基于氣壓計法的昌恒煤礦通風系統阻力測定及分析

摘要：為掌握山西嵐縣昌恒煤焦有限公司新改擴建礦井投產前礦井通風系統的穩定性及相關參數，根據昌恒煤礦井下通風系統的實際情況，采用氣壓計逐點測定法，對通風系統中4條（1主3輔）測定路線逐點測定通風參數，全面、準確地掌握了全礦井通風阻力分布情況。結果表明：昌恒煤礦通風系統的總阻力為493.3 Pa，進風段、用風段、回風段阻力分布比合理，通風阻力主要集中在用風段，風量能夠滿足礦井日常生產的實際需要。該研究成果為日后通風系統的調整和優化提供了理論基礎保證，其研究方法為其他相似礦井通風系統的技術管理提供了參考和借鑒。

關鍵詞：昌恒煤礦；通風系統；氣壓計法；阻力分布

中圖分類號：TD 722文獻標志碼： A

Measurement and analysis of ventilation resistance of

Changheng coal mine based on the method of barometer

CHENG Genyin1，NIU Zhenlei1，QI Mingfeng2，CHEN Xiuyou2，

XIE Zhongpeng3，FENG Shan1，CAO Jian1

（1.College of Safety Engineering，North China Institute of Science and Technology，Sanhe 065201，China；

2.Wanbei Coal Ltd.Shanxi Changheng Coal Char Limited Company，Lvliang 035200，China；

3.College of Safety Engineering，Capital University of Economics and Business，Beijing 100070，China）

Abstract：To master the stability and relevant parameters about the resistance of Shanxi Changheng Coal char limited company’s ventilation system，according to the actual situation of the underground ventilation system，we use the air gauge method to determine four routes（1 main and 3 auxiliary）of ventilation system and ventilation parameters pointbypoint and fully and accurately grasp the distribution of the mine ventilation resistance，before new mine reconstruction going into operation.Then we synthetically analyses the results.At last，we can draw some conclusions：the total resistance of ventilation system is 493.3 Pa；the resistance distribution of air inlet section，air usage section and air return section is reasonable and ventilation resistance is mainly concentrated in the air usage section；the air quantity can meet the practical requirement of production；the results provide the theoretical basis for the adjustment and optimization of the ventilation system in the future and the references for other mine optimization of ventilation system with similar ventilation conditions.

Key words：Changheng coal mine；ventilation system；barometer；distribution of resistance

0引言在煤礦日常安全管理工作中，通風阻力的測定是一項重要工作。《煤礦安全規程》明文規定：新井投產前必須進行1次礦井通風阻力測定，以后每3年至少進行1次。礦井轉入新水平生產或改變一翼通風系統后，必須重新進行礦井通風阻力測定[1]。為了解昌恒煤礦通風系統的阻力分布情況，同時掌握礦井通風與安全管理工作的現狀，對該礦井下風網的通風參數進行了現場實測。昌恒煤礦位于山西省嵐縣縣城東南10 km，井田交通方便，煤炭外運便利。公司2011年9月經山西省煤炭廳批準對礦井實施改建，新井設計生產能力150萬t.全井田采用斜井開拓，共設置三斜一立四個井筒；主斜井、副斜井、進風行人斜井進風，回風立井回風，通風方式為中央邊界式；現有一個主水平（+900 m）開采9#煤層，一個輔助水平（+970 m）開采4#煤層。目前，9#煤層布置有一個采煤工作面，即9101工作面；4#煤層布置有一個采煤工作面，2個掘進工作面，即4101工作面、41運輸巷掘進工作面和42運輸巷外段掘進工作面。

1測定方案與數據處理

1.1測定原理和方法綜合考慮昌恒煤礦的地質條件及通風系統測量范圍，采用氣壓計逐點測定法，整體控制較好且便于測量。其原理為：用氣壓計測出風流前后兩測點的靜壓差，再測出兩斷面間的動壓和位壓差，從而計算出兩測點間的通風阻力[2]。測量所準備的儀器儀表有：精密數字氣壓計（太行儀表廠產），機械翼式風表，風扇式干濕表，計時秒表，手表，皮尺，測桿，記錄表格若干。具體辦法是：使用3臺精密數字氣壓計，一臺（1組）留在基點（副井口）監測大氣壓的變化值，另兩臺分兩組攜帶，分別沿已確定的4#煤和9#煤的測定路線依次對各測點進行測定[3]。

1.2測定路線和測點布置測定路線選擇原則：能夠反映礦井通風系統特征的最長通風路線應該作為主要測定路線，該路線一般包含回采工作面，其需風量較大，其它通風路線則列為輔測路線。選定測定路線后，在通風系統圖上對測點的位置依次編號節點。測點確認的一般原則如下。

1）測定路線的布置應能反映主要井巷和工作面的阻力分布情況；

2）一般在風流分、匯點前，局部阻力較大的地點前后以及在典型巷道的首末均應布置測點；3）實測過程中，應將測點盡量布置在巷道平直、斷面規則、支護良好、風流穩定、前后無雜物的地點，實際測定時可根據現場情況進行適當的調整和增減測點[4]。根據昌恒煤礦通風系統示意圖，確定1條主要測定路線，3條輔助測定路線，如圖1，圖2所示。

主測路線定為

1）4#煤層4101工作面測定路線：

10（副斜井）→11（副斜井中段）→28（4#煤車場）→29（41軌道巷中段）→30（41軌道巷上段）→31（4102機巷）→32（4101回風巷）→27（41回風巷）→16（41回風巷上段）→8（總回風巷）→9（風硐）；

輔測路線為

2）9#煤層9101工作面測定路線：1（行人進風斜井）→2（行人進風斜井中段）→3（行人進風斜井下段）→13（副斜井下段）→14（9101機巷外段）→15（9101回風斜巷）→16（41回風巷上段）→8（總回風巷）→9（風硐）；

3）4#煤層42運輸巷外段掘進工作面測定路線：1（行人進風斜井）→2（行人進風斜井中段）→23（等候室）→24（41軌道巷下段）→25（聯巷風門）→26（41回風巷中段）→27（41回風巷）→16（41回風巷上段）→8（總回風巷）→9（風硐）；

4）4#煤層41運輸巷掘進工作面測定路線：10（副斜井）→11（副斜井中段）→28（4#煤車場）→29（41軌道巷中段）→30（41軌道巷上段）→26（41回風巷中段）→27（41回風巷）→16（41回風巷上段）→8（總回風巷）→9（風硐）。

對于測定路線以外的非主要巷道，如有需要可利用風量測算阻力[5]。

1.3數據處理

1.3.1巷道幾何參數的測算用卷尺測量出各測點的巷道高度、寬度等參數，然后根據巷道形狀用公式計算出巷道的周長以及凈斷面[6]。

1.3.2井巷內的空氣密度計算濕空氣密度的計算式為[7]

ρ=0.003 484（P-0.379Pb）273.15+t.

（1）

式中P為測點空氣的絕對靜壓，Pa；t為測量點空氣的干溫度，℃；為空氣的相對濕度，%；Pb為t溫度下的飽和水蒸氣壓力，Pa.

1.3.3井巷內的風量計算井巷內風速按以下公式計算

V=S-0.4S×（aX+b）.

（2）

式中Q為巷道內通過的風量，m3/min；S為巷道斷面面積，m2；V為巷道斷面上的平均風速，m/min；X為表風速，rpm；a，b為風表校正系數。1.3.4井巷斷面的速壓計算通過井巷兩端斷面的空氣密度以及平均風速來計算井巷斷面的速壓

hv=ρv22.

（3）

式中hv—巷道斷面的速壓，Pa；ρ為巷道斷面的空氣密度，kg/m3；v為巷道斷面的平均風速，m/s.

1.3.5井巷通風阻力計算根據各測段井巷參數，由相應公式計算出巷道兩端斷面間的通風阻力、井巷總風阻R、百米風阻R100以及摩擦阻力系數αL[8]。

1.3.6自然風壓的測算采取平均密度法，利用實測的各測點空氣密度和標高值，求得該測量路線上的各段位壓差和，進而算得該測量路線的自然風壓[9]。

2測定結果分析

2.1阻力測定結果及精度評價將實測數據整理錄入計算機[10]并進行分析處理，得到通風系統的測定結果。其測定結果見表1.

當前通風機房水柱計讀數hs為450.0 Pa，風硐內測壓斷面的平均速壓hv 為28.4 Pa，評價各測定路線的測量精度可見：通風阻力實測值與風機房水柱計讀數的推算值基本吻合，并且閉合誤差小于5% [11]，符合精度要求，說明實測數據較為可靠。

礦井平均自然風壓為60.9 Pa，此時自然風壓為通風動力。由于自然風壓是隨著季節的變化而大幅度變化的，在夏季自然風壓一般較小，冬季隨

著氣溫的降低自然風壓會隨之增大，因此昌恒煤礦冬季通風會比夏季相對容易一些。

2.2阻力分布情況由于通風系統各段風路的位置和作用的不同，將礦井通風測定路線分為進風段、用風段和回風段三段，分別分析各段阻力分布情況。4條通風路線阻力分布.

分析上表數據，進風段、用風段、回風段的阻力平均值分別為25.28%，38.05%，36.67%，可見用風段的平均阻力要比進、回風段大，阻力分布合理，通風功耗減少，利于災變時期的反風控制[12]。礦井總阻力及等積孔測定結果.

對于中小礦山，一般認為當等積孔值大于2，礦井通風容易，故昌恒煤礦為通風容易礦井。

3結論

1）根據實際測定數據計算，礦井總進風量為4 269.5 m3/min，礦井總回風量約為4 469.3 m3/min，通風系統總阻力為493.3 Pa，礦井井巷總風阻為0.088 907 N·S2/m8，礦井等積孔為3.991 m2.當前礦井通風總阻力及礦井等積孔表明：昌恒煤礦主通風機的供風量，滿足井下主要用風地點的用風要求，該礦屬于通風容易礦井；

2）在通風系統中，合理的進風段、用風段和回風段阻力比能夠保障礦井通風系統可靠性。通風系統阻力分布表（表2）表明昌恒煤礦通風系統進風段、用風段、回風段阻力分布比合理，通風順暢；

3）通過礦井實際勘察測定，表明昌恒煤礦井下通風設施安設合理，無明顯高阻巷道，礦井通風總阻力遠低于《煤炭工業礦井設計規范》要求的2 940 Pa，風量分配合理，采掘布局協調。

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