礦井通風摩擦阻力產生的原因及降阻方法

趙文利

（大同煤炭職業技術學院，山西大同037003）

礦井通風摩擦阻力產生的原因及降阻方法

趙文利

（大同煤炭職業技術學院，山西大同037003）

礦井通風阻力是影響礦井通風的重要因素.通常情況下，礦井通風的阻力分為摩擦阻力和局部阻力兩類.摩擦阻力是礦井通風總阻力的主要部分.本文介紹了礦井通風摩擦阻力產生的原因及降低摩擦阻力的方法.

礦井通風；摩擦阻力；降阻措施

伴隨著煤礦安全生產的日漸重視，煤礦瓦斯治理是安全生產的重中之重，而礦井通風是解決瓦斯積聚的重要手段.礦井通風阻力是影響礦井通風的重要因素，通風阻力越大，損失的能量越多.根據我國對617對井口和1023個風井的調查和統計，有40%的礦井風阻力屬于中阻力和大阻力礦井，個別礦井的通風電耗甚至占到了礦井總電耗的50%.降低通風阻力，提高通風能力是一項長期的、經常性的工作.礦井通風總阻力中的摩擦阻力是主要影響部分，如何減小摩擦阻力對礦井通風有著至關重要的作用.本文首先分析了礦井通風摩擦阻力產生的直接原因，然后針對性的提出降低礦井通風摩擦阻力的方法.

1 礦井通風摩擦阻力產生的原因

通常情況下礦井通風阻力分為摩擦阻力和局部阻力兩類，它們與風流的狀態有關系.一般情況下，摩擦阻力是礦井通風總阻力的主要組成部分.

1.1 摩擦阻力

當空氣在井巷中流動時，由于流體層間的摩擦和流體與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力.流體在運動中有層流流動和紊流流動兩種不同狀態.層流，是指流體各層的質點相互不混合，呈束狀，為有秩序地流動，各流束的質點沒有能量交換.質點的流動軌跡為直線或有規則的平滑曲線，并與其通道軸線方向基本平行.紊流和層流相反，體質點在流動過程中有強烈混合和相互碰撞，質點之間有能量交換，質點的流動軌跡極不規則，除了有總流方向的流動外，還有垂直或斜交總流方向的流動，流體內部存在著時而產生、時而消失的渦流.根據雷諾公式Re=（v表示流體的流動狀態與平均流速，d表示管道直徑，σ表示流體的運動粘性系數），流體在直圓管內流動時，當雷諾數Re<2320時，流動狀態為層流；當雷諾數Re>4000時，流動狀態為紊流；在2320≤Re≤4000之間時，流動狀態不是固定的，由管壁的粗糙程度、流體進入管道的情況而定，稱為不穩定的過渡區.雷諾數Re=2300時，對應的臨界風速為0.012m/s《.規程》規定，井巷中的最低允許風速為0.15m/s，由此可見，礦井內所有通風井巷中的風流均為紊流狀態.

1.2 摩擦阻力公式

在完全紊流狀態下，摩擦阻力的計算公式是:

(1)式中:hf為摩擦阻力；Rf為巷道的摩擦風阻；λ為沿程阻力系數（由實驗可求得到）；ρ為空氣密度；S為巷道的斷面；U為巷道的周界；L為巷道的長度；Q為巷道的風量.

對于已經確定的井巷，巷道的長度L、周界U、斷面S以及λ巷道的沿程阻力系數都是確定的，把L、U、S、λ、ρ用一個參數Rf來表示，得到下式:

(2)式中:Rf為摩擦風阻.顯然Rf是空氣密度、巷道的粗糙程度、斷面積、斷面周長、井巷長度等參數的函數.當這些參數確定時，摩擦風阻Rf值是固定不變的.所以，可將Rf看作反映井巷幾何特征的參數，它反映的是井通風的難易程度.

(3)式就是完全紊流時摩擦阻力定律，它說明了摩擦風阻一定時，摩擦阻力與風量的平方成正比.

2 降低礦井通風摩擦阻力的方法

2.1 減少沿程阻力系數λ

礦井通風設計時盡量用摩擦阻力系數較小的支護方式，如錨噴、砌碹、錨鎖、鋼帶等.施工時一定要保證施工質量，應盡量采用光爆工藝，盡可能使井巷壁面平整光滑，使井巷壁面的凹凸度不大于50mm.對于支巷道，要注意支護質量，支架不僅要整齊一致，而且還要剎幫背頂，并且要注意支護密度.及時修復被破壞的支架，失修率不大于7%.在不設支架的巷道，一定注意把頂板、兩幫和底板修整好，以減少摩擦阻力.

2.2 選擇適中的井巷風量Q

因為摩擦阻力與風量的平方成正比，生產礦井應隨著生產情況及規模的變化，及時調整風機能力，使之適應生產的需要.及時調節主通風機的工作功率，減少礦井富裕總風量.避免巷道內風量過于集中，要盡可能使礦井的總進風早分開、總回風晚匯合.提高有效風量，減少風門漏風，對于中央邊界風井風門漏風的問題，采取由兩道風門在增加一道變成三道風門；永久風門采取加大包邊材料厚度；經常通過大件設備地點采用組合式風門，應隨時通過，隨時分解安裝.

2.3 選用周界較小的井巷斷面U

在井巷斷面相同的條件下，圓形斷面的周長最小，拱形次之，矩形和梯形的周長較大.因此，在礦井通風設計時，一般要求立井井筒采用圓形斷面，斜井、石門、大巷等主要井巷采用拱型斷面，次要巷道及采區內服務年限不長的巷道可以考慮梯形斷面.

2.4 保證井巷通風斷面S

因為摩擦阻力與通風斷面積的3次方成反比，所以擴大井巷斷面能大大降低通風阻力，當井巷通過的風量一定時，井巷斷面擴大33%，通風阻力可減少一半.對于主風流線上的高風阻區段，要盡量增大其斷面面積.當受到技術和經濟條件的限制，不能任意擴大井巷斷面時，可以開掘并聯巷道.在日常通風管理工作中，要經常修整巷道，減少巷道堵塞物，使巷道清潔、完整、暢通，保持巷道足夠斷面.

2.5 減少巷道長度L

因為巷道的摩擦阻力與巷道長度成正比，所以在礦井通風設計和通風系統管理時，在滿足開拓開采的條件下，要盡量縮短風路長度，及時封閉廢棄的舊巷和采空區.同時隨著礦井生產的發展，通風線路會不斷加長，而瓦斯量的增加，將導致風量和摩擦阻力大增，當利用現有通風系統不經濟時，可以考慮開掘新井巷降阻通風.

2.6 使用并聯風道通風

在礦井通風中，采用并聯風道.采用并聯風道的礦井通風風阻R并小于任一風道上的風阻Ri.當主扇風機安裝葉片度一定時，并聯風道法可以降低通風阻力，改善礦通風系統.

3 結論

筆者所在的大同煤礦集團有限責任公司，是與新中國同齡的大型國有企業.口泉溝的煤礦大多數礦井已經資源枯竭，而云崗溝的煤礦開采巷道普遍都比較長，新建設成功的塔山礦由原來規劃的年產一千萬噸增至二千萬噸，這些都對礦井提出了更高的通風要求增大，但同煤集團技術部門通過合理選擇巷道斷面、形狀、支護等參數，采取有效措施，可以降低通風阻力，減少能源損失，降低通風阻力很好的解決了當前制約企業發展的瓶頸.綜上所述，降低通風阻力具體措施是多種多樣的，本著因地制宜，簡單可行的原則通過方案比較選取有效措施，從而達到提高礦山企業效益的目的.

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TD724

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1673-260X（2010）11-0078-02