煤矿井下通风通风阻力测定分析

崔李伟

（山西兰花集团莒山煤矿有限公司，山西 晋城048002）

0 引 言

莒山煤矿位于山西省晋城市东北部约18 km处，生产能力达900 kt/a，开采深度为+820～+580 m标高，目前矿井主要开采3、9、15#煤层。矿井采用斜井开拓，中央分列式通风，通风方法为机械抽出式，主副斜井进风，回风井回风。

矿井通风是保证矿井安全开采的重要技术手段，与人员生命安全息息相关。由于煤矿开采周期长，巷道因矿山压力作用而变形破坏，容易造成通风阻力增大等情况，实际条件与设计条件相差较大，造成供风不足；严重时，坏点增多、安全隐患加大，给安全生产及人员安全带来威胁。通风系统阻力是衡量井下通风能力的主要指标，是通风管理的重要内容。为了更好地了解莒山煤矿井下通风现状，为通风管理提供数据支撑，通风阻力测定十分必要。

1 测定方案

1.1 理论基础

井下通风风流的运动过程可符合稳定流动状态条件下的伯努利方程：

式中：hr12为两点间的风阻，单位Pa；p1，p2为两测点位置风流单位体积平均压能，单位Pa；0.5ρv12、0.5ρv22为两点位风流单位体积平均动能，单位Pa；ρgz1，ρgz2为1、2 测点处单位体积风流的平均位能，单位Pa；v1，v2为1、2 两点间平均风速，单位m/s；z1，z2为两点位到基准面的高度，单位m；ρ为测点处空气密度，单位kg /m3；g为重力加速度，单位m/s。

1.2 测定方法

测定通风系统阻力常用压差计法和气压计法等2 种方法。根据压差计法的测量要求，要在1、2测点处分别放置测压胶管，管轴风流平行，在2 测点设置压差计；使用风表测定1、2 两处风速，同步测定干、湿球温度及风流绝对静压，由此得出两点位空气密度；压差计读数得出1、2 两点位之间的静压差和势能差，代入基本参数计算得出两点位间通风阻力。精密气压计测定的基点法，需要使用2 台精密气压计，1 台设置在地面作为基准，另1 台在井下移动测试，先测定指定区间两端风流静压，再通过代入对应参数，计算出该区间通风阻力。两测定方法的优缺点对比如下：

表1 通风阻力测定方法优缺点对比

经过对比，结合莒山煤矿井下巷道分布广、系统复杂的实际，最终确定选择精密气压计基点法。

1.3 仪器参数

根据精密气压计基点法计算风阻参数需求，涉及气压、巷道断面尺寸、干湿温度、风速、标高、时间等参数，需配备相应仪器汇总见表2。

表2 通风阻力测定所需仪器汇总表

1.4 测定路线

根据通风阻力测定要求，为尽可能的反映矿井通风特征，通风路线选择应该满足线路长、风量大、阻力因素多等特征。结合矿井实际，经实地考察，测定路线为：副斜井-轨道大巷-ZF302 下伏运输大巷-工作面巷道-ZF302 工作面-六采区回风大巷-六采区东翼回风巷-回风石门-回风斜井。

选定测点，应考虑流速稳定、距风流分叉及汇合处远、附近有明确的标高等特点，两点间的距离适中，不宜过近，以便降低测量难度。据此，结合莒山煤矿通风系统网络图，根据测量实际需求，共设置26 个测点。

2 测定结果与分析

2.1 风量结果

参照国家安全生产监督管理总局发布的《矿井通风阻力测定方法》（MT/T440-2008）为计算依据，通过对莒山煤矿通风系统实际测量，经计算得出风量和阻力相关数据，风量数据如表3 所示。

表3 各风井风量汇总表

2.2 阻力分析

计算得出测定路线阻力分布情况如表4。

由表4 可知：进风段阻力534.8Pa，用风段阻力810.3Pa，回风段阻力1 357.6Pa，进风、用风、回风3类所占比例基本符合规程要求，未出现明显的高阻力区段，因此，莒山煤矿通风阻力分布较为合理。

表4 测定路线通风阻力累加表

为了从宏观上进一步了解整个矿井的风阻分布，依据测风路线各段功能，划分为进风段、用风段、回风段，相应区间阻力情况如表5 所示。

表5 通风阻力分布表

2.3 误差分析

因仪表精确度、人工熟练程度等因素，测定结果可能存在误差，为进一步确认检测数据的准确度，要通过计算校验测定数据的误差程度，具体方法如公式（1）：

式中：δ为相对误差，单位%，小于5%为准确；Hs为风阻实测值，单位Pa；Hr为风阻理论值，单位Pa。

误差校验见表6。

表6 通风阻力测定结果误差表

由表6 可知，误差校验结果3.6%＜5%，此次测定数据准确度符合有关规程要求，可以使用。

3 结 语

经过测定，基本掌握莒山煤矿当前通风系统现状，为科学管理矿井通风提供了数据支持，主要有以下结论：

1）进风段阻力534.8Pa，用风段阻力810.3Pa，回风段阻力1 357.6Pa，进风、用风、回风3 类所占比例基本符合规程要求，未出现明显的高阻力区段，莒山煤矿通风阻力分布较为合理。

2）回风段长度占比31.8%，但风阻占比却高达50.2%，相对阻力较大，主要是因为该煤层资源即将枯竭，局部巷道变形严重，可考虑掘进回风斜巷来解决。

3）经数据校验，系统测定误差符合要求，此次通风阻力测定数据可靠，满足应用要求。