煤炭礦井通風阻力產生的原因分析與對策

摘 要：礦井通風保障煤炭企業生產安全的關鍵工作，而在礦井通風的環節中，礦井通風阻力又是極難解決的一大難題。阻力越大給企業造成的能力損失就越大。摩擦阻力與局部阻力是礦井通風阻力的主要兩種方式，而這兩種中摩擦阻力所占的比重是最大的?；诖?，該文主要探討了煤炭礦井通風阻力產生的原因與解決對策。

關鍵詞：煤炭 礦井 通風阻力 原因 對策

中圖分類號：X936 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0040-02

煤炭開采需要高度重視的特性便是安全性。由于建國初期在煤炭開采行業沒有重視安全性的防護，導致各個煤炭企業頻發安全事故，而每次事故的發生都會帶走多名煤炭工人的性命。今年來我國高度重視煤炭開采行業的安全問題，但是安全問題也給煤炭企業的發展帶來了制約。但這種制約是暫時的，如果煤炭事業想要良好和長遠發展下去，那么就一定要保證工人性命的安全。關于煤炭開采安全所有的指標里，通風是最重要的一個指標。在礦井里有很多類似瓦斯等有害氣體，如果不能保證通風，會給礦區帶來嚴重的危害，員工的生命也受到威脅。

1 實例概述

該文主要采取實例論證的方式來進行探討，實例某省的煤礦。某省的煤礦是規模不大的企業。在煤炭企業著手進行設計時，設計人員就沒有進行良好的規劃和計劃，重要巷道的形狀以及支護類型都沒有進行具體的規劃，個別礦井為了達到通風的條件就其耗電量而言就超過了整個礦井用電的一半以上。近些年來，某省根據煤礦企業的存在的情況進行了調整。對于一些不合理的礦井情況從新進行整改，選擇合理的巷道形狀和支護類型。并且通過整改礦井的舉措大大改善了礦井通風不良的困境，全省大部分企業礦井的中阻力和大的礦井阻力都有大幅度的下降，特別是通風用電情況趨于明顯的下降趨勢，真正提高了企業的經濟效益。

2 礦井通風阻力產生的原因

2.1 摩擦阻力

由于礦井中是存在流動的空氣的，而空氣的流動會與礦井的壁面發生摩擦，進而形成摩擦阻力。氣體流動的主要形式有兩種，一種是層流流動，一種是紊流流動。層流流動是指流體各個部分不相互混合，各種氣體都有自己固定的流動軌道，是有秩序的流動，流動的軌線也與軌道項平行。而紊流流動則與層流流動存在很大不同，流體在整個過程中各體質點都會發生碰撞和混合現象，彼此之間進行能量交換，其流動的軌跡不存在任何制約調節，垂直或斜交方向的流動是最普遍的兩種流動方式。下面我們用雷諾公式紊流流動進行進一步的探討。流體的流動情況與平均流速是運用雷諾公式Re=vd/σ（v主要表示流體的平均速度和流動狀況，d主要表示管道的主直徑值，σ主要表示流體的粘稠值），當流體一直處在運動狀況中，并且雷諾數Re值不超過2320時，流動情況始終保持在層流狀況中；當雷諾數Re值超過4000時，流動狀況保持在紊流狀況中；當Re值在2320與4000之間時，就不能保障流動狀態的穩定性，要根據具體情況，深入研究和分析出管壁的粗糙程度等。當雷諾數Re值正好等于2300時，對應的主要風速便是0.012m/s。相關規定明確標出，井巷中的最低風速絕不允許能超過0.15m/s，因此，通風井巷中風流基本都保持在紊流狀態中。在這種狀況下，就可以得出計算摩擦阻力的主要公式：，公式中：hf表示為摩擦阻力；Rf表示為巷道的摩擦風阻；λ表示為阻力系數（由實驗可求得到）；ρ表示為空氣密度；S表示為巷道的斷面；U表示為巷道的周界；L表示為巷道的長度；Q可以用來表示在巷道內的風量情況。用一個參數Rf把L、U、S、λ、ρ全部表示出來，可以得到如下公式：，在公式中：Rf用來表示在摩擦過程中風阻的具體值。當然Rf是巷道的粗糙程度、斷面周長、井巷長度等多方面具體參數。可完全將Rf的值作為井巷幾何特征的主要參數，主要報告出是井內的通風狀況。，這個公式完全可以得出，風量和摩擦阻力的平方是成正比的。

2.2 局部阻力

因為礦井的實際需要，所以礦井里的通道并不都是平直的，有的巷道是凹凸不平的，也有斷面堵塞的情況，在這種情況下風流流動就會與之產生阻力，這就是局部阻力。雖然局部阻力較小，但是同樣會引起風流的流速、方向、分布等都發生變化，有的甚至會造成風流自身的碰撞，最終形成紊亂的流動，這樣就會把風流的能力大大降低，而造成這種損失就叫做局部阻力。井下的巷道都是按照實際情況而定的，毫無規律可言，因此容易形成局部阻力的地點有很多，在各個道口的交匯和分叉處、拐彎處等等都有可能形成。因為地形的不同局部阻力的形成也具有不同的特點，這里劃分為突變類型和漸變類型。根據圖1所表示，位于左側的a和b是突變的主要表現方式，而位于右側的c和d是屬于會發生漸變情況的主要類型。當雜亂的流體經過發生狀況的場所時，主流和邊壁之間就會形成主要的渦流區。而產生的渦流的同時不會輕易被主流帶走，形成的空缺部分繼續出現渦流，這樣的過程能量就會嚴重出現損失情況，這也就是我們常說局部阻力的產生情況。

3 降低礦井通風阻力的方法

3.1 降低摩擦阻力的措施

（1）需要降低阻力λ。在進行礦機通風規劃過程中，通常都是運用摩擦阻力系數較小的支護方式，施工過程中需嚴格按照施工要求進行，確保施工質量，盡量采取光爆工藝流程，保證井巷壁面具有平整性和光滑性，這樣有利于巷道通風。對于支巷道的使用，需保證支護質量，支架不但需要擺放整齊，而且還需要利用剎幫背頂方式，嚴格按照支護密度要求進行施工，保證施工質量，如若發現破壞的支架，那么及時進行整修。（2）選擇出最適合的井巷風量。因為風量的平方與摩擦阻力之間比成正比，所以在生產礦井過程中，務必隨時觀看生產情況和規模的變化，如若發現風機不正確，馬上進行調整。從一定程度上提高風量的有效性，減小風門漏風的可能性，對于邊界部分漏風的問題，應該進行有效的處理，根據具體情況可以適當從兩道風門再增加一道風門，想要使風門具有永久性，必須加大材料厚度，運用大包邊的數據材料，可隨時進行安裝和分化。（3）可以使用周界較小的井巷斷面。在井巷斷面相同的情況下，梯形和矩形的周長是最長的，拱形第二，圓形斷面的周長則是最小的。所以，在進行通風設計過程中，通常都使用立井井筒為圓形斷面，一些主要井巷都采取拱型斷面，次要一點的巷道可以利用梯形斷面。（4）保障井巷通風斷面S。因為在一定情況下通風斷面積和摩擦阻力之間成反比，所以在一定程度上加大井巷斷面積就能通風阻力降低，隨后通風阻力就能減少一多半。對于主風流線上存在的一些高風阻領域，在一定情況下需加大斷面面積。在施工過程中，一定會受到各種條件的限制，比如經濟條件和技術條件等，遇到這種情況，決不能隨意加大井巷斷面積，可以利用挖掘巷道這種方式。在平常的通風管理工作中，為了保持巷道通風整潔性，所以必須定期整理巷道。（5）適當減少巷道的長度L。在通風系統管理過程中和礦井通風設計過程中，在完全可以進行開采的狀況下，爭取把風路的長度縮到最短，對于一些已經陳舊的舊巷和采空區完全進行封閉。隨著礦井生產過程中出現的各種問題，首先通風線路需要在原來的基礎上再次進行加長，且隨著瓦斯量的不斷加大，最終可能會致使摩擦阻力和風量在一定程度上大大增加，當現有的通風系統不能完全滿足要求時，其實使用挖掘新井巷是一種減少通風阻力的最有效的方式。（6）利用并聯風到進行有效通風。在通風過程中，應采納并聯風道方式。采納這種方式的礦井通風阻力在任何情況下都會小于其他通道通風阻力。當主扇風機中已經安裝葉片度，并聯風機會適當的減小風力，降低通風阻力的大小，使礦通風系統得到明顯的改變。

3.2 降低局部阻力的措施

因為局部阻力地點巷道的斷面發生實質性的改變，所以就會引起局部阻力發生變化，同時也是致使局部阻力發生變化的主要原因，還能使井巷風流速度的發生變化，比如方向的改變、分布情況的變化、速度的改變等一系列較為明顯的變化。所以，想要使局部阻力降低，首先就應該改善局部阻力物斷面的變化狀況，在前提允許的情況下，在一定程度上減小風流流經局部時所產生的沖擊和渦流情況等，對于削減風流能量的所帶來的耗損，對策如下：（1）根據具體實際狀況盡最大限度的改變局部阻力以及減少數量情況。在條件允許的狀況下，盡量不去使用那些直徑偏小的鐵風橋，盡量避免由于井巷斷面的突然發生的縮小和加大的狀況，所以斷面比值要收縮。（2）當不相同斷面的巷道彼此需要進行連接時，此時需注意的是，保證連接的邊緣是圓弧形或者是斜線形。巷道在進行拐彎設計時，轉角當然是越小最佳，拐彎的內側可以與巷道拐彎的設計一樣，做成圓弧形或斜線形，絕對不能出現直角彎狀。要保持巷道的平整性和通風性，決不能出現分叉或者交合的情況，在交合和分叉處的內側也做成斜線形或者圓弧形。（3）在工作過程中，盡量減少巷道的粗糙和局部阻力的地點，巷道粗糙的地方需要適當的調節風速，來減少阻力。（4）對于在井巷正面存在的阻力物，一定要及時清理，如果發現巷道中存有堆積物，必須馬上進行打掃，根據采掘工作面使用材料的情況，按需使用，杜絕浪費現象，決不能把材料堆積到井下巷道中。對于巷道管理工作，需要做到沒有任何雜物和臟物，要保障通風斷面的有效性。在完全允許的狀況下，盡量避免發生成串的礦產車停留在通風巷道內情況，免得風流進入不到巷道內，會嚴重影響到通風狀況。

4 結語

綜上所述，如果礦井內沒有保障良好的通風狀況，那么就會影響到煤炭的安全生產，同時也會影響到經濟效益，所以必須要篩選出最佳的巷道通風斷面和形狀等參數，采取最有效的方式，在一定程度上保證巷道通風處于良好的狀態，減少通風阻力，唯有這樣，才能把能源消耗的損失降低到最小，從而帶動企業經濟的發展。另外，想要安全合理的進行通風，就需要引進先進的科學技術，并且通過先進的儀器來做好通風工作，同時也需開展對開采人員通風技能的培訓工作，唯有通風狀況不斷進行改善，才能保障礦產企業的安全生產和發展。

參考文獻

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