某煤礦通風阻力測定及通風系統系統分析

毛金峰

由于資源整合導致礦井通風系統復雜，因此需要重新進行通風阻力測定。通過通風阻力測定確定巷道的基本通風參數，進行通風系統分析，從而進行調整達到安全生產的要求。

一、測定方法

本次測定采用氣壓計基點測定法。此方法是將一臺氣壓計放在井上或井下固定基點處，每隔一定時間測取氣壓讀數并記錄測定時間以確定地面大氣壓力的變化，進而對井下測定的氣壓數據進行校正；另一臺氣壓計沿事先選好的路線逐點測定氣壓值并記錄測定時間。采用基點法測定時兩測點間的通風阻力計算公式為：

Pa

式中：K1，K2—兩臺測定氣壓計的校正系數；

Pc1，Pc2—基點校正氣壓計在測定氣壓計讀數

PR1、PR2測值時的讀數，Pa；

PR1，PR2—測量氣壓計在上風測點和下風測點的讀數，mmH2O；

ρ1，ρ2—測段前、后測點的空氣密度，Kg/m3；

V1，V2—測段前、后測點的風速，m/s；

g—重力加速度，m/s2；

Z1，Z2—測段前、后測點的標高，m。

基點法測定時，兩臺氣壓計獨立作業互不干擾，測定速度快。

二、測定路線

一般一個測組每班測20個測點為宜。要合理選擇測量路線，一是測定的行程要盡量短，二是要使標高差較大的測段兩端測點的測定時間盡量接近，以免地面氣壓隨時間變化產生較大的誤差。根據上述原則和本礦的具體情況，經過分析確定如下主要測定路線：

西盤區通風系統：西盤區副井——井底車場——102進風大巷——102回風大巷——411進風大巷——411回風大巷——回風副井——風硐；

中一盤區通風系統：進風斜井——1120皮帶和軌道巷——回風大巷——回風井；

中二盤區通風系統：進風斜井——101進風大巷——112南大巷——401進風大巷——416進風巷——工作面——416回風巷——401回風大巷——風井——風硐；

北盤區通風系統：進風斜井——311進風大巷——工作面——311回風大巷——201進風大巷——工作面——201回風大巷——風井——風硐；

東盤區通風系統：進風斜井——212進風大巷——212南大巷——工作面——東盤區進風大巷——工作面——東盤區回風大巷——212回風大巷——風井——風硐。

三、測定結果

根據煤礦通風阻力測量數據以及計算機處理結果，可計算出各風井通風系統的礦井總風阻及等積孔分別為：

1）東盤區通風系統：0.6254 N.s2/m8和1.505 m2；

2）中一盤區通風系統：1.333 N.s2/m8和1.03 m2；

3）中二盤區通風系統：0.7067 N.s2/m8和1.42 m2；

4）北盤區通風系統：0.683 N.s2/m8和1.44 m2；

5）西盤區通風系統：0.5888 N.s2/m8和1.551 m２。

均屬于通風中等的礦井。

計算各風井通風系統的總阻力分別為：

1）東盤區通風系統：1197.08 Pa ；

2）中一盤區通風系統：2275.65 Pa ；

3）中二盤區通風系統：1795.18 Pa ；

4）北盤區通風系統：2036.28 Pa ；

5）西盤區通風系統：1840.83 Pa。

各風井通風系統的通風風量分別為：

1）東盤區通風系統：2625 m3/min；

2）中一盤區通風系統：2479 m3/min；

3）中二盤區通風系統：3024 m3/min；

4）北盤區通風系統：3276 m3/min；

5）西盤區通風系統：3355 m3/min。表1 煤礦各通風系統進風段、用風段和回風段通風阻力的對比結果

通風系統 通風路線 巷道長度（m） 通風阻力（Pa） 所占比例（%）

東盤區通風系統 進風段 1140 487.66 40.74

用風段 1070 197.63 16.51

回風段 1620 511.79 42.75

中一盤區通風系統 進風段 980 902.18 39.65

用風段 250 90 3.95

回風段 1134 1283.47 56.40

中二盤區通風系統 進風段 740 376.09 20.95

用風段 1720 242.14 13.49

回風段 1820 1176.95 65.56

北盤區通風系統 進風段 580 184.04 9.04

用風段 690 95.04 4.67

回風段 850 1757.2 86.29

西盤區通風系統 進風段 710 147.22 8.00

用風段 780 56.70 3.96

回風段 880 1620.70 88.04

從表1中可見，除了東盤區通風系統的通風阻力的分布比例比較合理外，中一盤區通風系統、中二盤區、北盤區和西盤區通風系統的回風段通風阻力比例均超過50 %外，特別北盤區和西盤區通風系統的回風段通風阻力比例高達85 %以上，因此，可以得出結論：煤礦對于北盤區和西盤區通風系統需要進行改造。

四、應用計算機進行通風網絡模擬解算

礦井通風能力是指在一定通風壓力下所能通過的風量值。礦井通風系統一經確定，其通風能力主要取決于主要通風機的工作風壓和網絡的總風阻。進行礦井通風網絡解算，一方面可以檢測一下礦井主要通風機和井下通風網絡是否匹配，另一方面可以對全礦井的通風狀況進行模擬，分析各巷道、掘進工作面、采煤工作面的風量、風速等是否滿足煤礦安全規程的要求。

在通風系統阻力測定報告的基礎上，求得通風網絡中各巷道分支的風阻值，將巷道始、末節點，風阻值，斷面積等參數編制上機文件，同時以各風井風機作為固定風量分支，代入到計算機通風網絡解算程序中，解算結果見附錄。主要通風機工況點見表2。

表2主要通風機計算工況點

風機名稱 風量（m3/s） 扇風機靜壓（Pa）

中二盤區風機 50.4 1878.764

中一盤區風機 42.32 2437.085

東盤區風機 43.75 1342.569

北盤區風機 54.6 2398.401

西盤區風機 55.917 1835.129

煤礦在中二盤區，西、東、北盤區安設BK54-6-№18型軸流式通風機，在中一盤區安設BK54-6-№17型軸流式通風機,參考上述主通風機特性曲線，聯合計算工況點參數，可以確定出各個主通風機的工作效率，見下表3：

表3 主要通風機工作效率

風機名稱 工作效率（％）

中二盤區風機 76

中一盤區風機 79

東盤區風機 65

北盤區風機 73

西盤區風機 72

依據下面的公式，可以計算出匹配電機的功率:

式中：N―電機功率，Kw；

Q―通風機工作風量，m3/s；

H―通風機工作風壓，Pa；

η―通風機工作效率，％；

ηt―傳動效率，直聯傳動取1，皮帶傳動取0.9～0.95，連軸傳動時取0.98；

K―電機容量備用系數，取1.1～1.2。

據此我們可以根據相關參數計算電機功率，因為電機為直聯傳動，取ηt為1，K為1.15計算得到表4：

表4 主要通風機電機功率

風機名稱 電機功率（Kw）

中二盤區風機 143.28

中一盤區風機 150.13

東盤區風機 103.92

北盤區風機 206.30

西盤區風機 163.95

五、現有的通風系統存在的主要問題

通過對現有通風系統的通風阻力和采掘作業點的通風參數與空氣質量的測定,結果表明,礦井通風系統主要存在以下幾個方面的問題:

（1）通風網絡過于復雜，風井相互影響

煤礦是一個老礦,多階段同時開采,通風系統復雜,通風設施繁多,在井田范圍內布置了5對風井,由于相連巷道和各風機能力之間的關系，造成各風井之間相互影響較大,致使井下通風系統管網阻力高；部分風井配備的風機有老化、效率低的現象；隨著礦井開采水平的逐年延深,通風路線增長、通風阻力將進一步加大，目前，除了東盤區通風系統的通風阻力的分布比例比較合理外，中一盤區、中二盤區、北盤區和西盤區通風系統的回風段通風阻力比例均超過50 %，特別是北盤區和西盤區通風系統出現了的回風段通風阻力比例高達85 %以上嚴重不合理現象。各水平控制風門負壓大,漏風大,難以維護,導致礦井深部水平供風的嚴重不足。

（2）部分采面、巷道風速有超限現象的出現且有些用風點配風不足

由測定可知，北盤區、西盤區部分工作面及部分巷道水平風速達不到《規程》規定的下限而出現了部分用風地點的風量不足，這使得采場空氣中CO、NO2、CO2等有害氣體不能及時稀釋排出而超過“規程”規定。相反有些巷道卻超過了《規程》規定的上限。

（3） 采面布置復雜，不利于調風管理

唐山溝煤礦現有采面數量達到18個，部分工作面通風線路長，正在實施改造的巷道內情況復雜，對于通風設施的設置及有效發揮作用有一定影響。

（4）存在新鮮風流未經用風段即與污風匯合，造成浪費

舉例說明：新鮮風流從中一盤區主井進風后，其中一股新鮮風流經1120巷后再次分風進入112北＋巷道，然后通過112東巷道匯入污風由中二盤區回風井排出。這些新鮮風流沒有進入用風地點就被匯入污風而排出，增加了通風機的工作負擔。

（5）主扇效率低

部分通風機雖然處于合理的工作范圍，但是通過測定發現部分主扇效率過低,造成通風的能耗浪費。

（6） 部分巷道漏風大,且有角聯風路的出現

該礦多處巷道內風門等調風設施質量不過關，采空區密閉不良等現象，這些都會造成礦井通風系統內部漏風的變大，造成有效風量率降低。此外，通風網絡圖顯示在各個盤區通風系統之間甚至內部出現了角聯巷道，這些角聯巷道的存在，對于風流流向的穩定性造成了極大的影響，例如由于受自然風壓或其他通風設施設置的影響，極易出現風流反向的情況，大大降低了通風系統的可靠性及抗災變能力。

（7） 回風段頂板管理不良，跨落現象嚴重，造成回風段阻力過大，使通風機無用能耗變大。

小結

通過對煤礦地質條件和生產系統等的調查，特別是通風系統的調查，得出如下結論：

（1）進行了礦井通風阻力測定，測定結果符合于實際是真實可靠的，完全可以作為現場實際的通風安全管理工作的理論依據。

（2）對礦井通風系統進行了計算機模擬解算，驗證了實測數據的合理性，解算結果表明：礦井絕大多數巷道風速、工作面配風量及風機能力滿足《煤礦安全規程》和現場生產的要求。

（3）在上述工作的基礎上，分析了唐山溝煤礦現有通風系統存在的問題，這些將是下一步通風系統改造需要重點解決的問題。