圣鑫煤业通风阻力测定分析及优化

李瑞林

(山西公信安全技术有限公司，山西 太原 030012)

圣鑫煤业位于山西省晋城市泽州县巴公镇，生产规模90万 t/a，可采煤层为3#、9#和15#.矿井已形成完整的独立通风系统，通风方式为中央并列式，开拓方式为斜井开拓。主斜井、副斜井进风，回风立井回风。回风立井安装两台FBCDZ-8-№25B型通风机。该矿井目前开采3#煤层，为高瓦斯矿井，通风阻力较高，为了降低矿井通风阻力，需要对阻力进行测定并进一步优化。

1 矿井通风阻力测定

1.1 测定方法

矿井通风阻力测定选用基点气压计测定法[1].基点气压计法使用两台通风阻力测定仪，1台放于基点副斜井口记录大气压，以便校正井下大气压随时间的波动[2].测定人员携带另一台仪器从基点至井下沿测定路线依次测定各测点的气压、温度、湿度和时间；并利用钢卷尺和激光测距仪测量巷道宽高，并记录巷道断面形状和支护类型；利用皮卷尺测量两测点间的距离；利用风速表测定巷道风量。如此进行，直到终点。为了确保测定精度，测定时间选在煤矿检修时进行，此时井下生产活动较少，对通风系统的扰动较小，通风阻力变化不大。

1.2 测点及测定路线确定

正确选择通风阻力测点和测定路线对全面了解矿井阻力的分布情况，合理优化矿井阻力有着重要作用。根据阻力测定标准，结合圣鑫煤业井下生产现状和通风系统情况，选择经过主要进回风井、回采工作面等地点的矿井最大阻力路线作为主要测定路线：副斜井→井底车场→轨道大巷→3101工作面→回风大巷→回风立井→风硐，共布置15个测点，测定路线及测点布置示意图见图1.

图1 通风阻力测定路线及测点布置示意图

2 阻力测定结果及分析

2.1 阻力测定结果

通过测定巷道参数、风速、气压和温湿度等数据计算得出巷道的阻力、风阻等，见表1.

表1 通风阻力测定结果表

矿井的总回风量为85.05 m3/s，经过3101工作面测定路线的通风阻力为2 774.61 Pa.矿井总阻力偏大，特别是回风大巷通风阻力过大，在现场测定时，回风大巷中堆放的材料和杂物比较多，特别是回风大巷西。

2.2 阻力测定精度分析

由于人员操作、测定仪器和通风环境等因素的影响，测定结果会出现一定的测定误差。对测定结果进行精度分析，以确保测定结果的准确性和有效性。

测定路线的相对误差[1]：

(1)

式中：

δ—测定路线的相对误差，%，要求δ≤5；

hr′—矿井理论通风阻力，hr=hn+Hn-hv，Pa；

hn—风机房水柱计读数，Pa；

Hn—测定系统的自然风压，Pa；

hv—水柱计安装处断面的平均动压，Pa；

hr—矿井实测通风阻力，Pa。

由式(1)计算得出阻力测定误差值，见表2，测定结果的相对误差为3.14%，小于5%，符合精度要求，测定结果有效。

表2 阻力测定误差表

2.3 矿井通风阻力分布

划分圣鑫煤业进风段、用风段和回风段巷道界限，根据矿井阻力的测定数据，得到其阻力分布，见表3.

表3 通风阻力分布状况表

由表3可知，回风段的阻力值较高，占总阻力的比值过大，分布不合理。从现场勘察可知，主要因为回风大巷受井田东部上寺河逆冲断层影响，上寺河逆冲断层落差约200 m，井田内延展长度约500 m，煤质松软，巷道底鼓和侧帮变形严重，断面缩小，造成摩擦阻力较大。同时回风段巷道中的部分断面突然变小，导致风流“卡脖子”，且巷道中杂物较多，也造成了局部阻力较大。

2.4 矿井通风难易程度

矿井通风等积孔和矿井总风阻是评判矿井通风难易程度的重要指标[3]，计算公式如下：

矿井总风阻：

R=h/Q2

(2)

矿井的等积孔：

(3)

式中：

R—矿井总风阻，N·s2/m8；

A—矿井等积孔，m2；

Q—矿井总回风量，m3/s；

h—矿井通风阻力，Pa.

矿井总风阻及等积孔计算结果见表4，总风阻为0.384 N·s2/m8，处于0.355～1.420 N·s2/m8；等积孔为1.92 m2，处于1～2 m2，矿井通风难易程度为中等。

表4 矿井总风阻及等积孔计算表

3 通风系统优化措施

3.1 优化措施

通过以上数据的分析可知，圣鑫煤业为中阻力矿井，通风阻力偏大，特别是总回风巷阻力，因此需要对通风系统进行优化。结合矿井生产情况提出以下优化措施：

1)针对回风大巷受断层影响变形严重，通风断面缩小的情况，对此段巷道起底扩帮，扩大巷道断面，避免通风“卡脖子”的发生。同时在后期巷道掘进时，回风大巷尽量选择面积较大，周长较小的断面形状，降低摩擦阻力系数，如拱形断面。

2)主要进回风巷道内不要随意堆积材料，及时清理巷内杂物积水，尽量不形成通风瓶颈，减少矿井的通风阻力[4].

3)在今后的生产中应注意维护巷道的断面和支护状况，尽量使井壁面光滑平整，避免井巷断面突然变化，连接断面应逐渐变化，在转弯处要做成圆弧形，减少矿井的通风阻力[5].

3.2 优化后的通风阻力

对回风大巷进行起底扩帮增加巷道断面，清除杂物并整理好巷内材料后，再次对矿井的通风阻力进行测定，测定结果见表5.

表5 优化后的矿井通风阻力表

由表5可知，优化后的矿井通风阻力为2 204.59 Pa，降低了570.02 Pa.优化后回风段阻力占比降低，三区阻力占比更加合理。矿井等级孔为2.16 m2，总风阻为0.305 N·s2/m8，通风难易程度由中等变为容易。

4 结 论

1)通过对圣鑫煤业通风阻力进行测定分析，发现其矿井阻力偏大，三区阻力分布不合理，特别是回风段阻力偏大，需要进行优化降阻。

2)回风段阻力偏大的原因是回风大巷受井田东部上寺河逆冲断层影响，巷道底鼓和侧帮变形严重，回风大巷断面缩小，造成摩擦阻力较大。

3)对回风大巷采取起底扩帮增加巷道断面，材料杂物整理后，矿井通风阻力降低到2 204.59 Pa，三区阻力占比更加合理，矿井的通风难易程度变为容易。