礦井通風阻力分布測定與分析

劉青山

（山西省霍州煤電集團有限公司紫晟煤業，山西霍州031400）

煤礦通風是保證礦井作業安全的一種最主要技術方法。井下通風系統阻力是指由巷道、井筒及其構筑物組合而成對通風系統產生總的通風阻力，是重要的礦井通風能力評價標準，礦井的阻力狀況測定是管理煤礦通風體系的主要技術內容。所以，為進一步加強煤礦通風管理，對其通風體系進行阻力及風量的測定，以便對整個礦通風系統的阻力及風量分布加以了解及掌握。

1 阻力通風的測定

1.1 測定的方法

礦井風阻測定的方法有兩種：氣壓計方法與壓差計方法。

（1）壓差計方法測定原理為在巷道量①、②測點分別安裝皮托管各一根，安裝的皮托管要放在巷道的中心位置，為了達到消除風的速壓，必須將皮托管尖部對著風流方向，風向與管軸平行，壓差計安裝于②號測試點，另外，使用風速表分別測出①和②兩點風速值，使用氣壓計與濕度計測出空氣的密度。這時，壓差表顯示的數值為兩測點間勢能差與靜壓差[1]。

（2）氣壓計方法的測定原理是使用精密的氣壓計，將①和②量測點同時進行測量，測出的結果是兩點間靜壓絕對差，然后依據為壓差與動壓差將風阻計算出來。使用精密的氣壓計進行測定，首先要在地面安裝一臺氣壓計，在井下安裝另一臺氣壓計測定，根據井上井下大氣壓進行數據校正。

精密的氣壓計方法測定可測量構物兩邊壓差。壓差計方法測定需要鋪設皮管，費時而且工作量大。氣壓計方法測定不需要安裝靜壓管與膠管，省時省力操作簡單。所以，本文使用精密的氣壓計方法進行風阻測定。

1.2 測定的線路

依據風阻測定的目的與要求，選擇反映紫晟煤業公司煤礦系統通風最具特點的最長礦井通風線路，作為測定的線路，另外通風線路，可作為輔助的測定線路。

選擇測定線路的原則為：

（1）測定線路必須包括礦井中最大通風阻力線路和各種類型的巷道，它應具有能夠反映系統通風特點以及具有通風大、線路長的特點[2]。

（2）在選擇測定地點時，要明確測點標高位置，兩測試點距離不能太近，如果太近將會增加兩點阻力測定的準確性。

依據以上原則，根據山西紫晟煤業公司進回風井系統通風結構圖以及系統通風優化要求和礦井布置巷道的條件，先在礦井系統通風圖中確定需要測定的線路與地段，隨后進行礦井考察，依據實際的要求，在礦井中布置了57個檢測點，具體如下：

（1）主測線路：紫晟煤業公司主、副斜井→輔助運輸大巷、膠帶運輸大巷→行人通路、煤倉進風通路→采區膠帶上山→2-101 工作面→采區回風巷→總回風巷→回風立井。

（2）最大的阻力線路1：紫晟煤業公司主、副斜井口→膠帶運輸大巷、軌道運輸大巷→行人通路、煤倉上口進風通路→2-101 進風巷→2-101 工作面→2-101回風巷→采區回風巷→總回風巷→→紫晟煤業公司回風井段。

（3）最大的阻力線路2：紫晟煤業公司主、副斜井井→膠帶運輸大巷→軌道運輸大→采區膠帶上山、采區軌道上山→采區末端系統→采區回風巷→總回風巷→紫晟煤業公司回風立井。

1.3 測量儀器

測量儀器工具有皮尺、秒表、濕度計、溫度計、風扇、低速風速表、中速機械翼風速表、JYF-1 數字精密氣壓檢測計等[4]。

2 主要的測量參數

主要參數是自然的風壓、通風的阻力、通風的風量、通風的風速、巷道的參數、空氣的密度等。

（1）大氣參數。空氣的密度是指單位空氣體積的質量，它是通過道爾頓定律與氣體方程進行計算，進而獲得空氣密度[5]。

（2）礦井巷道參數。應用皮尺進行測量巷道各點參數，或者根據斷面儀測量出巷道周長與面積，按照巷道形狀如三心拱、梯形等，使用公式將巷道的周長與巷道的斷面計算出來。

（3）風量與風速的計算。根據測量線路對各個測量點進行3次風速值的測量，然后將3次獲得的測量值平均，此時得出的數值就是該點平均的風速[6]。

（4）通風的阻力。巷道通風阻力是依據風量、巷道的參數、空氣的密度、風速進行計算風阻。

3 測量結果和分析

通過對紫晟煤業公司礦井系統通風阻力與風量的測量以及進行數據處理，得到礦井風量數據（表1）。

表1 紫晟煤礦各風井的風量與匯總表

3.1 系統通風量的分析

有效的通風量能夠反映出礦井實際通風的效果，所以要準確測量出變電所、配電室、獨立通風的巷道、掘進風量、工作面風量等風量數據，見表2。通過表2可知，礦井有效的風量總共為86.5m3/s，礦井總的風量是94.78m3/s，其有效的風量占礦井總風量91.26%[7]。

表2 有效通風量的統計表

3.2 系統通風阻力的分析

根據測定結果，紫晟煤業公司進風立井到紫晟煤業公司回風立井最大阻力路線：紫晟煤業公司進風副斜井→紫晟煤業公司進風軌道運輸大巷→煤倉進風巷→一采區膠帶上山（上倉巷）→一采區膠帶上山→一采區一聯巷→一采區回風上山→總回繞巷→總回風巷（下山段）→總回風巷（上山段）→紫晟煤業公司回風立井，如圖1所示。

阻力最大的線路上所有巷道組成阻力如圖2所示。

柴晟煤礦進風風段、回風風段、用風風段等所有阻力分別占總阻力情況，詳情見表3及圖3。

圖1 回風井阻力最大路線圖示

圖2 阻力最大的線路上所有巷道組成阻力

另外，為更加細致的了解、分析礦井分布阻力情況，把礦井的阻力分成回風風段、用風風段、進風風段等四部分，各風段測量見表4。通過測量可知，回風風段的阻力是506.1Pa，用風風段阻力是51.7Pa，進風風段阻力是289.9Pa，其測量比例結果都符合范圍。因此，當前本礦通風分布的阻力合理，不存在高阻力[8]。

3.3 分析誤差

因為測量技術水平、測量儀器的精度以及其它方面因素影響，在測量的過程中會出現不同誤差。這一誤差只要控制在規定范圍之內，其測量的結果應定義可靠，所以，必須對測量結果加以效驗檢查，確定礦井系統通風阻力測量誤差在規定范圍之內。根據測量計算，紫晟煤業公司礦井回風井系統通風測量誤差見表5，通過表5可知，礦井自然的風壓為19Pa、風機靜壓為860Pa、通風的阻力為847.7Pa，測定系統誤差3.56%，規定誤差范圍δ≤5%，因此，本次測定符合規定要求。

4 結束語

（1）紫晟煤業公司礦井的系統通風是獨立的系統，該礦井立井回風在實際工作時的風量是217m3/s，其阻力為1538Pa，回風段、用風段、進風段阻力對比分配是34.2%、6.1%、59.7%，所以，回風段比例過高，回風段比例過高的原因最大阻力路線未經過工作面，且主要通風機服務區域掘進工作面過多。應對生產布局進行調整，減少回風段的通風阻力，使礦井通風系統處于一個良好的狀態，對于保證礦井安全生產，提高礦井產量提供良好的通風條件。

表3 回風井阻力最大的巷道路線阻力表

圖3 紫晟煤礦回風井的井風、用風、回風各段的阻力與總阻力占比

（2）紫晟煤業公司煤礦礦井有效通風量是86.5m3/s，其中礦井總的通風量是94.78m3/s，有效通風量占總通風量的91.26%左右。有效通風量包括變電所、配電室、供風獨立巷道、掘進工作用風、工作面用風等所有風量，礦井可加強管理通風設備，減少、杜絕漏風以及采取相關措施，從而提高煤礦礦井通風效率。

表4 紫晟煤礦公司各區用風占比（%）

表5 紫晟煤業公司系統通風測定的誤差表