矿井单风机高压引射通风技术研究

肖高立

（香花岭锡业有限责任公司，湖南 郴州 424300）

矿井单风机高压引射通风技术研究

肖高立

（香花岭锡业有限责任公司，湖南 郴州 424300）

为解决某矿井巷道用途通风的现实问题，通过对单风机引射通风技术进行深入分析、研究，并结合矿山实际对引射风机各技术参数进行设计，成功应用于某矿山井巷通风，有效地解决了该矿井井巷多用途通风技术难题，该技术可进一步推广应用到矿井通风中。

矿井；引射；通风

随着近年我国采矿工业的迅速发展，许多矿山地下开采条件越来越复杂，其矿井通风系统也越来越复杂，而与之对应的矿井通风技术也在不断发展，其中彭云对主要角联分支的通风总阻力进行分析研究指出角联分支可有效降低矿井总通风阻力［1］；李博通过MVSS网络通风分析软件对某矿井通风系统进行仿真分析，并通过仿真结果对通风改造方案提出了可靠建议［2］；司俊鸿对矿井通风网络风流参数动态监测与风量调节优化理论技术进行系统研究，为矿井自动化及安全高效开采提供了理论基础［3］；范京道构建了风量波动与漂移溯源分析的数学模型，有效指导矿井通风的隐患辨识与风阻数据维护［4］。本文通过对单风机引射通风技术进行分析、研究，并将其应用于矿井通风生产实践中。

1 单风机引射通风原理

单风机引射通风是根据流体力学原理和射流原理，结合现场实际通风条件，建立在无风墙辅扇有效压力理论之上，采用单高压风机和引射器，使得巷道断面通风量增加的技术。

1.1 无风墙辅扇有效压力理论

无风墙辅扇在井巷中工作时，风流运动的全能量方程式为：

式中：PA，PB为巷道入口、出口的大气压力／Pa；hp为由扇风机出口到巷道全断面的突然扩大能量损失／Pa；h为巷道摩擦阻力与局部阻力损失／Pa；hm为两断面间的摩擦阻力损失／Pa；Q为巷道风量／m3·s－1；Qf为扇风机风量／m3·s－1；Qm为两断面间绕过扇风机的风量／m3·s－1。

上式中PA＝PB，将上式除以Q，并加以整理后可得扇风机的有效压力ΔH：

无风墙辅扇的有效压力等于扇风机全能量中减去由扇风机出口到巷道全断面的突然扩大损失和绕过扇风机风流的能量损失后所剩余的能量。该能量用于克服巷道摩擦阻力和局部阻力，并在巷道的出口造成动压损失。由上式变换可得如下公式：

式中：Sf为扇风机出口断面积／m2；vf为扇风机出口的平均风速／m·s－1；α为比例系数。

1.2 单风机引射通风技术

在无其它通风动力情况下，无风墙扇风机在井巷中单独工作时，所造成的风量与无风墙扇风机的有效风压ΔH和井巷风阻R有关。如已知扇风机出口动压Hv、出口断面Sf、巷道断面S及巷道风阻R（包括巷道出风风阻在内），则由阻力定律可列出下列公式：

式中，K＝1.65，ρ＝1.2 kg／m3，代入上式，可得风量计算公式：

巷道风量与风阻有关，当巷道风阻增加到某一数值时，巷道风量与扇风机风量相等，此时风阻值为不产生循环风流的极限风阻，以Rk表示，巷道实际风阻大于Rk时，则产生循环风流，取Q＝Qf代入式（6）整理可得极限风阻Rk表达式如下：

根据上述理论，设计单风机引射通风方案，即利用高压风机和引射器组合放入长度过长、阻力过大的回风巷道中，开动风机，利用引射器的引射能力，提高回风巷道中的回风量，进而提高整体的回风效率及整个通风系统的效率，降低能耗。设计方案图如图1所示。

图1 单风机引射通风技术

具体型号及引射器的尺寸，根据巷道的尺寸和阻力确定，且根据矿区整体的通风需求确定。一般情况下引射器出风口面积S0为辅扇出风口面积的0.2～0.5，长度与风机长度相近。

2 单风机高压引射技术应用

2.1 现场应用背景

某矿山为整合矿山，井下开采分西部及北部，西部开拓至－150 m中段标高，主要作业中段为－70 m、－110 m、－150 m三中段；北部已开采至－110 m中段，主要作业中段为－70 m、－110 m中段，北部上部－30 m、10 m、50 m标高为整合残采分公司回采中段。该矿山北部残采分公司50 m、10 m、－30 m作业中段风区通风进、回风线路及北部－70 m、－110 m中段东沿风区通风进、回风线路均涉及到193线－30 m中段回风巷，由于－30 m中段193线的北部东沿巷道长约400 m，该巷道一方面作为北部东沿－30 m中段以下各中段矿体回采的主回风巷道；另一方面又作为北部整合残采分公司90 m中段设备、材料下放到－30 m中段的运输巷道，为了解决该巷道用途的现实问题，将射流通风理论引入矿井通风中，对其进行了风机引射技术应用设计。

2.2 风机及引射装置确定

该矿北部－30 m中段以下有两个开采用风中段，分别为－70 m中段和－110 m中段，年生产能力为8万t，即北西沿（3万t）、北东沿（5万t），其中－30 m中段回风巷道的风机担负的是北东沿－70 m、－110 m中段开采污风的排出。所以，－30 m中段回风巷道的风机所克服的井巷阻力，只需考虑－30 m中段回风巷道入口至472 m竖井地表。根据对井下通风分区进行网路解算，得出风机功率为37 kW，风机运转实际参数即工况点风量19 m3／s、风压540 Pa。风机选型为：K40－6NO.15。

根据单风机引射通风技术，可知K40－6NO.15的外圆直径为1 635 mm，则计算可得外圆面积约为2.1 m2，其于引射器出风口断面面积比为0.2～0.5，这里取0.2，计算可得引射器出风口断面半径为365 mm。风机的长度约为1.1 m，则引射器长度为1.5 m。由于井下空气较湿润，直接采用铁板容易腐蚀而造成损失，采用对引射器表面进行喷漆。

2.3 现场应用

根据单风机引射理论及现场情况，设计－30 m中段193线北东沿的单台风机高压引射方案，即在－30 m中段至2 m中段的联络巷一侧，掘进一条专用风机引射巷道，断面为2.4 m×2.6 m。为保证引射效果，专用巷道与联络巷的夹角≤8°，且在－30 m中段主回风巷道中联络巷道与专用巷道之间，构筑带检查门的风墙，隔断风流，技术设计如图2所示。

图2 单风机引射通风技术设计示意图

2.4 应用效果分析

根据现场测定：（1）风机安装巷道入口巷道风量Qf＝19.8 m3／s；（2）－30 m中段193线回风巷道入口引射风量约Qf＝2 m3／s。

－30 m中段193线回风巷道入口引射风量理论计算：

通过比较可知，提高风量为5%。现场测定，巷道出口巷道风量为21.84 m3／s。

3 结 语

通过对单风机引射通风技术进行分析、研究并将其应用于矿井通风实践中，解决了该矿井巷道用途的现实问题，并提高巷道出口风量约5%，该研究同时证明高压引射通风技术在矿井通风领域应具有广阔的应用前景，可进一步深入对该技术研究并将其应用于改善矿井作业环境和保证作业人员的健康与安全中。

［1］ 彭云，赵伏军.利用主要角联分支降低通风阻力［J］.矿业工程研究，2015，（3）：37－39.

［2］ 李博，马云东，崔铁军.矿井通风仿真及其改扩建通风方案研究［J］.大连交通大学学报，2015，（4）：69－73.

［3］ 司俊鸿.矿井通风系统风流参数动态监测及风量调节优化［D］.徐州：中国矿业大学，2012.

［4］ 范京道.矿井风量波动与漂移的溯源分析研究［D］.西安：西安科技大学，2013.

［5］ 罗占夫.特长隧道射流通风与多作业面条件下通风技术［D］.上海：同济大学，2007.

［6］ 李永生.射流通风技术在圆梁山隧道施工中的应用与发展［J］.现代隧道技术，2004，（3）：48－51.

［7］ 吴国珉，鲍侠杰，刘金明，等.井下无风墙辅扇动压通风的分析及其应用［J］.矿业研究与开发，2008，（2）：63－64，85.

［8］ 吴国珉.典型有色金属矿山矿井通风系统优化与防尘技术研究［D］.长沙：中南大学，2008.

The Research of Single Fan High Pressure Ejecting Ventilation in a Certain Mine

XIAO Gao-li

（Xianghualing Tin Co.，Ltd.，Chenzhou 424300，China）

In order to solve the mine multipurpose roadway ventilation technical problems，this article through the analysis and research of single fan ejecting ventilation and making the technical parameters of the design according to this mine，successfully applied the technical to solve the mine multipurpose roadway ventilation technical problems effectively finally.Also it pointed out that this technology should have broad application in the field.

mine；ejecting；ventilation

TD724＋.3

A

1003－5540（2015）05－0004－02

2015－05－26

肖高立（1965－），男，工程师，主要从事采矿技术管理工作。