開灤集團東歡坨礦通風阻力測定與分析

陳章良，張 坤，邵良杉

（1.山東工商學院管理科學與工程研究學院，山東 煙臺 264005；2.遼寧工程技術大學工商管理學院，遼寧 葫蘆島 125105；3.遼寧工程技術大學系統工程研究所，遼寧 葫蘆島 125105）

0 引言

東歡坨礦業分公司隸屬于開灤（集團）有限責任公司，礦井位于河北省唐山市路北區的韓城與新軍屯兩鎮之間，井田位于車軸山向斜兩翼，東南翼地層平緩，傾角12°～25°，平均20°；西北翼地層急陡，傾角在65°～85°之間，平均70°。在向斜內部斷裂構造較發育，斷層走向多與向斜軸方向一致，現各生產區域均處于向斜東南翼。礦井現有可采和局部可采煤層共9層，可采煤層總厚度為19.7 m，礦井主采5、7、8、9、11、12-1、12-2共7個煤層，含煤地層為石炭二疊系，煤種以氣煤為主，高熱值、低硫份屬優質動力煤，地質儲量636.321 Mt,工業儲量436.429 Mt，可采儲量416.595 Mt。

礦井采用抽出式通風，通風方式為中央分列式。有2個進風井，1個回風井，生產水平為-500、-600水平，回風水平為-230水平，巷道通風最長通風距離為14 946.35 m，相對最困難通風區域為中央下段采區，采面用U型通風方式，掘進工作面采用局部通風機壓入式通風方式。風井安裝有2臺型號為FBCDZ-NO.36軸流式通風機，配套電機型號YBF800-10，電機功率為800 kW，1臺工作，1臺備用，擔負著全礦井的通風任務，目前電機輸入功率580.37 kW，總效率為78.16%，風機葉片安裝角度為+3°。2018年度礦井瓦斯絕對涌出量為9.18 m3/min,相對瓦斯涌出量為0.74 m3/t，絕對二氧化碳涌出量為11.31 m3/min，相對二氧化碳涌出量為0.91 m3/t，瓦斯鑒定等級為低瓦斯礦井。

在礦井的日常運行中，其通風阻力是不斷變化的，一方面是由于礦井通風網絡發生變化，另一方面是由于巷道的局部通風阻力發生變化[2，3]。礦井通風阻力增加后，不僅會影響礦井通風的安全性，還會增加礦井通風機的電能消耗[4]，為此，需要每隔一段時間來進行礦井通風阻力的測定。因此對東歡坨礦進行通風阻力測定，并提出針對性建議，以期能夠更好的促進生產。

1 測定方案

1.1 風阻測定依據及目標

《煤礦安全規程》規定:“新井投產前必須進行1次通風阻力測定，以后每3年至少測定1次，礦井轉入新水平生產或改變一翼通風系統后，必須重新進行礦井通風系統阻力測定。”本文依據MT/T440-2008《礦井通風系統阻力測定方法》及AQ1028-2006《煤礦井工開采通風技術條件》對東歡坨礦井進行通風阻力測定，以此來了解礦井通風系統的阻力分布情況，為生產礦井通風系統優化和合理配風、礦井井下災害防治和風流調節、礦井通風能力核定提供基礎資料和參數，同時，為保證礦井的正常生產提供依據。

1.2 測定方法

根據東歡坨礦井現狀，結合本次阻力測定目標，決定采用氣壓計基點測定法。氣壓計基點測定法的原理是：用氣壓計測算出井巷前后兩測點風流的靜壓差，同時，用風表和干濕球溫度計等儀器測算各測點處速壓差和位壓差等有關參數，再利用井巷風流通風阻力定律計算出該測段的通風壓力。該方法與傳統的壓差計法比較，所使用的儀器體積小、重量輕，具有操作簡便、測定速度快的顯著優點，且適應于全礦性阻力測定。

1.3 測定路線

在測定路線的選擇上依據以下幾條原則：①并聯風路中選擇風量較大且通過回采工作面的主風流風路；②選擇路線較長且包含有較多井巷類型和支護形式的路線；③選擇沿主風流方向且便于測定工作順利進行的路線。在通風系統圖上選擇測定的主要路線和次要路線，為保證測量工作的高效性要考慮在一個工作班內將所規劃路線測完，在路線過長時，可分段、分組測定。綜合考慮礦上的具體情況，經過分析確定5條測定路線。

表1 測定路線

2 測定結果與分析

2.1 通風阻力精度分析

當通風系統主干路線通風阻力測定完畢后，在通風機房讀取通風機風壓和速壓，利用通風機風壓、速壓、自然風壓和從礦井進風口至通風機入風口之間的主干測定路線通風阻力的相互關系進行檢驗。

式中:δ為阻力測定誤差，%;h為測定的礦井通風總阻力，Pa;hfs為通風機裝置靜壓，Pa;hs為通風機風硐測壓點靜壓，Pa;hv為通風機風硐測壓點動壓，Pa;hn為礦井自然風壓，Pa。

表2 主要路線精度檢驗及通風阻力誤差

此次測試誤差ε均低于允許理論誤差5 %，符合行業標準要求，故測試結果真實可靠。誤差產生的原因主要是在測定過程中風門開啟導致風流短路、個別測點風流不穩、受自然風壓影響以及標高值和測試儀器設備的誤差。

2.2 通風系統現狀評價

礦井三區（進風段、用風段、回風段）通風阻力的百分比情況是衡量通風設計、通風管理優劣的主要標志，一般新建礦井合理的三段比例為進風段25 %、用風段45 %、回風段30 %，而服務年限較長的礦井由于礦井開拓范圍較大，回風巷道變形、風量較為集中等原因，一般會導致回風段阻力偏大，此時回風段阻力不超過總阻力的50%為基本合理。

根據礦井通風阻力測定數據以及計算機處理結果，以礦井不同水平、不同采區為分析單元，分別選取采區最大阻力路線作為主要通路進行三區阻力與功耗分析。所得結果如圖1所示：

圖1 “三區”阻力分布圖

結果表明：從礦井通風系統進風段、用風段、回風段通風阻力分布的對比來看，各采區進風區段、回風區段相對用風區段均高。巷道斷面較小、風量集中是阻力高的主因，回風井阻力偏大的主要原因是回風量大且集中；進風段阻力偏大的主因在于井筒長度大。

另外，從各采區阻力平衡性上來看：-500水平中央采區阻力最大，其他采區均需通過大小不等的調節與其達到阻力平衡。-500水平北二采區阻力最小，需附加444 Pa的壓力方可達到與-500水平中央采區的風壓平衡。

經阻力測定后知：5條路線進風段阻力占總阻力的28%、28%、37%、42%、35%，用風段阻力所占的百分比為45 %、28 %、8 %、8 %、33 %，回風段阻力占總阻力的27 %、44 %、32 %、50 %、32 %。可以看出路線2與路線3、4回風區占比大，是由回風路線長導致；路線5通風三區占比基本合理。

從礦井百米阻力值分析，回風段百米阻力值小于進風段，用風段百米阻力值較小，其主要原因為近年來對井下巷道均進行了擴修和改換大斷面支護，且測定期間工作面臨近回采結束通風距離較短，總體上看礦井通風系統阻力分布基本合理。

2.3 礦井風量分配

根據煤礦通風測定得出結果見表3：

表3 有效風量

符合《礦井通風質量標準及檢查評定辦法》的規定，說明東歡坨礦井通風系統中風門質量和巷道密閉質量基本符合要求，但必須注意維護和加強，否則內部漏風率將會超標，導致通風系統不能滿足礦井安全生產的需要。另通過計算得：各主路線的外部漏風率均低于5%，符合《煤礦安全規程》要求。

2.4 礦井等積孔與風阻分析

式中:A為礦井等積孔，m2；Q為礦井總回風量，m3/s;h為礦井通風阻力，Pa。

礦井總風阻為:

礦井等積孔為:

從礦井等積孔、礦井風阻值來看，各條主路線均滿足A＞2 m2，R＜0.35 N·s2/m，依據《礦井通風難易程度的分級標準》評判通風難易程度為容易。

3 結論和建議

1）根據東歡坨礦礦井通風阻力測定的風量測定檢驗和阻力測定檢驗結果，可見本次測定結果是可靠可信的，是符合于實際的，完全可以作為現場實際的通風安全管理工作的理論依據。

2）礦井總風阻及等積孔為0.036 4 N·s2/m8和6.237 2 m2，依等積孔評價東歡坨礦為通風容易型礦井且礦井三區分布合理。

3）東歡坨礦井通風系統中風門質量和巷道密閉質量基本符合要求，但必須注意維護和加強，否則內部漏風率將會超標，導致通風系統不能滿足礦井安全生產的需要。

4）部分巷道較為不規整，局部巷道斷面較小，通風阻力較大，應在巷道壁面較為不規整，局部巷道斷面較小的巷道段適當的擴刷斷面從而降低局部阻力。同時，應加強通風管理和日常監測工作并隨季節變化及時加強通風系統的動態管理以及通風設施的管理。