矿井通风阻力分布测定与分析

刘青山

（山西省霍州煤电集团有限公司紫晟煤业，山西霍州031400）

煤矿通风是保证矿井作业安全的一种最主要技术方法。井下通风系统阻力是指由巷道、井筒及其构筑物组合而成对通风系统产生总的通风阻力，是重要的矿井通风能力评价标准，矿井的阻力状况测定是管理煤矿通风体系的主要技术内容。所以，为进一步加强煤矿通风管理，对其通风体系进行阻力及风量的测定，以便对整个矿通风系统的阻力及风量分布加以了解及掌握。

1 阻力通风的测定

1.1 测定的方法

矿井风阻测定的方法有两种：气压计方法与压差计方法。

（1）压差计方法测定原理为在巷道量①、②测点分别安装皮托管各一根，安装的皮托管要放在巷道的中心位置，为了达到消除风的速压，必须将皮托管尖部对着风流方向，风向与管轴平行，压差计安装于②号测试点，另外，使用风速表分别测出①和②两点风速值，使用气压计与湿度计测出空气的密度。这时，压差表显示的数值为两测点间势能差与静压差[1]。

（2）气压计方法的测定原理是使用精密的气压计，将①和②量测点同时进行测量，测出的结果是两点间静压绝对差，然后依据为压差与动压差将风阻计算出来。使用精密的气压计进行测定，首先要在地面安装一台气压计，在井下安装另一台气压计测定，根据井上井下大气压进行数据校正。

精密的气压计方法测定可测量构物两边压差。压差计方法测定需要铺设皮管，费时而且工作量大。气压计方法测定不需要安装静压管与胶管，省时省力操作简单。所以，本文使用精密的气压计方法进行风阻测定。

1.2 测定的线路

依据风阻测定的目的与要求，选择反映紫晟煤业公司煤矿系统通风最具特点的最长矿井通风线路，作为测定的线路，另外通风线路，可作为辅助的测定线路。

选择测定线路的原则为：

（1）测定线路必须包括矿井中最大通风阻力线路和各种类型的巷道，它应具有能够反映系统通风特点以及具有通风大、线路长的特点[2]。

（2）在选择测定地点时，要明确测点标高位置，两测试点距离不能太近，如果太近将会增加两点阻力测定的准确性。

依据以上原则，根据山西紫晟煤业公司进回风井系统通风结构图以及系统通风优化要求和矿井布置巷道的条件，先在矿井系统通风图中确定需要测定的线路与地段，随后进行矿井考察，依据实际的要求，在矿井中布置了57个检测点，具体如下：

（1）主测线路：紫晟煤业公司主、副斜井→辅助运输大巷、胶带运输大巷→行人通路、煤仓进风通路→采区胶带上山→2-101 工作面→采区回风巷→总回风巷→回风立井。

（2）最大的阻力线路1：紫晟煤业公司主、副斜井口→胶带运输大巷、轨道运输大巷→行人通路、煤仓上口进风通路→2-101 进风巷→2-101 工作面→2-101回风巷→采区回风巷→总回风巷→→紫晟煤业公司回风井段。

（3）最大的阻力线路2：紫晟煤业公司主、副斜井井→胶带运输大巷→轨道运输大→采区胶带上山、采区轨道上山→采区末端系统→采区回风巷→总回风巷→紫晟煤业公司回风立井。

1.3 测量仪器

测量仪器工具有皮尺、秒表、湿度计、温度计、风扇、低速风速表、中速机械翼风速表、JYF-1 数字精密气压检测计等[4]。

2 主要的测量参数

主要参数是自然的风压、通风的阻力、通风的风量、通风的风速、巷道的参数、空气的密度等。

（1）大气参数。空气的密度是指单位空气体积的质量，它是通过道尔顿定律与气体方程进行计算，进而获得空气密度[5]。

（2）矿井巷道参数。应用皮尺进行测量巷道各点参数，或者根据断面仪测量出巷道周长与面积，按照巷道形状如三心拱、梯形等，使用公式将巷道的周长与巷道的断面计算出来。

（3）风量与风速的计算。根据测量线路对各个测量点进行3次风速值的测量，然后将3次获得的测量值平均，此时得出的数值就是该点平均的风速[6]。

（4）通风的阻力。巷道通风阻力是依据风量、巷道的参数、空气的密度、风速进行计算风阻。

3 测量结果和分析

通过对紫晟煤业公司矿井系统通风阻力与风量的测量以及进行数据处理，得到矿井风量数据（表1）。

表1 紫晟煤矿各风井的风量与汇总表

3.1 系统通风量的分析

有效的通风量能够反映出矿井实际通风的效果，所以要准确测量出变电所、配电室、独立通风的巷道、掘进风量、工作面风量等风量数据，见表2。通过表2可知，矿井有效的风量总共为86.5m3/s，矿井总的风量是94.78m3/s，其有效的风量占矿井总风量91.26%[7]。

表2 有效通风量的统计表

3.2 系统通风阻力的分析

根据测定结果，紫晟煤业公司进风立井到紫晟煤业公司回风立井最大阻力路线：紫晟煤业公司进风副斜井→紫晟煤业公司进风轨道运输大巷→煤仓进风巷→一采区胶带上山（上仓巷）→一采区胶带上山→一采区一联巷→一采区回风上山→总回绕巷→总回风巷（下山段）→总回风巷（上山段）→紫晟煤业公司回风立井，如图1所示。

阻力最大的线路上所有巷道组成阻力如图2所示。

柴晟煤矿进风风段、回风风段、用风风段等所有阻力分别占总阻力情况，详情见表3及图3。

图1 回风井阻力最大路线图示

图2 阻力最大的线路上所有巷道组成阻力

另外，为更加细致的了解、分析矿井分布阻力情况，把矿井的阻力分成回风风段、用风风段、进风风段等四部分，各风段测量见表4。通过测量可知，回风风段的阻力是506.1Pa，用风风段阻力是51.7Pa，进风风段阻力是289.9Pa，其测量比例结果都符合范围。因此，当前本矿通风分布的阻力合理，不存在高阻力[8]。

3.3 分析误差

因为测量技术水平、测量仪器的精度以及其它方面因素影响，在测量的过程中会出现不同误差。这一误差只要控制在规定范围之内，其测量的结果应定义可靠，所以，必须对测量结果加以效验检查，确定矿井系统通风阻力测量误差在规定范围之内。根据测量计算，紫晟煤业公司矿井回风井系统通风测量误差见表5，通过表5可知，矿井自然的风压为19Pa、风机静压为860Pa、通风的阻力为847.7Pa，测定系统误差3.56%，规定误差范围δ≤5%，因此，本次测定符合规定要求。

4 结束语

（1）紫晟煤业公司矿井的系统通风是独立的系统，该矿井立井回风在实际工作时的风量是217m3/s，其阻力为1538Pa，回风段、用风段、进风段阻力对比分配是34.2%、6.1%、59.7%，所以，回风段比例过高，回风段比例过高的原因最大阻力路线未经过工作面，且主要通风机服务区域掘进工作面过多。应对生产布局进行调整，减少回风段的通风阻力，使矿井通风系统处于一个良好的状态，对于保证矿井安全生产，提高矿井产量提供良好的通风条件。

表3 回风井阻力最大的巷道路线阻力表

图3 紫晟煤矿回风井的井风、用风、回风各段的阻力与总阻力占比

（2）紫晟煤业公司煤矿矿井有效通风量是86.5m3/s，其中矿井总的通风量是94.78m3/s，有效通风量占总通风量的91.26%左右。有效通风量包括变电所、配电室、供风独立巷道、掘进工作用风、工作面用风等所有风量，矿井可加强管理通风设备，减少、杜绝漏风以及采取相关措施，从而提高煤矿矿井通风效率。

表4 紫晟煤矿公司各区用风占比（%）

表5 紫晟煤业公司系统通风测定的误差表