采礦巷道掘進通風系統壓能分布分析

徐明　崔方寧　解文強

摘 要：隨著能源的不斷消耗，對能源的開采工作也變得頻繁起來。在科技的發展進步下，技術和裝備的進步，大大提高了采礦巷道掘進作業的效率。但由于采礦巷道在掘進時，很容易形成循環風，可能對煤礦開采工作帶來危害。文章分析了掘進通風系統和礦井通風主系統的關系，并通過壓能分布對循環風的形成條件進行了分析，為采礦事業的安全性提供了參考。

關鍵詞：煤礦；巷道掘進；通風系統；壓能分布

1 我國采礦巷道掘進技術和設備的現狀

在我國，煤巷在煤礦掘進巷道里占有70%的比例，是巷道掘進技術的重點發展方向，主要的煤巷掘進技術有以下幾種。

1.1 煤巷綜合機械化掘進

煤巷綜合機械化掘進組成設備有：懸臂式掘進機、轉載機、可伸縮帶式輸送機、單體錨桿鉆機、通風除塵設備及供電系統等。懸臂式掘進機從上世紀60年代發展而來，是一種小功率掘進機。為了適應我國的煤礦生產，經過研究并開發了具有國際水平的EBJ-120TP型掘進機，具有整體結構緊湊、機身矮小、高穩定性、破巖能力強、適用范圍廣等特點，成為我國新一代煤巷掘進機。

1.2 大斷面煤巷連續采煤機高效掘進

連續采煤機是一種綜合機械化掘進設備，可以同時進行采煤和運送，能有效提高采煤量，適用于在矩形斷面的雙巷、多巷、短壁上進行開采，但不適合單巷開采。該采煤機是在1979年從國外引進，國內還不具備生產的能量。

1.3 掘錨一體化掘進

掘錨一體化設備的開發和研制，創造出了更為高效的掘錨機組，可以同時進行掘進和支護，但由于機組結構龐大，對巷道要求高，因此適用范圍還不是很廣。

2 掘進通風系統和礦井通風主系統

掘進通風系統屬于礦井通風系統的一部分，掘進工作面一般聚集著大量的井下工作人員，局部通風系統的好壞直接影響著礦井生產的安全與否。為了保護生產的安全穩定進行，常常要進行局部通風，一般情況下，局部通風機及其附屬設備的安裝位置是在距離巷道掘進口10m外的進風側。利用風筒把新鮮的風流傳輸到掘進工作面附近，而有害的風流則沿著掘進巷道排出。由于局部通風機受主系統的影響很大，因此在局部通風機前布置了兩道風門。如果在主系統的巷道里增設一道風門，則主系統的風壓也會隨著增大，但風壓增加的數值要小于增設的風門風壓值。產生的風壓特性曲線如圖1所示。

如圖1所示，曲線1表示局部風壓機的風壓特性曲線，曲線2表示主扇的風壓特性曲線，B是主系統巷道增設風門前的礦井風阻特性曲線，B1是主系統巷道增設風門后的礦井風阻特性曲線。A是增設風門前主扇的實際工況點，A2是局部風壓機的實際工況點，h表示分壓值。當礦井的總風阻比較小，則會出現礦井風阻特性曲線在B曲線下方，則得到的局部風壓機的實際工況點的風壓可能出現負值，此時的局部通風機不再提供向掘進巷道的工作面提供風流，反而會阻礙主風機的正常運行。

3 通風系統的壓能分布

3.1 通風系統

礦井的通風系統的要求有：

3.1.1 礦井具有獨立的通風系統，且通風系統的總阻力小于3920Pa。

3.1.2 設置的進風井口，要布置在不易受到粉塵、煤塵、有害氣體影響的地方，且要考慮全年的風向頻率。

3.1.3 多風機的通風系統，各風機的工作風壓大致一樣，提供的風量適合掘進巷道工作面需求。

3.1.4 每一個煤礦開采點都要有回風巷道，實行分區通風。

3.1.5 通風系統總體結構簡單，經濟效益高，風流易于控制管理且穩定。

3.2 巷道通風阻力

巷道兩端斷面之間的通風阻力：

h=hs+hz+hv

其中，hs是始斷面靜壓和末斷面靜壓的差；hz是始斷面和末斷面之間的位壓差；hv是始斷面和末斷面之間的動壓差。

其中，Bi，Bj是始斷面和末斷面氣壓計靜壓差的讀數，mmH2O；Bi'，Bj'是讀取Bi，Bj時，基點氣壓計靜壓差的讀數，mmH2O。

3.3自然風壓計算

自然風壓的計算可以采用平均密度法，通過測取的空氣密度和標高值，求每一段的位壓差代數和。

其中，Z0是風洞內測壓處標高和進風井口標高之間的差，m；？籽0是地面空氣的平均密度，kg/m3。

3.4 通風系統的壓能分布分析

掘進巷道通風時，風流的能量主要由機械能和內能組成。機械能包括位能、動壓能、靜壓能。但在流動時，空氣受到自身因素和流動環境的影響，將會使風流的能量發生改變，變化后的能量流動趨勢是從總能量大的地方向總能量小的地方流動，由此，可以比較始末兩端的總能量大小來判斷風流的方向。

通風壓能曲線圖可以顯示風流在流動過程中的壓能變化規律，反映出通風壓力和阻力之間的相互轉化關系。通過局部風流系統，描繪了壓能分布變化曲線，如圖2所示。

圖2 通風壓能分布曲線

從圖2可以看出，當風流從風點1流向風點2，由于存在的通風阻力，使得風流的能量逐漸減小，到達風點2的時候，風點2的斷面能量明顯比風點1小。在風點2設置局部通風機，在通風機的作用下，給風流提供了動力使風流的能量急劇上升。由于風流在風筒中流動，受到阻力影響降低了能量，后沿著掘進巷道繼續向風點4流動，能量持續降低。但由于在風點2的局部通風機為風流提供的能量與風流在風筒中受阻力影響和在掘進巷道中流動所消耗的能量之間的大小關系無法確定，如果只考慮理想上的可能，則提供的能量和消耗的能量應該持平，則風點2斷面能量和風點4斷面能量應該是相等的。然而，實際上，這兩個風點處的能量大小關系是不定的，隨時保持變化。圖2就顯示了風點4的斷面能量高于風點2的斷面能量，因此出現了局部通風機的循環通風現象。如果風點4的斷面能量小于風點2的斷面能量，風流就直接從風點2流向風點4，不會出現循環通風現象，保證了通風質量。

由于局部通風機提供的風量超過需要的風量而引起的循環通風現象，可以將局部通風機設置的位置往后移動，或直接更換通風機。對于初次使用局部通風機進行掘進通風時，可以人為的增加通風阻力，進而減小實際的等效風壓和風量，防止循環風流的產生。

4 結束語

局部通風機應提供足夠的風流給掘進巷道的工作面，且要保證適量，避免循環風的形成。對掘進巷道的壓能分布分析能一定程度的改善礦井供風能力不足、礦井通風阻力、井巷風阻等情況，減少事故的發生，保證礦井的正常生產工作和井下作業人員的安全健康，增加經濟效益。

參考文獻

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