礦井通風系統的測定及降阻優化

李世強

（晉能控股煤業集團翼城東溝煤業有限公司， 山西 臨汾 043500）

引言

礦井通風系統是煤礦生產的重要組成部分，對于保證綜采工作面安全、高效生產具有重要意義。在實際生產中，在保證工作面風量最基本要求的基礎上，能夠最大程度地降低工作面的通風阻力對于減小通風機能耗，提高通風系統的穩定性尤為重要。尤其是隨著礦井深部資源的開采，對應的礦井的需風量增加、通風線路延長導致巷道內的通風阻力增加，繼而影響巷道深部風量不足，嚴重制約著礦井的整體生產能力[1]。因此，對礦井通風系統的實時測定，并提出降阻優化措施顯得極為重要。

1 降阻技術研究

影響通風系統阻力的因素眾多，主要以風量、風阻、局部阻力、網絡結構為主。其中，通風阻力與工作面現場的風量的平方成正比；對于一定支護參數的巷道而言，當巷道的風阻越大時，對應的通風阻力也越大；在實際生產中，由于礦井巷道并不全是直線，在巷道的拐彎位置、斷面面積突變的位置以及分風或者匯風的位置均會造成局部阻力增加，此種情況會導致氣流出現紊亂現象，從而導致風流能量的損失；工作面通風網絡結構也是影響通風阻力的關鍵因素，實踐表明，雖然現場通風分支數相同但是為其網絡結構不同也會導致整個礦井總阻力的不同[2]。

因此，對于上述影響礦井通風系統阻力主要因素分析的基礎上，對應的降阻技術或方案可歸納如下：

1）對礦井整個的通風網絡結構進行調整。在實際生產中，應根據現場實際情況設計合理的通風網絡結構，秉承“早分晚合”的原則，盡量避免增阻調風的操作，從而保證礦井總的通風阻力最小。

2）增加并聯巷道。由于生產任務的需要增加巷道時，應盡量選擇并聯巷道而不是串聯巷道。可通過并聯巷道的方式將風量分流，從而減小巷道內的風阻。

3）擴大巷道面積。在同等風量的基礎上，可適當的增大巷道的斷面積，降低礦井的通風阻力。

4）減小巷道內局部區域的阻力。對于巷道斷面面積突變、拐彎處和分叉處容易導致局部阻力增大的位置；對于斷面面積突變的位置通過逐漸擴大或逐漸縮小的方式過渡斷面；在巷道拐彎位置采用雙曲線型轉彎等方式降低局部阻力[3]。

5）減小巷道內通風線路的長度。針對工作面內已經廢棄的巷道應及時封閉，并根據生產任務對通風網絡結構進行改進，將通風線路盡可能地縮短，從而降低整個礦井的通風阻力。

2 通風系統的測定

本文以周遠山礦井為例開展研究，該礦井采用“三進兩回”的方式進行通風。其中進風井包括有主井、副井和新副井；回風井包括有南風井和北風井。通風機主要布置于回風井中，南、北回風井中布置通風機的型號不同，具體如表1 所示。

表1 南、北回風井通風機參數

2.1 通風阻力的測定

本工程采用基點氣壓法對其通風阻力進行測定，所采用的風阻測量裝置為CZC5 礦井通風多參數測定器。其中1 臺測定器布置在基點位置對大氣壓力進行測定；另1 臺對每個測量位置的絕對風壓進行測量。

通過測量可知，南回風井的阻力為3542.54 Pa，北回風井的阻力為3408.6 Pa。

2.2 通風機性能的測定

針對通風機性能的測定，本工程選用CZC5 礦井通風多參數測定器（1 臺）、JFY-8 通風多參數檢測儀（1 臺）、DZFC-1 型電能綜合分析測試儀（1 臺）以及其他一些測量輔助的空壓盒、皮托管和橡皮管對南回風井和北回風井通風機的性能進行測定[4]，測定結果如圖1 所示。

圖1 南、北回風礦井通風機性能測試結果

3 礦井通風系統的降阻優化

3.1 改變北翼結構、擴大南翼斷面（方案一）

改變北翼結構：將北翼通風巷道的數量由兩條變為一條。

擴大南翼斷面：由于南翼斷面局部阻力較大且巷道斷面面積較小，甚至影響工作人員的正常通過。因此，將南翼的221 運煤上山斷面擴大至正常通風斷面。

3.2 縮短公共巷道的長度（方案二）

結合通風系統的測定結果，為了簡化現場的通風結構，具體在北大巷和南大巷的位置設置風門；此時，北翼和南翼的供風分別由北大巷和南大巷提供。與此同時，將南翼和北翼之間的風流進行分風操作，進一步縮短二者之間的公共通風線路。

3.3 降低角聯分支阻力（方案三）

從現場通風網絡分析來看，在南風井和北風井之間的回風巷為該礦井整個通風系統的角聯分支[5]。因此，將上述的角聯分支與現有的北回風井和南回風井形成三角形排風結構，此種結構可有效降低整個礦井的通風總阻力。三角通風網絡結構如圖2 所示。

圖2 三角形排風網絡結構

3.4 擴大回風巷道的斷面面積（方案四）

結合通風系統的測定結果可知：對于南翼阻力而言，其回風段的阻力占據整條通風線路上阻力的59.6%；而對于北翼阻力而言，其回風段的阻力占據整條通風線路上阻力的76.1%。同時，現場勘測發現南翼回風巷道出現嚴重的變形情況，且斷面面積很小以至于無法通過熱源。因此，將南北翼回風巷道的斷面面積刷到值最初設計值，從而降低由于斷面突變而導致的局部阻力較大的問題。

3.5 四種方案效果對比

上述四種降阻優化方案對應的效果如表2 所示。

表2 不同降阻方案的效果分析

分析表2 可知，上述四種方案對應效果各有千秋。因此，本文采用層次分析法通過對其對比特征進行賦值得出四種方案對應的評價結果，評價結果如表3 所示。

表3 不同降阻方案的評價結果

綜上所述，選用方案一對礦井進行降阻優化。

4 結語

1）南回風井的阻力為3542.54 Pa，北回風井的阻力為3408.6 Pa。

2）根據通風測定結果提出的四種降阻優化方案基于層次分析法對比后得出，采用改變北翼結構、擴大南翼斷面面積的方式的優化效果最佳。