圣鑫煤業(yè)通風(fēng)阻力測定分析及優(yōu)化

李瑞林

(山西公信安全技術(shù)有限公司，山西 太原 030012)

圣鑫煤業(yè)位于山西省晉城市澤州縣巴公鎮(zhèn)，生產(chǎn)規(guī)模90萬 t/a，可采煤層為3#、9#和15#.礦井已形成完整的獨立通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)方式為中央并列式，開拓方式為斜井開拓。主斜井、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)。回風(fēng)立井安裝兩臺FBCDZ-8-№25B型通風(fēng)機。該礦井目前開采3#煤層，為高瓦斯礦井，通風(fēng)阻力較高，為了降低礦井通風(fēng)阻力，需要對阻力進(jìn)行測定并進(jìn)一步優(yōu)化。

1 礦井通風(fēng)阻力測定

1.1 測定方法

礦井通風(fēng)阻力測定選用基點氣壓計測定法[1].基點氣壓計法使用兩臺通風(fēng)阻力測定儀，1臺放于基點副斜井口記錄大氣壓，以便校正井下大氣壓隨時間的波動[2].測定人員攜帶另一臺儀器從基點至井下沿測定路線依次測定各測點的氣壓、溫度、濕度和時間；并利用鋼卷尺和激光測距儀測量巷道寬高，并記錄巷道斷面形狀和支護(hù)類型；利用皮卷尺測量兩測點間的距離；利用風(fēng)速表測定巷道風(fēng)量。如此進(jìn)行，直到終點。為了確保測定精度，測定時間選在煤礦檢修時進(jìn)行，此時井下生產(chǎn)活動較少，對通風(fēng)系統(tǒng)的擾動較小，通風(fēng)阻力變化不大。

1.2 測點及測定路線確定

正確選擇通風(fēng)阻力測點和測定路線對全面了解礦井阻力的分布情況，合理優(yōu)化礦井阻力有著重要作用。根據(jù)阻力測定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合圣鑫煤業(yè)井下生產(chǎn)現(xiàn)狀和通風(fēng)系統(tǒng)情況，選擇經(jīng)過主要進(jìn)回風(fēng)井、回采工作面等地點的礦井最大阻力路線作為主要測定路線：副斜井→井底車場→軌道大巷→3101工作面→回風(fēng)大巷→回風(fēng)立井→風(fēng)硐，共布置15個測點，測定路線及測點布置示意圖見圖1.

圖1 通風(fēng)阻力測定路線及測點布置示意圖

2 阻力測定結(jié)果及分析

2.1 阻力測定結(jié)果

通過測定巷道參數(shù)、風(fēng)速、氣壓和溫濕度等數(shù)據(jù)計算得出巷道的阻力、風(fēng)阻等，見表1.

表1 通風(fēng)阻力測定結(jié)果表

礦井的總回風(fēng)量為85.05 m3/s，經(jīng)過3101工作面測定路線的通風(fēng)阻力為2 774.61 Pa.礦井總阻力偏大，特別是回風(fēng)大巷通風(fēng)阻力過大，在現(xiàn)場測定時，回風(fēng)大巷中堆放的材料和雜物比較多，特別是回風(fēng)大巷西。

2.2 阻力測定精度分析

由于人員操作、測定儀器和通風(fēng)環(huán)境等因素的影響，測定結(jié)果會出現(xiàn)一定的測定誤差。對測定結(jié)果進(jìn)行精度分析，以確保測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。

測定路線的相對誤差[1]：

(1)

式中：

δ—測定路線的相對誤差，%，要求δ≤5；

hr′—礦井理論通風(fēng)阻力，hr=hn+Hn-hv，Pa；

hn—風(fēng)機房水柱計讀數(shù)，Pa；

Hn—測定系統(tǒng)的自然風(fēng)壓，Pa；

hv—水柱計安裝處斷面的平均動壓，Pa；

hr—礦井實測通風(fēng)阻力，Pa。

由式(1)計算得出阻力測定誤差值，見表2，測定結(jié)果的相對誤差為3.14%，小于5%，符合精度要求，測定結(jié)果有效。

表2 阻力測定誤差表

2.3 礦井通風(fēng)阻力分布

劃分圣鑫煤業(yè)進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段巷道界限，根據(jù)礦井阻力的測定數(shù)據(jù)，得到其阻力分布，見表3.

表3 通風(fēng)阻力分布狀況表

由表3可知，回風(fēng)段的阻力值較高，占總阻力的比值過大，分布不合理。從現(xiàn)場勘察可知，主要因為回風(fēng)大巷受井田東部上寺河逆沖斷層影響，上寺河逆沖斷層落差約200 m，井田內(nèi)延展長度約500 m，煤質(zhì)松軟，巷道底鼓和側(cè)幫變形嚴(yán)重，斷面縮小，造成摩擦阻力較大。同時回風(fēng)段巷道中的部分?jǐn)嗝嫱蝗蛔冃。瑢?dǎo)致風(fēng)流“卡脖子”，且巷道中雜物較多，也造成了局部阻力較大。

2.4 礦井通風(fēng)難易程度

礦井通風(fēng)等積孔和礦井總風(fēng)阻是評判礦井通風(fēng)難易程度的重要指標(biāo)[3]，計算公式如下：

礦井總風(fēng)阻：

R=h/Q2

(2)

礦井的等積孔：

(3)

式中：

R—礦井總風(fēng)阻，N·s2/m8；

A—礦井等積孔，m2；

Q—礦井總回風(fēng)量，m3/s；

h—礦井通風(fēng)阻力，Pa.

礦井總風(fēng)阻及等積孔計算結(jié)果見表4，總風(fēng)阻為0.384 N·s2/m8，處于0.355～1.420 N·s2/m8；等積孔為1.92 m2，處于1～2 m2，礦井通風(fēng)難易程度為中等。

表4 礦井總風(fēng)阻及等積孔計算表

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化措施

3.1 優(yōu)化措施

通過以上數(shù)據(jù)的分析可知，圣鑫煤業(yè)為中阻力礦井，通風(fēng)阻力偏大，特別是總回風(fēng)巷阻力，因此需要對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合礦井生產(chǎn)情況提出以下優(yōu)化措施：

1)針對回風(fēng)大巷受斷層影響變形嚴(yán)重，通風(fēng)斷面縮小的情況，對此段巷道起底擴幫，擴大巷道斷面，避免通風(fēng)“卡脖子”的發(fā)生。同時在后期巷道掘進(jìn)時，回風(fēng)大巷盡量選擇面積較大，周長較小的斷面形狀，降低摩擦阻力系數(shù)，如拱形斷面。

2)主要進(jìn)回風(fēng)巷道內(nèi)不要隨意堆積材料，及時清理巷內(nèi)雜物積水，盡量不形成通風(fēng)瓶頸，減少礦井的通風(fēng)阻力[4].

3)在今后的生產(chǎn)中應(yīng)注意維護(hù)巷道的斷面和支護(hù)狀況，盡量使井壁面光滑平整，避免井巷斷面突然變化，連接斷面應(yīng)逐漸變化，在轉(zhuǎn)彎處要做成圓弧形，減少礦井的通風(fēng)阻力[5].

3.2 優(yōu)化后的通風(fēng)阻力

對回風(fēng)大巷進(jìn)行起底擴幫增加巷道斷面，清除雜物并整理好巷內(nèi)材料后，再次對礦井的通風(fēng)阻力進(jìn)行測定，測定結(jié)果見表5.

表5 優(yōu)化后的礦井通風(fēng)阻力表

由表5可知，優(yōu)化后的礦井通風(fēng)阻力為2 204.59 Pa，降低了570.02 Pa.優(yōu)化后回風(fēng)段阻力占比降低，三區(qū)阻力占比更加合理。礦井等級孔為2.16 m2，總風(fēng)阻為0.305 N·s2/m8，通風(fēng)難易程度由中等變?yōu)槿菀住?/p>

4 結(jié) 論

1)通過對圣鑫煤業(yè)通風(fēng)阻力進(jìn)行測定分析，發(fā)現(xiàn)其礦井阻力偏大，三區(qū)阻力分布不合理，特別是回風(fēng)段阻力偏大，需要進(jìn)行優(yōu)化降阻。

2)回風(fēng)段阻力偏大的原因是回風(fēng)大巷受井田東部上寺河逆沖斷層影響，巷道底鼓和側(cè)幫變形嚴(yán)重，回風(fēng)大巷斷面縮小，造成摩擦阻力較大。

3)對回風(fēng)大巷采取起底擴幫增加巷道斷面，材料雜物整理后，礦井通風(fēng)阻力降低到2 204.59 Pa，三區(qū)阻力占比更加合理，礦井的通風(fēng)難易程度變?yōu)槿菀住?/p>