風難易程度屬于中等。符合AQ1028-2006標準中煤礦井工開采通風技術條件,通風阻力與風量的匹配符合要求。
3) 礦井進風總量為24.50 m3/s,礦井總有效風量為21.68 m3/s,礦井內部有效風量率為88.50%,有效風量率符合要求。
4) 礦井回風總量為27.55 m3/s,風機排風量為28.83 m3/s,礦井外部漏風率為4%,符合回風井外部漏風率在無提升設備時,不得超過5%的要求。