礦井通風阻力的影響分析和降阻措施研究

李爭光

【摘要】礦井通風阻力主要與通風距離、通風線路截面大小和氣流摩擦阻力等因素有關，過大的通風阻力不僅會增加所需的通風量，增加通風系統能耗;同時也不利于風流的輸送，造成井下某些風阻較大的地點出現通風量不足的情況，影響礦井安全生產。為了保證礦井安全通風、高效通風，采取通風降阻措施是十分必要的。

【關鍵詞】礦井通風 ?通風阻力 ?分析 ?降組措施

礦井通風可以促進井下空氣流通，避免人員窒息，同時也可以降低區域內粉塵和瓦斯的濃度，避免因瓦斯和粉塵聚積而發生事故。因此通風系統的合理設計和足夠的通風量也是保證煤礦礦井安全生產的關鍵。礦井通風阻力主要與通風距離、通風線路截面大小和氣流摩擦阻力等因素有關，過大的通風阻力不僅會增加所需的通風量，增加通風系統能耗;同時也不利于風流的輸送，造成井下某些風阻較大的地點出現通風量不足的情況，影響礦井安全生產。受資源儲量的影響，郭二莊礦二坑進行了下組煤的開采，隨著采面的延伸和通風線路的延長，下組煤采面一度出現了采掘工作面需風緊張的情況，這對礦井通風系統的合理設計也提出了更高的要求。為了保證礦井安全通風、高效通風，采取通風降阻措施是十分必要的。本文分析了礦井通風阻力的影響因素，對相關通風降阻措施進行了研究。

一、礦井井下通風阻力的影響因素分析

礦井通風阻力的來源主要有整體通風阻力、局部通風阻力、摩擦阻力，各種通風阻力均會對導致礦井需風量增大，特別是摩擦阻力對礦井井下通風阻力影響最大。

（一）整體通風阻力

礦井通風總阻力是指風流由進風井口到扇風機風硐（抽出式）或由扇鳳機風硐到回風井口（壓入式）風流沿任一風路流動途中所產生的局部阻力和摩擦阻力之和。整體通風阻力受局部通風阻力、摩擦阻力和通風線路等多種因素的影響，特別是通風線路對整體通風阻力影響最為顯著。隨著采面和巷道的延伸，通風線路隨之延長，較長的通風線路對礦井通風是十分不利的，通風系統需要更大的通風量才能使風流進入到工作面。這無疑對原有的通風系統提出了更高的要求，需要調整主通風機的運行功率;或者是根據生產與經濟效益的最優化原則新掘回風巷，以縮短通風線路，降低通風阻力。

（二）局部通風阻力

局部通風阻力是指在通風線路的局部區域，因巷道斷面變化等原因造成的風流能量損失的增加。比如巷道斷面突然變窄，巷道分岔等原因，都會使風流的運動方向、流動速度、流動形態等發生變化，進而產生能量的消耗，使風流減弱。煤礦井下地質條件復雜，巷道分布往往錯綜復雜，拐彎、分岔和斷面變化的地方較多，有的巷道凹凸不平，有的堵塞不通，因而局部通風阻力也是廣泛存在的。局部通風阻力可分為漸變型和突變型，當風流與巷道表面碰撞處于絮流狀態時，如果遇到巷道斷面突變的地方，風流會在絮流慣性與巷道斷面阻力的雙重作用下產生漩渦式的運動，而這些風流漩渦也造成了能量的損失。

（三）摩擦阻力

摩擦阻力是風流在輸送過程中，與巷道表面、井壁及設備產生相對運動和摩擦而形成的阻力。風流在運動中會不可避免地與各種表面產生接觸，因而摩擦阻力也是不可避免的，而通風設計的重點之一就是要設法減少摩擦阻力。氣體流動可分為層流流動和絮流流動，我們可以用雷諾公式來判斷風流屬于哪一種流動狀態。由于井巷中要求最低風速為0.15m/s，因此絮流流動是通風井巷中風流最為普遍的狀態。絮流流動時，流體的各體質點都會發生碰撞和混合的現象，其流動軌跡也不受任何制約，此時可通過摩擦阻力公式進行計算：h摩=aLUQ2/S3。式中a為巷道表面粗糙度、L為巷道長度、U為巷道斷面周長、Q為巷道風量（m3/s）、S為巷道斷面面積。由公式計算可知，摩擦阻力的平方與風量是呈正比，與巷道斷面是呈反比的，摩擦阻力越大則巷道需風量越大，巷道斷面越大則摩擦阻力越小。

二、降低礦井通風阻力的措施

（一）降低摩擦阻力的措施

（1）改進支護設計。在保證支護穩定的基礎上盡量選擇摩擦阻力小的支護材料。同時，支架應保持整齊排列、密度適中;盡量選擇光面爆破方式和噴砼封閉的施工方式，及時修復破損巷道，保持底板和兩幫的平整，使巷道表面光滑，從而減少巷道表面和支護措施對風流的摩擦阻力。

（2）合理確定礦井通風風量。風量大小與礦井風阻是呈正比的，因此在通風設計時不可隨意增加供風量，應在確保各處最小需風量的基礎上盡量減少用風。從巷道截面與通風量的關系來看，圓形和拱形斷面的截面積最大，通風阻力是最小的。因此在巷道設計時，對于斜井、立井盡量選擇圓形斷面;對于石門、斜井、大巷盡量選擇拱形斷面。

（3）合理增加巷道斷面積。巷道斷面積越大則通風阻力越小，巷道斷面增加30%即可使通風阻力降低50%左右，但巷道斷面積的增大也會導致掘進施工量和支護難度的增加。因此，應綜合考慮通風與經濟效益等多方面因素，在條件允許的情況下盡量增大巷道斷面積;必要時可采取雙巷道并聯通風的方式以降低通風阻力。此外，在日常工作中還要注意對巷道的修整和巷道內雜物的清理，保證巷道足夠的通風面積。

（4）盡量縮短巷道長度。縮短巷道長度既可減少巷道掘進量，也可縮短通風距離，減少通風阻力。在巷道設計時應在滿足生產的前提下盡量縮短巷道長度;同時，封閉廢棄巷道，減少漏風。

（二）降低局部通風阻力的措施

巷道和通風構筑物設計時，應避免出現巷道斷面突大或突小的情況，減少小直徑風橋和調節風窗的使用。巷道過渡區域應力求平緩，連接兩條不同斷面巷道時盡量采用弧形和斜直線，避免使用直角轉彎。在巷道粗糙面要適當調節風速，以減小風量損失。

參考文獻：

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