礦井通風(fēng)阻力的統(tǒng)計(jì)與分析

高志松，張孝廣

(1.山西省節(jié)能中心有限公司，山西 太原 030045;2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400039)

礦井通風(fēng)在煤礦安全生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位，是煤礦安全生產(chǎn)和井下工作人員生命安全健康的保障，是煤礦預(yù)防瓦斯事故、粉塵危害、火災(zāi)事故的前提。空氣沿著井下巷道流動(dòng)，遇到障礙物或者與井巷摩擦都必然造成能量損失，這部分損失的能量就是礦井通風(fēng)阻力。

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：新井投產(chǎn)前必須進(jìn)行1次礦井通風(fēng)阻力測(cè)定，以后每3年至少進(jìn)行1次。礦井轉(zhuǎn)入新水平生產(chǎn)或改變一翼通風(fēng)系統(tǒng)后，必須重新進(jìn)行礦井通風(fēng)阻力測(cè)定。AQ1028-2006《煤礦井工開采通風(fēng)技術(shù)條件》對(duì)不同礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量下系統(tǒng)的通風(fēng)阻力值做了明確限定(見(jiàn)表1)，MT/T400-2008《礦井通風(fēng)阻力測(cè)定方法》對(duì)礦井通風(fēng)阻力測(cè)定進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)還根據(jù)部分礦井巷道摩擦阻力系數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，編制了供通風(fēng)設(shè)計(jì)參考的井巷摩擦阻力系數(shù)表。

表1 礦井通風(fēng)阻力要求

理清礦井通風(fēng)阻力，能更好地評(píng)價(jià)礦井的通風(fēng)能力，清楚地了解礦井通風(fēng)阻力分布情況，是礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的重要依據(jù)，為礦井防滅火設(shè)計(jì)提供重要數(shù)據(jù)，故掌握礦井通風(fēng)阻力對(duì)煤礦安全生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。

通過(guò)對(duì)山西省231座生產(chǎn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)阻力的統(tǒng)計(jì)，分析影響礦井通風(fēng)阻力的幾個(gè)關(guān)鍵因素以及內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)還分析礦井阻力分布情況及影響因素，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及優(yōu)化有著積極的指導(dǎo)意義。

1 礦井通風(fēng)阻力的統(tǒng)計(jì)與分析

1.1 礦井統(tǒng)計(jì)概況

山西省是我國(guó)主要煤炭生產(chǎn)大省，截至2020年12月底，全省共有生產(chǎn)煤礦668座，合計(jì)產(chǎn)能104 560萬(wàn)t/a。其中產(chǎn)能120萬(wàn)t及以上的有324座，產(chǎn)能77 360萬(wàn)t/a，占總產(chǎn)能的74%，產(chǎn)能在90萬(wàn)t及以下的有340座，合計(jì)產(chǎn)能26 590萬(wàn)t，占總產(chǎn)能的25%[5]。

本次統(tǒng)計(jì)礦井涵蓋全省11個(gè)地級(jí)市，共統(tǒng)計(jì)231座礦井通風(fēng)系統(tǒng)，包含因礦井通風(fēng)系統(tǒng)有重大變化而再次進(jìn)行通風(fēng)阻力測(cè)定的礦井。按礦井瓦斯等級(jí)，低瓦斯礦井占115座·次，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的49.8%，高瓦斯礦井96座·次，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的41.6%，突出礦井20座·次，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的8.6%。按礦井核定年產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表2)，產(chǎn)能90萬(wàn)t/a及其以下的107座·次，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的46.3%；產(chǎn)能90萬(wàn)t/a以上且產(chǎn)能小于300萬(wàn)t/a的98座·次，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的42.5%；產(chǎn)能300萬(wàn)t/a及其以上且產(chǎn)能小于500萬(wàn)t/a的13座·次，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的5.6%；產(chǎn)能500萬(wàn)t/a及其以上的13座·次，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的5.6%.

表2 按產(chǎn)能分礦井?dāng)?shù)量和比例

1.2 礦井通風(fēng)阻力、系統(tǒng)風(fēng)量及礦井等級(jí)孔

礦井通風(fēng)阻力、系統(tǒng)風(fēng)量及礦井等級(jí)孔三者之間的關(guān)系可用下式表示：

式中：h為礦井通風(fēng)阻力，Pa；Q為礦井或系統(tǒng)總風(fēng)量，m3/min；A為等積孔，m2。

統(tǒng)計(jì)分析的231座礦井中包含有2個(gè)及2個(gè)以上回風(fēng)井的礦井，分別對(duì)每個(gè)獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力、風(fēng)量及等積孔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1) 系統(tǒng)風(fēng)量Q≤3 000 m3/min，共7座·次，其中低瓦斯礦井5座·次，高瓦斯礦井2座·次，無(wú)突出礦井；產(chǎn)能45萬(wàn)t/a的1座·次，產(chǎn)能120萬(wàn)t/a的6座·次；礦井或系統(tǒng)通風(fēng)阻力h最小值為123.1 Pa，最大值為1 591.5 Pa，平均值為689.8 Pa；等積孔A最小值為1.26 m2，最大值為3.00 m2，平均值2.01 m2；通風(fēng)路線長(zhǎng)度L最短為2 239 m，最長(zhǎng)為6 558 m，平均4 269 m。

可見(jiàn)，當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量較小時(shí)，主要為低瓦斯礦井，礦井產(chǎn)能較小，礦井通風(fēng)阻力較小，等積孔較小，通風(fēng)路線距離較短。

2) 系統(tǒng)風(fēng)量3 000 m3/min

可見(jiàn)，當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量3 000 m3/min

3) 系統(tǒng)風(fēng)量5 000 m3/min

表3 5 000 m3/min

可見(jiàn)，當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量5 000 m3/min

4) 系統(tǒng)風(fēng)量10 000 m3/min

表4 10 000 m3/min

可見(jiàn)，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量10 000 m3/min

5) 此次未統(tǒng)計(jì)到單風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量Q>20 000 m3/min的礦井。

根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)分析可知，隨著礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的不斷增大，高瓦斯礦井和突出礦井所占比例有增大趨勢(shì)，大型礦井所占比例逐漸增大，系統(tǒng)通風(fēng)阻力、等積孔及通風(fēng)路線等也不斷增長(zhǎng)。

2 “三段”通風(fēng)阻力分布分析

礦井通風(fēng)阻力測(cè)定中，通常把通風(fēng)系統(tǒng)分為進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段等三段，進(jìn)風(fēng)段一般指從進(jìn)風(fēng)井—主要進(jìn)風(fēng)巷—采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷—工作面進(jìn)風(fēng)口，用風(fēng)段主要指從工作面進(jìn)風(fēng)口—進(jìn)風(fēng)巷—工作面—回風(fēng)巷—回風(fēng)口，回風(fēng)段指從工作面回風(fēng)巷口—采區(qū)回風(fēng)巷—主要回風(fēng)巷—回風(fēng)井—風(fēng)硐口。通過(guò)計(jì)算“三段”通風(fēng)阻力值，可以很好地掌握礦井通風(fēng)阻力的分布情況，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、進(jìn)一步降低礦井通風(fēng)阻力提供支撐。

1) 進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)阻力占系統(tǒng)通風(fēng)阻力比例最大的有44座礦井，占19.0%；用風(fēng)段通風(fēng)阻力占系統(tǒng)通風(fēng)阻力比例最大的有25座礦井，占10.8%；回風(fēng)段通風(fēng)阻力占系統(tǒng)通風(fēng)阻力比例最大的有162座礦井，占70.1%，可見(jiàn)，通風(fēng)阻力一般主要集中在回風(fēng)段，進(jìn)風(fēng)段次之，用風(fēng)段最少。

2) 進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)阻力占比情況見(jiàn)表5，由表5可知：進(jìn)風(fēng)段占比主要集中在15%～45%，主要原因是進(jìn)風(fēng)井多為兩個(gè)及其以上，進(jìn)風(fēng)相對(duì)分散，進(jìn)風(fēng)大巷支護(hù)相對(duì)完好，巷道底鼓、變形等現(xiàn)象較少，進(jìn)風(fēng)段巷道摩擦阻力系數(shù)相對(duì)較小，風(fēng)阻較小，最終導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)段阻力相對(duì)較小，所占比例較小。

表5 進(jìn)風(fēng)段通風(fēng)阻力占比

3) 用風(fēng)段通風(fēng)阻力占比情況見(jiàn)表6，由表6可知：用風(fēng)段占比主要集中在30%以內(nèi)，主要因?yàn)楣ぷ髅骘L(fēng)量一般較小，通風(fēng)路線距離較短；部分系統(tǒng)用風(fēng)段通風(fēng)阻力較大，主要是因?yàn)楣ぷ髅骐x回風(fēng)井較近，為保證距回風(fēng)井較遠(yuǎn)巷道的風(fēng)量，必須在工作面進(jìn)風(fēng)巷道或者回風(fēng)巷道安裝控風(fēng)設(shè)施，導(dǎo)致用風(fēng)段通風(fēng)阻力增大。

表6 用風(fēng)段通風(fēng)阻力占比

4) 回風(fēng)段通風(fēng)阻力占比情況見(jiàn)表7，由表7可知：回風(fēng)段占比主要集中在30%以上，大的甚至達(dá)到70%以上。除了回風(fēng)巷風(fēng)量集中及通風(fēng)路線距離較長(zhǎng)等因素外，主要有以下原因，導(dǎo)致通風(fēng)阻力變大。一是礦井初步設(shè)計(jì)時(shí)回風(fēng)巷道斷面較小，后期礦井提升產(chǎn)能，導(dǎo)致礦井需風(fēng)量增大，而回風(fēng)巷道沒(méi)有進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或擴(kuò)巷；二是由低瓦斯礦井變?yōu)楦咄咚沟V井或突出礦井后，回風(fēng)巷道安裝瓦斯抽采管路，而沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)擴(kuò)巷；三是由于保護(hù)煤柱距離較小或者礦井地壓過(guò)大，隨著工作面的不斷回采，導(dǎo)致巷道底鼓、片幫等現(xiàn)象發(fā)生；四是管理上的疏忽，由于回風(fēng)巷道平時(shí)行人較少，且發(fā)生底鼓、片幫等情況時(shí)擴(kuò)巷成本較高，企業(yè)不愿花費(fèi)人力物力進(jìn)行維護(hù)。

表7 回風(fēng)段通風(fēng)阻力占比

3 結(jié) 語(yǔ)

1) 隨著通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的不斷增大，高瓦斯礦井和突出礦井所占比例有所增多，大型礦井所占比例逐漸增大，通風(fēng)系統(tǒng)阻力、等積孔及通風(fēng)路線等不斷增長(zhǎng)。

2) 礦井通風(fēng)阻力在進(jìn)風(fēng)段和用風(fēng)段占比一般相對(duì)較小，主要集中在回風(fēng)段，必須加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)管理，確保礦井安全生產(chǎn)。