唐山礦回風系統阻力測定與分析

翟偉

摘 要：通過對唐山礦回風系統進行阻力測定，分析了目前礦井回風系統的阻力分布情況，找出了礦井回風系統存在的主要問題，為礦井通風系統技術優化，提供基本的通風技術參數。

關鍵詞：通風阻力 測定 分析

中圖分類號：TD722 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0060-02

1 唐山礦通風系統概況

唐山礦始建于1878年，年產量為410萬噸/年。礦井現有11水平南翼、12水平北翼、西翼、南翼、13水平南翼、14水平及鐵路煤柱一采區、二采區、三采區等生產區域。唐山礦井深巷遠，最大通風流程16000 m，礦井主要開拓方式為單翼多水平階段石門開采，現生產及延伸水平有11、12、13、14水平，各水平主要進、回風巷位于同一水平，中間通過聯絡橫管聯系。唐山礦歷年來局批復均為高瓦斯礦井，2007年鑒定瓦斯絕對涌出量為48.5990 m3/min，相對瓦斯涌出量為6.4221 m3/t；有5、8、9、12主要可采煤層，各煤層均有煤塵爆炸性危險，爆炸指數為31.61～46.73%，5、8、9、12煤層均為自然發火煤層，發火期10～12個月。

唐山礦主要進風井有五個（1#、2#、3#、9#、10#），回風井有兩個（1#、2#）。礦井通風系統為單翼對角式（1994年停止中央風機運轉）。擔負礦井通風任務的是兩臺K4-73-01No32F型離心式通風機，一臺運轉，一臺備用，配套電機為兩臺TD-173-66-10電機，功率為2500 kW。主扇排風量180～530 m3/s，工作風壓為2400～5700 Pa，工作方法為抽出式。

2 測定方法

2.1 測量儀器、儀表選擇

JFY-2礦井通風參數檢測儀、干濕球溫度計、風表、秒表、皮尺、長桿等。

2.2 測量方法的選擇

本次通風阻力測量選擇氣壓計測量法，采用同步法測量。其優點是：測量精度高、誤差小，受通風系統及生產變化影響小，缺點是測量時間長、勞動量大。

2.3 測點的確定

對通風系統中的風流分、匯處前后均布置測點。為避免渦流影響，測點一般設在距風流流入的分風點或合風點10～15 m處。

2.4 測算公式

（1）空氣密度的測算。

p 0.378*φ*Ps

ρ=0.003484 --- （1-------------）

T P

式中：ρ為空氣密度，kg/m3；P為空氣的絕對靜壓，Pa；T為空氣的絕對溫度：T=t+273，K；Ps為空氣的飽和水蒸氣壓力，Pa；φ為空氣的相對濕度，%。

（2）風量的計算。

S拱型=寬×（高-0.1073×寬），m2

S梯型=巷高×巷中寬，m2

V均=K×V真

Q=V真×S

式中：Q為風量，m3/s；S為巷道的斷面積，m2；V均為巷道的平均風速，m/s；V真為由風表風速較正曲線查得的真實風速，m/s；K為校正系數，K=（S-0.4）/S。

（3）速壓的計算。

V2

hV=----×ρ

2

式中：hV為測點的速壓，Pa；V為測點的平均風速，m/s；ρ為空氣的密度，kg/m3。

（4）井巷通風阻力的計算。

本次阻力測定采用氣壓計同步法

h1-2=（P1-P2）+（hv1-hv2）+（Z1-Z2）×g×ρ1-2

式中：h1-2為測點1至2間的通風壓力，Pa；P1，P2為測點1、2的絕對靜壓，Pa；hv1，hv2為測點1、2的速壓，Pa；Z1，Z2為測點1、2的標高，m；g為重力加速度，取9.81 m/s2；ρ1-2為測點1～2間的空氣平均密度，kg/m3。

ρ1-2=1/2（ρ1+ρ2）

（5）井巷的風阻及摩擦阻力系數的計算。

h1-2

R1-2=----------

Q21-2

1.2

R標1-2=---------R1-2

ρ1-2

式中：R1-2為測點1至2的實測風阻，N·S2/m8；h1-2為測點1至2的通風阻力，Pa；Q1-2為測點1至2的風量，m3/s；R標1-2為測點1至2的井巷標準風阻，N·S2/m8；ρ1-2為同上，kg/m3。

3 測定結果

按照阻力測定的要求，對礦井主要回風系統進行測定，其通風阻力分布狀況如表1～表4。

4 礦井通風阻力測定的精度檢驗

根據通風系統圖繪制現狀通風系統網絡圖，將阻力測定數據輸入計算機，進行現狀網絡計算機模擬。

4.1 應用軟件

現狀通風模擬所使用的軟件為中國礦業大學北京校區采礦研究室研制的FORTRAN語言礦井穩態通風網絡解算軟件。

4.2 通風模擬

將所編寫的數據文件輸入計算機，進行通風網絡解算。模擬結果：礦井總風量、負壓及井下各用風地點風量與實測值基本相符，說明阻力測定數據可靠。

5 礦井通風阻力測定結果分析

通過井下實測和對礦井回風系統阻力分布數據的分析，回風系統主要存在以下問題。

5.1 回風系統通風阻力大

從回風系統阻力分布狀況中可以看出，我礦各回風系統阻力均較大，特別是個別區段7043、7044、南翼副巷、北翼副巷等局部地點在總阻力中占有相當的比重。建議對4070丙、4070丁、T1390板繞及板上部、7044、南翼副巷等失修的巷道繼續套修并維護到原設計斷面。

5.2 局部阻力影響較大

在本次測定時發現，除去巷道拐彎、分岔等局部阻力之外，物料堆積、巷道失修冒頂對礦井通風阻力的影響不小，7044總回風巷等堆積大量的生產用料，使巷道有效斷面減少2～3 m2，7044中部因鐵路煤柱開采，巷道大部分被壓壞，有冒落的矸石堆積使通風阻力大大增加。

6 幾點體會

總結氣壓計法測定礦井通風阻力的經驗教訓，在阻力測定工作中要注意以下問題：充分的準備工作，是搞好阻力測定的前提和保證。科學認真的井下實測，是搞好阻力測定的基礎和關鍵。測定工作應選在晴朗的白天、井下非生產班。此時，大氣壓力穩定、井下人員活動少、風門和運提設備開啟影響較小，有利于提高測定精度。應用氣壓計法阻力測定，時間測量儀表應選用秒表。在測量風速和壓力時，除要準確測量斷面外，風速要測定三次，取比較接近的兩次數據的平均值；測壓時，每一臺氣壓計要嚴格以規定時刻（30 s）讀數，讀數不少于10個數。記錄本上數據要清楚，上井后要及時填寫數據，防止數據混亂，并妥善保管記錄本。

數據整理要以耐心、細致、嚴謹的態度進行，并認真分析。endprint

摘 要：通過對唐山礦回風系統進行阻力測定，分析了目前礦井回風系統的阻力分布情況，找出了礦井回風系統存在的主要問題，為礦井通風系統技術優化，提供基本的通風技術參數。

關鍵詞：通風阻力 測定 分析

中圖分類號：TD722 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0060-02

1 唐山礦通風系統概況

唐山礦始建于1878年，年產量為410萬噸/年。礦井現有11水平南翼、12水平北翼、西翼、南翼、13水平南翼、14水平及鐵路煤柱一采區、二采區、三采區等生產區域。唐山礦井深巷遠，最大通風流程16000 m，礦井主要開拓方式為單翼多水平階段石門開采，現生產及延伸水平有11、12、13、14水平，各水平主要進、回風巷位于同一水平，中間通過聯絡橫管聯系。唐山礦歷年來局批復均為高瓦斯礦井，2007年鑒定瓦斯絕對涌出量為48.5990 m3/min，相對瓦斯涌出量為6.4221 m3/t；有5、8、9、12主要可采煤層，各煤層均有煤塵爆炸性危險，爆炸指數為31.61～46.73%，5、8、9、12煤層均為自然發火煤層，發火期10～12個月。

唐山礦主要進風井有五個（1#、2#、3#、9#、10#），回風井有兩個（1#、2#）。礦井通風系統為單翼對角式（1994年停止中央風機運轉）。擔負礦井通風任務的是兩臺K4-73-01No32F型離心式通風機，一臺運轉，一臺備用，配套電機為兩臺TD-173-66-10電機，功率為2500 kW。主扇排風量180～530 m3/s，工作風壓為2400～5700 Pa，工作方法為抽出式。

2 測定方法

2.1 測量儀器、儀表選擇

JFY-2礦井通風參數檢測儀、干濕球溫度計、風表、秒表、皮尺、長桿等。

2.2 測量方法的選擇

本次通風阻力測量選擇氣壓計測量法，采用同步法測量。其優點是：測量精度高、誤差小，受通風系統及生產變化影響小，缺點是測量時間長、勞動量大。

2.3 測點的確定

對通風系統中的風流分、匯處前后均布置測點。為避免渦流影響，測點一般設在距風流流入的分風點或合風點10～15 m處。

2.4 測算公式

（1）空氣密度的測算。

p 0.378*φ*Ps

ρ=0.003484 --- （1-------------）

T P

式中：ρ為空氣密度，kg/m3；P為空氣的絕對靜壓，Pa；T為空氣的絕對溫度：T=t+273，K；Ps為空氣的飽和水蒸氣壓力，Pa；φ為空氣的相對濕度，%。

（2）風量的計算。

S拱型=寬×（高-0.1073×寬），m2

S梯型=巷高×巷中寬，m2

V均=K×V真

Q=V真×S

式中：Q為風量，m3/s；S為巷道的斷面積，m2；V均為巷道的平均風速，m/s；V真為由風表風速較正曲線查得的真實風速，m/s；K為校正系數，K=（S-0.4）/S。

（3）速壓的計算。

V2

hV=----×ρ

2

式中：hV為測點的速壓，Pa；V為測點的平均風速，m/s；ρ為空氣的密度，kg/m3。

（4）井巷通風阻力的計算。

本次阻力測定采用氣壓計同步法

h1-2=（P1-P2）+（hv1-hv2）+（Z1-Z2）×g×ρ1-2

式中：h1-2為測點1至2間的通風壓力，Pa；P1，P2為測點1、2的絕對靜壓，Pa；hv1，hv2為測點1、2的速壓，Pa；Z1，Z2為測點1、2的標高，m；g為重力加速度，取9.81 m/s2；ρ1-2為測點1～2間的空氣平均密度，kg/m3。

ρ1-2=1/2（ρ1+ρ2）

（5）井巷的風阻及摩擦阻力系數的計算。

h1-2

R1-2=----------

Q21-2

1.2

R標1-2=---------R1-2

ρ1-2

式中：R1-2為測點1至2的實測風阻，N·S2/m8；h1-2為測點1至2的通風阻力，Pa；Q1-2為測點1至2的風量，m3/s；R標1-2為測點1至2的井巷標準風阻，N·S2/m8；ρ1-2為同上，kg/m3。

3 測定結果

按照阻力測定的要求，對礦井主要回風系統進行測定，其通風阻力分布狀況如表1～表4。

4 礦井通風阻力測定的精度檢驗

根據通風系統圖繪制現狀通風系統網絡圖，將阻力測定數據輸入計算機，進行現狀網絡計算機模擬。

4.1 應用軟件

現狀通風模擬所使用的軟件為中國礦業大學北京校區采礦研究室研制的FORTRAN語言礦井穩態通風網絡解算軟件。

4.2 通風模擬

將所編寫的數據文件輸入計算機，進行通風網絡解算。模擬結果：礦井總風量、負壓及井下各用風地點風量與實測值基本相符，說明阻力測定數據可靠。

5 礦井通風阻力測定結果分析

通過井下實測和對礦井回風系統阻力分布數據的分析，回風系統主要存在以下問題。

5.1 回風系統通風阻力大

從回風系統阻力分布狀況中可以看出，我礦各回風系統阻力均較大，特別是個別區段7043、7044、南翼副巷、北翼副巷等局部地點在總阻力中占有相當的比重。建議對4070丙、4070丁、T1390板繞及板上部、7044、南翼副巷等失修的巷道繼續套修并維護到原設計斷面。

5.2 局部阻力影響較大

在本次測定時發現，除去巷道拐彎、分岔等局部阻力之外，物料堆積、巷道失修冒頂對礦井通風阻力的影響不小，7044總回風巷等堆積大量的生產用料，使巷道有效斷面減少2～3 m2，7044中部因鐵路煤柱開采，巷道大部分被壓壞，有冒落的矸石堆積使通風阻力大大增加。

6 幾點體會

總結氣壓計法測定礦井通風阻力的經驗教訓，在阻力測定工作中要注意以下問題：充分的準備工作，是搞好阻力測定的前提和保證。科學認真的井下實測，是搞好阻力測定的基礎和關鍵。測定工作應選在晴朗的白天、井下非生產班。此時，大氣壓力穩定、井下人員活動少、風門和運提設備開啟影響較小，有利于提高測定精度。應用氣壓計法阻力測定，時間測量儀表應選用秒表。在測量風速和壓力時，除要準確測量斷面外，風速要測定三次，取比較接近的兩次數據的平均值；測壓時，每一臺氣壓計要嚴格以規定時刻（30 s）讀數，讀數不少于10個數。記錄本上數據要清楚，上井后要及時填寫數據，防止數據混亂，并妥善保管記錄本。

數據整理要以耐心、細致、嚴謹的態度進行，并認真分析。endprint

摘 要：通過對唐山礦回風系統進行阻力測定，分析了目前礦井回風系統的阻力分布情況，找出了礦井回風系統存在的主要問題，為礦井通風系統技術優化，提供基本的通風技術參數。

關鍵詞：通風阻力 測定 分析

中圖分類號：TD722 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0060-02

1 唐山礦通風系統概況

唐山礦始建于1878年，年產量為410萬噸/年。礦井現有11水平南翼、12水平北翼、西翼、南翼、13水平南翼、14水平及鐵路煤柱一采區、二采區、三采區等生產區域。唐山礦井深巷遠，最大通風流程16000 m，礦井主要開拓方式為單翼多水平階段石門開采，現生產及延伸水平有11、12、13、14水平，各水平主要進、回風巷位于同一水平，中間通過聯絡橫管聯系。唐山礦歷年來局批復均為高瓦斯礦井，2007年鑒定瓦斯絕對涌出量為48.5990 m3/min，相對瓦斯涌出量為6.4221 m3/t；有5、8、9、12主要可采煤層，各煤層均有煤塵爆炸性危險，爆炸指數為31.61～46.73%，5、8、9、12煤層均為自然發火煤層，發火期10～12個月。

唐山礦主要進風井有五個（1#、2#、3#、9#、10#），回風井有兩個（1#、2#）。礦井通風系統為單翼對角式（1994年停止中央風機運轉）。擔負礦井通風任務的是兩臺K4-73-01No32F型離心式通風機，一臺運轉，一臺備用，配套電機為兩臺TD-173-66-10電機，功率為2500 kW。主扇排風量180～530 m3/s，工作風壓為2400～5700 Pa，工作方法為抽出式。

2 測定方法

2.1 測量儀器、儀表選擇

JFY-2礦井通風參數檢測儀、干濕球溫度計、風表、秒表、皮尺、長桿等。

2.2 測量方法的選擇

本次通風阻力測量選擇氣壓計測量法，采用同步法測量。其優點是：測量精度高、誤差小，受通風系統及生產變化影響小，缺點是測量時間長、勞動量大。

2.3 測點的確定

對通風系統中的風流分、匯處前后均布置測點。為避免渦流影響，測點一般設在距風流流入的分風點或合風點10～15 m處。

2.4 測算公式

（1）空氣密度的測算。

p 0.378*φ*Ps

ρ=0.003484 --- （1-------------）

T P

式中：ρ為空氣密度，kg/m3；P為空氣的絕對靜壓，Pa；T為空氣的絕對溫度：T=t+273，K；Ps為空氣的飽和水蒸氣壓力，Pa；φ為空氣的相對濕度，%。

（2）風量的計算。

S拱型=寬×（高-0.1073×寬），m2

S梯型=巷高×巷中寬，m2

V均=K×V真

Q=V真×S

式中：Q為風量，m3/s；S為巷道的斷面積，m2；V均為巷道的平均風速，m/s；V真為由風表風速較正曲線查得的真實風速，m/s；K為校正系數，K=（S-0.4）/S。

（3）速壓的計算。

V2

hV=----×ρ

2

式中：hV為測點的速壓，Pa；V為測點的平均風速，m/s；ρ為空氣的密度，kg/m3。

（4）井巷通風阻力的計算。

本次阻力測定采用氣壓計同步法

h1-2=（P1-P2）+（hv1-hv2）+（Z1-Z2）×g×ρ1-2

式中：h1-2為測點1至2間的通風壓力，Pa；P1，P2為測點1、2的絕對靜壓，Pa；hv1，hv2為測點1、2的速壓，Pa；Z1，Z2為測點1、2的標高，m；g為重力加速度，取9.81 m/s2；ρ1-2為測點1～2間的空氣平均密度，kg/m3。

ρ1-2=1/2（ρ1+ρ2）

（5）井巷的風阻及摩擦阻力系數的計算。

h1-2

R1-2=----------

Q21-2

1.2

R標1-2=---------R1-2

ρ1-2

式中：R1-2為測點1至2的實測風阻，N·S2/m8；h1-2為測點1至2的通風阻力，Pa；Q1-2為測點1至2的風量，m3/s；R標1-2為測點1至2的井巷標準風阻，N·S2/m8；ρ1-2為同上，kg/m3。

3 測定結果

按照阻力測定的要求，對礦井主要回風系統進行測定，其通風阻力分布狀況如表1～表4。

4 礦井通風阻力測定的精度檢驗

根據通風系統圖繪制現狀通風系統網絡圖，將阻力測定數據輸入計算機，進行現狀網絡計算機模擬。

4.1 應用軟件

現狀通風模擬所使用的軟件為中國礦業大學北京校區采礦研究室研制的FORTRAN語言礦井穩態通風網絡解算軟件。

4.2 通風模擬

將所編寫的數據文件輸入計算機，進行通風網絡解算。模擬結果：礦井總風量、負壓及井下各用風地點風量與實測值基本相符，說明阻力測定數據可靠。

5 礦井通風阻力測定結果分析

通過井下實測和對礦井回風系統阻力分布數據的分析，回風系統主要存在以下問題。

5.1 回風系統通風阻力大

從回風系統阻力分布狀況中可以看出，我礦各回風系統阻力均較大，特別是個別區段7043、7044、南翼副巷、北翼副巷等局部地點在總阻力中占有相當的比重。建議對4070丙、4070丁、T1390板繞及板上部、7044、南翼副巷等失修的巷道繼續套修并維護到原設計斷面。

5.2 局部阻力影響較大

在本次測定時發現，除去巷道拐彎、分岔等局部阻力之外，物料堆積、巷道失修冒頂對礦井通風阻力的影響不小，7044總回風巷等堆積大量的生產用料，使巷道有效斷面減少2～3 m2，7044中部因鐵路煤柱開采，巷道大部分被壓壞，有冒落的矸石堆積使通風阻力大大增加。

6 幾點體會

總結氣壓計法測定礦井通風阻力的經驗教訓，在阻力測定工作中要注意以下問題：充分的準備工作，是搞好阻力測定的前提和保證。科學認真的井下實測，是搞好阻力測定的基礎和關鍵。測定工作應選在晴朗的白天、井下非生產班。此時，大氣壓力穩定、井下人員活動少、風門和運提設備開啟影響較小，有利于提高測定精度。應用氣壓計法阻力測定，時間測量儀表應選用秒表。在測量風速和壓力時，除要準確測量斷面外，風速要測定三次，取比較接近的兩次數據的平均值；測壓時，每一臺氣壓計要嚴格以規定時刻（30 s）讀數，讀數不少于10個數。記錄本上數據要清楚，上井后要及時填寫數據，防止數據混亂，并妥善保管記錄本。

數據整理要以耐心、細致、嚴謹的態度進行，并認真分析。endprint