巴里坤煤礦通風(fēng)阻力測定與分析

2022-03-11 07:42:54單大闊

煤礦現(xiàn)代化 2022年2期

單大闊

（1.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧撫順113122；2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧撫順113122）

0 引言

礦井通風(fēng)阻力測定是礦山通風(fēng)與安全技術(shù)管理工作的重要內(nèi)容之一，是獲取實(shí)際井巷風(fēng)阻和礦井通風(fēng)阻力分布的唯一手段，是進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化和改造的基礎(chǔ)工作。通過對(duì)礦井通風(fēng)阻力測定，可以及時(shí)掌握礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀、通風(fēng)阻力的分布狀況，在制定相關(guān)安全技術(shù)措施、調(diào)整礦井通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，測定結(jié)果可以提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，指導(dǎo)礦井通風(fēng)工作，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理[1]。

1 礦井概況

新疆天順礦業(yè)有限公司巴里坤煤礦位于哈密市東天山以北，巴里坤煤田的西部，屬于巴里坤盆地的平原地區(qū)；東部與農(nóng)13 師紅山煤礦毗鄰。礦區(qū)地形較為平坦，東高西低，中部微有起伏，呈現(xiàn)為戈壁準(zhǔn)荒漠地形，平均海拔標(biāo)高+1 500 m～+1 680 m，相對(duì)高差約180 m；基巖及含煤地層均被第四系洪積，沖積層及戈壁礫石所覆蓋，局部有零星基巖出露。礦井屬低瓦斯礦井，目前正在回采中2 煤層：煤層厚度1.02～13.5 m，平均為6 m，一般含0～2 層夾矸，結(jié)構(gòu)較簡單，采用走向長壁式綜采機(jī)組開采。

礦井采用斜井開拓，通風(fēng)方式為中央并列式，機(jī)械抽出式通風(fēng)方法，主、副井進(jìn)風(fēng)，西回風(fēng)立井回風(fēng)，形成中央并列抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。新鮮風(fēng)流：主、副井→+1 410 m 區(qū)段進(jìn)風(fēng)巷和進(jìn)風(fēng)石門→1101EX3 運(yùn)輸順槽→工作面；乏風(fēng)風(fēng)流：1101EX3 回風(fēng)順槽→區(qū)段回風(fēng)石門和回風(fēng)巷→+1 460 m 總回風(fēng)石門→西回風(fēng)立井→地面。

2 通風(fēng)阻力測定

2.1 理論依據(jù)

礦井內(nèi)風(fēng)流在沿井巷的軸線方向?yàn)橐痪S紊流，遵循伯努里能量方程，兩點(diǎn)間的通風(fēng)阻力（h1-2，Pa）計(jì)算方法如式（1）所示：

式中：h1-2為兩測點(diǎn)的靜壓值，Pa；PO1，P02分別為讀取P1，P2壓力值時(shí)，基點(diǎn)校正氣壓計(jì)對(duì)應(yīng)時(shí)間的靜壓值，Pa；Z1，Z2為兩測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)高，m；ρ1，ρ2為兩測點(diǎn)的濕空氣密度，kg/m3，ρ1-2為兩測點(diǎn)井巷間的空氣密度均值，kg/m3；ν1，ν2為兩測點(diǎn)的風(fēng)流速度，m/s[2]。

2.2 測定方法及測定路線

本次阻力測定工作采用氣壓計(jì)基點(diǎn)測定法，利用2 臺(tái)精密氣壓計(jì)，同時(shí)井口附近地表同時(shí)測定大氣壓力值，然后1 臺(tái)留在井口，每隔10 min 記錄1次井口位置空氣壓力值，另1 臺(tái)則逐點(diǎn)記錄測壓時(shí)間和測點(diǎn)空氣壓力值，同時(shí)利用風(fēng)表、干濕球溫度計(jì)、卷尺等設(shè)備測定測點(diǎn)風(fēng)流的風(fēng)量，干、濕球溫度以及巷道斷面尺寸[3]。此方法測定期間應(yīng)盡量保證與基點(diǎn)讀數(shù)時(shí)間的對(duì)應(yīng)性，通過校核基點(diǎn)壓力數(shù)值的變化，避免了大氣壓力變化所造成的影響，增加了測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參照巴里坤煤礦通風(fēng)系統(tǒng)圖和礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，本次礦井通風(fēng)阻力測定路線選擇涵蓋礦井的1條最大阻力路線。測定路線上11 個(gè)測點(diǎn)分別為：①副斜井距井口30 m 處；②副斜井距井口385 m 處；③副斜井距井口505 m 處；④+1 410 m 軌道巷；⑤+1 410 m 區(qū)段膠帶石門；⑥1101EX3 運(yùn)輸順槽；⑦1101EX3 回風(fēng)順槽；⑧+1 460 m 區(qū)段回風(fēng)石門；⑨+1 460 m 區(qū)段回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷；⑩+1 460 m 總回風(fēng)石門；⑾立風(fēng)井距安全出口5 m 處。

2.3 通風(fēng)阻力數(shù)據(jù)測定

2.3.1 礦井空氣密度

井下空氣密度（ρ，kg/m3）計(jì)算方法如式（2）所示：

式中：P為井下空氣絕對(duì)靜壓，Pa；T為井下空氣的熱力學(xué)溫度，T= 273 + t，K；φ為井下空氣的相對(duì)濕度，%；Ps 為風(fēng)溫t 時(shí)的飽和水蒸分汽壓力，Pa。各參數(shù)測定結(jié)果見表1。

2.3.2 井巷斷面尺寸及風(fēng)量測算

除立風(fēng)井巷道斷面為圓形，區(qū)域巷道斷面均為半圓拱形，巷道內(nèi)堵塞物所占的面積，正常時(shí)按測風(fēng)人員所占的面積取0.4 m2，有皮帶時(shí)視皮帶大小時(shí)取0.5、0.6 m2，各巷道面積、周長、風(fēng)量等參數(shù)測定結(jié)果見表1。

表1 測點(diǎn)風(fēng)速及巷道斷面參數(shù)

3 測定結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1 阻力測定結(jié)果

礦井通風(fēng)阻力實(shí)測結(jié)果見表2。

表2 礦井實(shí)測通風(fēng)阻力

3.2 巷道風(fēng)阻及摩擦阻力系數(shù)計(jì)算

每段巷道風(fēng)阻的計(jì)算方法如式（3）所示：

式中：Ri-j為巷道的風(fēng)阻，N·s2/m8或kg/m7；hi-j為兩測點(diǎn)間阻力，為巷道內(nèi)平均風(fēng)量，m3/s。計(jì)算結(jié)果見表3。

巷道摩擦阻力系數(shù)計(jì)算方法如式（4）所示：

式中：α為巷道的摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4或kg/ m3；S為巷道斷面積，m2；L為巷道的長度，m；U為巷道斷面的周長，m；計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 巷道風(fēng)阻及阻力系數(shù)

3.3 礦井自然風(fēng)壓計(jì)算

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不同位置的風(fēng)流密度和標(biāo)高各不相同，因此不同地點(diǎn)之間會(huì)形成位壓差，稱這一位壓差為礦井自然風(fēng)壓。對(duì)主要通風(fēng)機(jī)而言礦井自然風(fēng)壓會(huì)影響其做功，進(jìn)而改變其運(yùn)行工況[4]。礦井自然風(fēng)壓計(jì)算方法如式（5）所示。

式中：hN為自然風(fēng)壓，Pa；ρi為第i 點(diǎn)的氣流密度，kg/m3；hi為第i 點(diǎn)的標(biāo)高，m。礦井自然風(fēng)壓計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 測定線路自然風(fēng)壓

3.4 礦井等積孔及通風(fēng)難易程度分析

等積孔是用來形象表征礦井通風(fēng)難易程度的指標(biāo)，按式（6）、（7）計(jì)算。

式中：A為礦井的等積孔，m2；Q為通過礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量，m3/s；h為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的阻力，Pa;R為風(fēng)阻，N·s2/m8。

礦井通風(fēng)總阻力為296.81 Pa，礦井總回風(fēng)道實(shí)測風(fēng)量為3 786.72 m3/min，即為63.11 m3/s，計(jì)算可得通風(fēng)系統(tǒng)等積孔A 為4.36 m2，總風(fēng)阻R為0.074 5 N·s2/m8。根據(jù)礦井通風(fēng)難易程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判定，總風(fēng)阻R＜0.355 N·s2/m8，等積孔A＞2 m2，則該礦井通風(fēng)難易程度為容易[5]。通風(fēng)阻力分配情況見表6。