優(yōu)化盤區(qū)通風系統(tǒng)并聯(lián)回風降低通風阻力探討

尹建豐

（晉能控股煤業(yè)集團有限公司忻州窯礦，山西 大同 037021）

忻州窯礦東三盤區(qū)14-3#層布置有1 個綜采工作面、1 個備用工作面、2 個掘進工作面，配風量最大時達到6163 m3/min。現(xiàn)在東三風井主要通風機葉片角度為0°（通風系統(tǒng)調(diào)整前角度），負壓為2390 Pa，風量為5300 m3/min。利用東三11-2#原軌道巷并聯(lián)回風，在一定程度上增加了通風斷面，但在東三11-2#原軌道巷有多處拐彎及風流匯合分岔點，也增加了局部風阻。本文就東三盤區(qū)11-2#層巷道改造步驟和改造前后的風阻變化進行分析[1-3]。

1 東三盤區(qū)11-2#層巷道改造方案

（1）在東三11#層2514下繞道口（回風側(cè)）距盤區(qū)回風巷2 m 處施工一道永久密閉，然后拆除2514下系統(tǒng)的兩道調(diào)節(jié)風門，在東三11#2514下巷口距軌道巷2 m 處施工一道永久密閉，將東三11#層2514下系統(tǒng)永久封閉。

（2）在東三11#層軌道補巷口處施工兩道風門，拆除軌道補巷與11#層回風巷相交風橋。

（3）在東三11#層二斜井上車場施工兩道聯(lián)鎖的正向風門和兩道反向風門（規(guī)格：1.8 m×2.2 m）。

（4）為避免角聯(lián)形成微風區(qū)，在東三11#層軌道補巷口和軌道巷口處施工兩道密閉。

2 改造前后通風路線以及各條路線參數(shù)分析

2.1 通風路線改造

改造前通風路線：14-3#層東三盤區(qū)回風暗斜井→11-2#層東三盤區(qū)集中回風巷→東三風井。

改造后通風路線：東三盤區(qū)14-3#回風暗斜井→東三盤區(qū)11-2#回風巷東部（與東三盤區(qū)11-2#軌道巷東部并聯(lián)）→東三盤區(qū)11-2#進風補巷（與東三盤區(qū)11-2#集中回風巷西并聯(lián)）→東三盤區(qū)11-2#集中回風巷→東三風井。如圖1。

圖1 改造后簡單通風網(wǎng)絡

2.2 各巷道風阻實測統(tǒng)計

表1 為改造前后各條通風路線風阻，系統(tǒng)改造前回風系統(tǒng)為串聯(lián)巷道，軌道巷、進風補巷并未作為回風巷使用。東三11-2#層回風系統(tǒng)整體風阻為東三11-2#回風巷東部、東三11-2#回風巷西部、東三11-2#回風巷中部風阻之和，其大小為0.309 N·s2/m8。

表1 各巷道的風阻統(tǒng)計

11-2#層通風系統(tǒng)優(yōu)化改造后，為并聯(lián)風網(wǎng)，其整體風阻可按下式進行計算：

式中：R總為并聯(lián)風網(wǎng)總風阻，R1、R2為各分支巷道風阻，單位均為N·s2/m8。

改造后11-2#回風巷風阻為：

11-2#層與軌道巷并聯(lián)后，通風系統(tǒng)整體風阻為：

由以上計算可知，在不考慮巷道風流分叉匯合的情況下巷道整體風阻大約降低0.291 3 N·s2/m8。不考慮巷道局部風阻的情況下，東三盤區(qū)11-2#層通風阻力h=R·Q2=0.019 5×（6163/60）2=205.75 Pa。

而巷道局部通風阻力情況并不能通過風阻進行簡單的分析，下面代入巷道風量進行計算[4]，以求出其通風系統(tǒng)改造后通風阻力降低值，且在并聯(lián)風網(wǎng)中分支所分配的風量取決于并聯(lián)網(wǎng)絡總風阻與該分支的風阻之比，具體公式如下：

式中：Qi為分支風量，m3/min；Ri為分支風阻，N·s2/m8；Rs為風網(wǎng)總風阻，N·s2/m8；Qs為風網(wǎng)總風量，m3/min。

東三14-3#層最大配風量為6163 m3/min，各巷道風量分配具體見表2。

表2 巷道各測點風量

東三11-2#層通風系統(tǒng)改造后有兩處風流匯合和兩處風流分岔情況，各巷道分叉匯合處多為90°角與45°角。匯合點為東三風井匯合點、回風補巷與回風正巷匯合點，兩處匯合點為90°角；分叉點為東三11-2#回風巷東部分叉點、東三11-2#軌道巷中部分叉點，分叉點為45°角。

風流匯合或分岔的局部阻力計算公式為：

式中：h為局部阻力，Pa；K為巷道粗糙度影響系數(shù)，由巷道摩擦阻力系數(shù)α決定，東三11-2#巷道摩擦系數(shù)在0.005～0.01 之間，取0.007，K值取1.1；v1、v2為分岔巷道中風流速度，m/s；θ為分岔巷道與原巷道夾角，（°）；ρ為空氣密度，取1.20 m3/kg。

由以上計算可知，采用并聯(lián)風網(wǎng)進行通風時所產(chǎn)生的局部風阻為348.91 Pa（表3），巷道摩擦阻力為199.116 Pa，局部通風阻力占巷道總風阻較大部分。如何減少局部通風阻力對減少并聯(lián)風網(wǎng)的通風總阻力具有很大的作用。由局部風阻公式可知，在減少局部風阻時需要考慮到以下幾個方面：

表3 局部通風阻力數(shù)據(jù)分布

（1）在系統(tǒng)改造時產(chǎn)生的巷道風流匯合和分岔點，要盡量減小分岔巷道與原巷道的角度，并保證分岔點的巷道斷面平滑，避免巷道突然變大和變小的情況。

（2）在系統(tǒng)改造時，對巷道進行清理以減小巷道摩擦阻力系數(shù)，減少K值。

（3）并聯(lián)巷道內(nèi)整體風壓相同，要盡量減小分支巷道的風阻，以避免產(chǎn)生微風區(qū)。

（4）在構(gòu)筑并聯(lián)通風網(wǎng)絡時，盡量避免產(chǎn)生角聯(lián)風路，避免產(chǎn)生微風區(qū)。

3 系統(tǒng)改造前后通風總阻力變化

由于以上只考慮的是東三11-2#層通風阻力變化，根據(jù)礦井通風阻力測定東三盤區(qū)14-3#層通風阻力為1020 Pa。11-2#層通風系統(tǒng)改造前總體風阻為0.147 N·s2/m8，需風量為6163 m3/mim，通風阻力為1501 Pa，整體東三盤區(qū)通風阻力為11-2#層與14-3#通風阻力之和，為2521 Pa。在進行盤區(qū)通風系統(tǒng)調(diào)整后，14-3#層通風阻力不變，11-2#層通風阻力為547 Pa。實際減少通風阻力954 Pa。

由以上計算可知，采用并聯(lián)風網(wǎng)之后東三盤區(qū)整體通風阻力降低了954 Pa。東三盤區(qū)通風阻力為14-3#層與11-2#層阻力之和，為1567 Pa，滿足風量需求。

4 結(jié)語

礦井進行通風系統(tǒng)調(diào)整，改造利用廢棄巷道并聯(lián)回風降低通風阻力后，在東三盤區(qū)整體用風量不變的情況下，通風阻力降低954 Pa。東三風井在負壓降低后，將主要通風機葉片角度由0°調(diào)至-5°，有效降低了風機負荷，提高了風機及整個東三盤區(qū)通風系統(tǒng)穩(wěn)定性。