煤礦井下通風通風阻力測定分析

崔李偉

（山西蘭花集團莒山煤礦有限公司，山西 晉城048002）

0 引 言

莒山煤礦位于山西省晉城市東北部約18 km處，生產能力達900 kt/a，開采深度為+820～+580 m標高，目前礦井主要開采3、9、15#煤層。礦井采用斜井開拓，中央分列式通風，通風方法為機械抽出式，主副斜井進風，回風井回風。

礦井通風是保證礦井安全開采的重要技術手段，與人員生命安全息息相關。由于煤礦開采周期長，巷道因礦山壓力作用而變形破壞，容易造成通風阻力增大等情況，實際條件與設計條件相差較大，造成供風不足；嚴重時，壞點增多、安全隱患加大，給安全生產及人員安全帶來威脅。通風系統阻力是衡量井下通風能力的主要指標，是通風管理的重要內容。為了更好地了解莒山煤礦井下通風現狀，為通風管理提供數據支撐，通風阻力測定十分必要。

1 測定方案

1.1 理論基礎

井下通風風流的運動過程可符合穩定流動狀態條件下的伯努利方程：

式中：hr12為兩點間的風阻，單位Pa；p1，p2為兩測點位置風流單位體積平均壓能，單位Pa；0.5ρv12、0.5ρv22為兩點位風流單位體積平均動能，單位Pa；ρgz1，ρgz2為1、2 測點處單位體積風流的平均位能，單位Pa；v1，v2為1、2 兩點間平均風速，單位m/s；z1，z2為兩點位到基準面的高度，單位m；ρ為測點處空氣密度，單位kg /m3；g為重力加速度，單位m/s。

1.2 測定方法

測定通風系統阻力常用壓差計法和氣壓計法等2 種方法。根據壓差計法的測量要求，要在1、2測點處分別放置測壓膠管，管軸風流平行，在2 測點設置壓差計；使用風表測定1、2 兩處風速，同步測定干、濕球溫度及風流絕對靜壓，由此得出兩點位空氣密度；壓差計讀數得出1、2 兩點位之間的靜壓差和勢能差，代入基本參數計算得出兩點位間通風阻力。精密氣壓計測定的基點法，需要使用2 臺精密氣壓計，1 臺設置在地面作為基準，另1 臺在井下移動測試，先測定指定區間兩端風流靜壓，再通過代入對應參數，計算出該區間通風阻力。兩測定方法的優缺點對比如下：

表1 通風阻力測定方法優缺點對比

經過對比，結合莒山煤礦井下巷道分布廣、系統復雜的實際，最終確定選擇精密氣壓計基點法。

1.3 儀器參數

根據精密氣壓計基點法計算風阻參數需求，涉及氣壓、巷道斷面尺寸、干濕溫度、風速、標高、時間等參數，需配備相應儀器匯總見表2。

表2 通風阻力測定所需儀器匯總表

1.4 測定路線

根據通風阻力測定要求，為盡可能的反映礦井通風特征，通風路線選擇應該滿足線路長、風量大、阻力因素多等特征。結合礦井實際，經實地考察，測定路線為：副斜井-軌道大巷-ZF302 下伏運輸大巷-工作面巷道-ZF302 工作面-六采區回風大巷-六采區東翼回風巷-回風石門-回風斜井。

選定測點，應考慮流速穩定、距風流分叉及匯合處遠、附近有明確的標高等特點，兩點間的距離適中，不宜過近，以便降低測量難度。據此，結合莒山煤礦通風系統網絡圖，根據測量實際需求，共設置26 個測點。

2 測定結果與分析

2.1 風量結果

參照國家安全生產監督管理總局發布的《礦井通風阻力測定方法》（MT/T440-2008）為計算依據，通過對莒山煤礦通風系統實際測量，經計算得出風量和阻力相關數據，風量數據如表3 所示。

表3 各風井風量匯總表

2.2 阻力分析

計算得出測定路線阻力分布情況如表4。

由表4 可知：進風段阻力534.8Pa，用風段阻力810.3Pa，回風段阻力1 357.6Pa，進風、用風、回風3類所占比例基本符合規程要求，未出現明顯的高阻力區段，因此，莒山煤礦通風阻力分布較為合理。

表4 測定路線通風阻力累加表

為了從宏觀上進一步了解整個礦井的風阻分布，依據測風路線各段功能，劃分為進風段、用風段、回風段，相應區間阻力情況如表5 所示。

表5 通風阻力分布表

2.3 誤差分析

因儀表精確度、人工熟練程度等因素，測定結果可能存在誤差，為進一步確認檢測數據的準確度，要通過計算校驗測定數據的誤差程度，具體方法如公式（1）：

式中：δ為相對誤差，單位%，小于5%為準確；Hs為風阻實測值，單位Pa；Hr為風阻理論值，單位Pa。

誤差校驗見表6。

表6 通風阻力測定結果誤差表

由表6 可知，誤差校驗結果3.6%＜5%，此次測定數據準確度符合有關規程要求，可以使用。

3 結 語

經過測定，基本掌握莒山煤礦當前通風系統現狀，為科學管理礦井通風提供了數據支持，主要有以下結論：

1）進風段阻力534.8Pa，用風段阻力810.3Pa，回風段阻力1 357.6Pa，進風、用風、回風3 類所占比例基本符合規程要求，未出現明顯的高阻力區段，莒山煤礦通風阻力分布較為合理。

2）回風段長度占比31.8%，但風阻占比卻高達50.2%，相對阻力較大，主要是因為該煤層資源即將枯竭，局部巷道變形嚴重，可考慮掘進回風斜巷來解決。

3）經數據校驗，系統測定誤差符合要求，此次通風阻力測定數據可靠，滿足應用要求。