礦井通風阻力分析及系統優化措施

張海軍

（山西沁和能源集團南凹寺煤業有限公司，山西 晉城 048000）

南凹寺煤業3#煤層儲量較大，結構不復雜，煤塵沒有爆炸性，而且瓦斯含量不高。使用三個立井回風與四個立井進風、混合通風形式，雙回路供電，選取AGF616 軸流風機。各采區與主扇均采取分區通風。為保證礦井通風系統安全穩定運行，對礦井通風阻力進行測量，并根據測定過程中發現的通風系統問題進行調整與優化。

1 通風阻力測定

1.1 測定方法

選用基點測定法并采取精密氣壓計測量南凹寺煤業井巷內阻力。根據A、B 兩點間的靜壓差，對相應的位壓差與動壓差進行推算，進而得到A、B 兩點的通風阻力。一個精密氣壓計對主測路線進行測量，井口放另一個精密氣壓計，對地面氣壓變化進行測量，并將兩個精密氣壓計進行比較[1]。工程實際中，通風能量方程如公式（1）所示。

式中：

P1、P2-1、2 截面的靜壓能，Pa；

g-重力加速度，m/s2；

ρm1、ρm2-井口和1、2 截面間空氣柱平均密度，kg/m3；

V1、V2-1、2 截面風速，m/s；

Z1、Z2-1、2 截面的標高，m；

hz1-2-1、2 截面間通風阻力，Pa。

1.2 布置測點及選定測量線路

為了能反映出井巷基本情況，并且使通風網絡完善，測點選取極為重要[2]。為了保證測量結果準確，避免因兩個測點臨近使結果發生誤差，故將測點選取在支護完善、雜物較少、剖面齊整、風流穩定的巷道斷面。同時為消除導向點的影響，測量兩個點的時間要相近，行程要短。因此依據礦井情況，測定三條線路如下。

（1）西回風井

西進風井→33 采區皮帶下山→33 采區軌道下山→工作面→33 采區回風下山→西總回風巷→西回風井→地面。

（2）馬莊回風井

馬莊副井底聯巷→南運輸大巷→ 34 采區皮帶上山→ 3405 工作面軌道順槽→工作面→ 3405 皮帶順槽→ 34 采區回風上山→北總回風巷→北回風聯絡巷→馬村回風井→地面。

（3）中央回風井

副立井井底聯絡巷→北運輸大巷→ 37 采區皮帶上山→3706 皮帶順槽→工作面→3706 軌道順槽→37 采區回風巷→南總回風巷→回風井→地面。

2 通風阻力測定結果及其分析

2.1 測量通風阻力研究

按照《通風阻力測量方法》（MT/T 441-2009）[3]，通風系統誤差可以根據實測數據計算得出。公式（2）為通風系統相對誤差計算公式，表1 為計算得出的誤差統計表。

式中：

e-測量的相對誤差；

hRs-累加阻力，Pa；

hw-水柱計讀數，Pa；

hn-自然風壓，Pa；

hv-速壓，Pa。

表1 礦井通風系統誤差

主測線路中西回風井、馬村回風井與中央回風立井相對誤差分別是1.42%、1.91% 和2.37%，符合通風阻力測定要求。

2.2 礦井通風阻力分布情況分析

測定過程中，主測線路劃分進風、用風、回風三段，表2 為計算得出各線路通風阻力值。

從表2 中能夠得到礦井三區阻力分配比例，西回風立井11:44:46，馬村回風立井31:38:34，中央回風井16:55:32。從表2 分析：馬村與中央回風立井通風系統用風段阻力最大，而西回風井通風系統回風區段阻力較大。

表2 各線路通風阻力

2.3 分析研究測定風量

為診斷礦井通風系統的運行狀態，需要分析實測的風量數據。表3 是煤礦系統風量參數。外部漏風率公式如下：

式中，

PL-外部漏風率，%；

Qh-總回風量，m3/s；

Qf-風機主要排風量，m3/s。

表3 系統風量參數

礦井通風系統中西、馬村與中央回風井外部漏風率分別是3.69%、3.41%、3.70%，按照《礦井通風質量檢查和標準評定方法》的規定[4]，該礦井巷的密閉與風門等通風設施滿足質檢相關要求。

2.4 等積孔

計算等積孔公式：

式中：

A-礦井等積孔，m2；

hz-通風總阻力，Pa；

Q-總風量，m3/s。

表4 是南凹寺煤業通風系統等積孔計算結果。

表4 等積孔計算結果

從表4 可知：該礦西回風井、馬村回風井、中央回風井等積孔分別是2.14 m2、0.78 m2、3.15 m2。西回風井和中央回風井的通風阻力滿足規定要求，屬通風容易型礦井，而馬村回風井通風阻力較大，屬通風困難型的礦井。

3 問題分析

（1）馬村回風立井、中央回風井通風系統中用風區的通風阻力最大。導致巷道內阻力較大的原因有：一是較長的巷道長度，二是3405 皮帶順槽和3706 皮帶順槽里堆積過多的物料。

（2）西回風立井中回風區段在整個通風系統中的阻力相對較高。導致其阻力值偏高的原因主要是西回風下山巷道和回風聯巷道風速較高、斷面偏小。

（3）馬村回風立井通風較為困難，其礦井等積孔為0.84 m2。影響礦井通風阻力的因素主要有井巷的長度和粗糙度、里面堆放的雜物以及部分截面情況。

（4）該礦有著很長的通風路線，個別巷道處在微風的狀況，且由于配備有較多的風窗和風門，增加了通風管理的難度。

4 系統優化措施

（1）礦井的通風系統安全性影響因素中選取恰當的三區阻力極為重要，所以，對礦井各段阻力進行合理的調控，不僅可以大幅削減礦井的能耗，而且能影響對風流的控制。

（2）進一步加強巷道維護工作，認真做好每日管控，及時清理3405 及3706 皮帶順槽巷道中的雜物，對巷道里的積水區和淤泥進行定期排查隱患，并對通風構筑物進行全方面檢查。

（3）采取降阻優化措施，將西回風下山巷道和回風聯巷的截面在合理范圍增大，降低急轉彎處巷道粗糙度。

（4）優先選取砌碹支護，井巷的周長不要過大，減小風路的長度，加強風巷的維護工作。在確保合適的通風斷面情況下，盡量杜絕回風井巷快速縮小或增大現象，巷道里出現不可避免的急轉彎時，可通過增設倒風板確保通風穩定性。

（5）礦井漏風對礦井安全的影響巨大，使通風系統變得更加復雜。因此，需定期點檢監測風窗密閉情況，對漏風巷道進行及時封堵，盡量減少漏風現象。

（6）增強安全管理水平，及時監測通風系統的巷道和設施，進行阻力測定和動態調控。

5 結論

由南凹寺煤業的通風阻力測定數據可得：總回風量中馬村回風立井為26.23 m3/s，中央回風井為72.36 m3/s，西回風立井則為60.50 m3/s；總通風阻力方面中央回風井的為715.29 Pa，馬村回風立井的為1 394.17 Pa，西回風立井的則為1 110.95 Pa；中央回風井、西回風立井和馬村回風立井的等積孔分別是3.22 m2、2.16 m2和0.84 m2；馬村回風立井通風類型屬于困難型，而西回風立井和中央回風井的通風類型則為容易型。