某煤矿通风阻力测定及通风系统系统分析

毛金峰

由于资源整合导致矿井通风系统复杂，因此需要重新进行通风阻力测定。通过通风阻力测定确定巷道的基本通风参数，进行通风系统分析，从而进行调整达到安全生产的要求。

一、测定方法

本次测定采用气压计基点测定法。此方法是将一台气压计放在井上或井下固定基点处，每隔一定时间测取气压读数并记录测定时间以确定地面大气压力的变化，进而对井下测定的气压数据进行校正；另一台气压计沿事先选好的路线逐点测定气压值并记录测定时间。采用基点法测定时两测点间的通风阻力计算公式为：

Pa

式中：K1，K2—两台测定气压计的校正系数；

Pc1，Pc2—基点校正气压计在测定气压计读数

PR1、PR2测值时的读数，Pa；

PR1，PR2—测量气压计在上风测点和下风测点的读数，mmH2O；

ρ1，ρ2—测段前、后测点的空气密度，Kg/m3；

V1，V2—测段前、后测点的风速，m/s；

g—重力加速度，m/s2；

Z1，Z2—测段前、后测点的标高，m。

基点法测定时，两台气压计独立作业互不干扰，测定速度快。

二、测定路线

一般一个测组每班测20个测点为宜。要合理选择测量路线，一是测定的行程要尽量短，二是要使标高差较大的测段两端测点的测定时间尽量接近，以免地面气压随时间变化产生较大的误差。根据上述原则和本矿的具体情况，经过分析确定如下主要测定路线：

西盘区通风系统：西盘区副井——井底车场——102进风大巷——102回风大巷——411进风大巷——411回风大巷——回风副井——风硐；

中一盘区通风系统：进风斜井——1120皮带和轨道巷——回风大巷——回风井；

中二盘区通风系统：进风斜井——101进风大巷——112南大巷——401进风大巷——416进风巷——工作面——416回风巷——401回风大巷——风井——风硐；

北盘区通风系统：进风斜井——311进风大巷——工作面——311回风大巷——201进风大巷——工作面——201回风大巷——风井——风硐；

东盘区通风系统：进风斜井——212进风大巷——212南大巷——工作面——东盘区进风大巷——工作面——东盘区回风大巷——212回风大巷——风井——风硐。

三、测定结果

根据煤矿通风阻力测量数据以及计算机处理结果，可计算出各风井通风系统的矿井总风阻及等积孔分别为：

1）东盘区通风系统：0.6254 N.s2/m8和1.505 m2；

2）中一盘区通风系统：1.333 N.s2/m8和1.03 m2；

3）中二盘区通风系统：0.7067 N.s2/m8和1.42 m2；

4）北盘区通风系统：0.683 N.s2/m8和1.44 m2；

5）西盘区通风系统：0.5888 N.s2/m8和1.551 m２。

均属于通风中等的矿井。

计算各风井通风系统的总阻力分别为：

1）东盘区通风系统：1197.08 Pa ；

2）中一盘区通风系统：2275.65 Pa ；

3）中二盘区通风系统：1795.18 Pa ；

4）北盘区通风系统：2036.28 Pa ；

5）西盘区通风系统：1840.83 Pa。

各风井通风系统的通风风量分别为：

1）东盘区通风系统：2625 m3/min；

2）中一盘区通风系统：2479 m3/min；

3）中二盘区通风系统：3024 m3/min；

4）北盘区通风系统：3276 m3/min；

5）西盘区通风系统：3355 m3/min。表1 煤矿各通风系统进风段、用风段和回风段通风阻力的对比结果

通风系统 通风路线 巷道长度（m） 通风阻力（Pa） 所占比例（%）

东盘区通风系统 进风段 1140 487.66 40.74

用风段 1070 197.63 16.51

回风段 1620 511.79 42.75

中一盘区通风系统 进风段 980 902.18 39.65

用风段 250 90 3.95

回风段 1134 1283.47 56.40

中二盘区通风系统 进风段 740 376.09 20.95

用风段 1720 242.14 13.49

回风段 1820 1176.95 65.56

北盘区通风系统 进风段 580 184.04 9.04

用风段 690 95.04 4.67

回风段 850 1757.2 86.29

西盘区通风系统 进风段 710 147.22 8.00

用风段 780 56.70 3.96

回风段 880 1620.70 88.04

从表1中可见，除了东盘区通风系统的通风阻力的分布比例比较合理外，中一盘区通风系统、中二盘区、北盘区和西盘区通风系统的回风段通风阻力比例均超过50 %外，特别北盘区和西盘区通风系统的回风段通风阻力比例高达85 %以上，因此，可以得出结论：煤矿对于北盘区和西盘区通风系统需要进行改造。

四、应用计算机进行通风网络模拟解算

矿井通风能力是指在一定通风压力下所能通过的风量值。矿井通风系统一经确定，其通风能力主要取决于主要通风机的工作风压和网络的总风阻。进行矿井通风网络解算，一方面可以检测一下矿井主要通风机和井下通风网络是否匹配，另一方面可以对全矿井的通风状况进行模拟，分析各巷道、掘进工作面、采煤工作面的风量、风速等是否满足煤矿安全规程的要求。

在通风系统阻力测定报告的基础上，求得通风网络中各巷道分支的风阻值，将巷道始、末节点，风阻值，断面积等参数编制上机文件，同时以各风井风机作为固定风量分支，代入到计算机通风网络解算程序中，解算结果见附录。主要通风机工况点见表2。

表2主要通风机计算工况点

风机名称 风量（m3/s） 扇风机静压（Pa）

中二盘区风机 50.4 1878.764

中一盘区风机 42.32 2437.085

东盘区风机 43.75 1342.569

北盘区风机 54.6 2398.401

西盘区风机 55.917 1835.129

煤矿在中二盘区，西、东、北盘区安设BK54-6-№18型轴流式通风机，在中一盘区安设BK54-6-№17型轴流式通风机,参考上述主通风机特性曲线，联合计算工况点参数，可以确定出各个主通风机的工作效率，见下表3：

表3 主要通风机工作效率

风机名称 工作效率（％）

中二盘区风机 76

中一盘区风机 79

东盘区风机 65

北盘区风机 73

西盘区风机 72

依据下面的公式，可以计算出匹配电机的功率:

式中：N―电机功率，Kw；

Q―通风机工作风量，m3/s；

H―通风机工作风压，Pa；

η―通风机工作效率，％；

ηt―传动效率，直联传动取1，皮带传动取0.9～0.95，连轴传动时取0.98；

K―电机容量备用系数，取1.1～1.2。

据此我们可以根据相关参数计算电机功率，因为电机为直联传动，取ηt为1，K为1.15计算得到表4：

表4 主要通风机电机功率

风机名称 电机功率（Kw）

中二盘区风机 143.28

中一盘区风机 150.13

东盘区风机 103.92

北盘区风机 206.30

西盘区风机 163.95

五、现有的通风系统存在的主要问题

通过对现有通风系统的通风阻力和采掘作业点的通风参数与空气质量的测定,结果表明,矿井通风系统主要存在以下几个方面的问题:

（1）通风网络过于复杂，风井相互影响

煤矿是一个老矿,多阶段同时开采,通风系统复杂,通风设施繁多,在井田范围内布置了5对风井,由于相连巷道和各风机能力之间的关系，造成各风井之间相互影响较大,致使井下通风系统管网阻力高；部分风井配备的风机有老化、效率低的现象；随着矿井开采水平的逐年延深,通风路线增长、通风阻力将进一步加大，目前，除了东盘区通风系统的通风阻力的分布比例比较合理外，中一盘区、中二盘区、北盘区和西盘区通风系统的回风段通风阻力比例均超过50 %，特别是北盘区和西盘区通风系统出现了的回风段通风阻力比例高达85 %以上严重不合理现象。各水平控制风门负压大,漏风大,难以维护,导致矿井深部水平供风的严重不足。

（2）部分采面、巷道风速有超限现象的出现且有些用风点配风不足

由测定可知，北盘区、西盘区部分工作面及部分巷道水平风速达不到《规程》规定的下限而出现了部分用风地点的风量不足，这使得采场空气中CO、NO2、CO2等有害气体不能及时稀释排出而超过“规程”规定。相反有些巷道却超过了《规程》规定的上限。

（3） 采面布置复杂，不利于调风管理

唐山沟煤矿现有采面数量达到18个，部分工作面通风线路长，正在实施改造的巷道内情况复杂，对于通风设施的设置及有效发挥作用有一定影响。

（4）存在新鲜风流未经用风段即与污风汇合，造成浪费

举例说明：新鲜风流从中一盘区主井进风后，其中一股新鲜风流经1120巷后再次分风进入112北＋巷道，然后通过112东巷道汇入污风由中二盘区回风井排出。这些新鲜风流没有进入用风地点就被汇入污风而排出，增加了通风机的工作负担。

（5）主扇效率低

部分通风机虽然处于合理的工作范围，但是通过测定发现部分主扇效率过低,造成通风的能耗浪费。

（6） 部分巷道漏风大,且有角联风路的出现

该矿多处巷道内风门等调风设施质量不过关，采空区密闭不良等现象，这些都会造成矿井通风系统内部漏风的变大，造成有效风量率降低。此外，通风网络图显示在各个盘区通风系统之间甚至内部出现了角联巷道，这些角联巷道的存在，对于风流流向的稳定性造成了极大的影响，例如由于受自然风压或其他通风设施设置的影响，极易出现风流反向的情况，大大降低了通风系统的可靠性及抗灾变能力。

（7） 回风段顶板管理不良，跨落现象严重，造成回风段阻力过大，使通风机无用能耗变大。

小结

通过对煤矿地质条件和生产系统等的调查，特别是通风系统的调查，得出如下结论：

（1）进行了矿井通风阻力测定，测定结果符合于实际是真实可靠的，完全可以作为现场实际的通风安全管理工作的理论依据。

（2）对矿井通风系统进行了计算机模拟解算，验证了实测数据的合理性，解算结果表明：矿井绝大多数巷道风速、工作面配风量及风机能力满足《煤矿安全规程》和现场生产的要求。

（3）在上述工作的基础上，分析了唐山沟煤矿现有通风系统存在的问题，这些将是下一步通风系统改造需要重点解决的问题。