李村矿通风阻力测定分析

薛 松 和卫红 李英绮

（1.山西潞安矿业集团慈林山煤业有限公司李村煤矿，山西 长治 046000；2.辽宁工程技术大学系统工程研究所，辽宁 葫芦岛 125105）

矿井通风系统是矿井生产系统中不可或缺的环节，整体通风网络需要为井下作业人员持续提供充足的新鲜空气，打造一个良好的工作环境[1]。在矿井通风系统中，通风阻力是最为常见的问题，作为测量矿井通风的主要指标之一，其阻力值的大小很大程度上直接影响煤矿的生产安全[2]。因此，对矿井通风阻力的测定至关重要，也是调查研究矿井通风系统、优化通风系统、强化矿井通风安全管理的主要手段[3]。

李村煤矿位于山西省长子县境内，成立于2005年，隶属于潞安集团，设计产量为300 万t/a[4]。李村矿井井田开拓主要为立井开拓，矿井现有5 个井筒，3 进2 回，分别为主井、副井、中央风井、尧神沟进风井、尧神沟回风井。井下实行分区通风，采用3 进2 回通风系统，采掘工作面均实现独立通风。矿井通风方式为分区式通风，矿井通风方法为机械抽出式。主井、副井和尧神沟进风井为进风井，中央风井和尧神沟回风井为回风井。中央风井担负一采区和西翼采区回风任务，尧神沟回风井担负二采区回风任务。

1 测定方案

1.1 测定布置原则

在矿井通风阻力测定的过程中，有很多干扰因素会影响测定值的精确性[5]。因此，测点的选择应充分反映矿井巷道的实际情况，应尽可能地选择在巷道支护完好、断面规整、前后无杂物、风流稳定的断面内，且应在风流的分岔点及局部阻力大的地点前后布置测点[6]。

1.2 测定路线

为了保证矿井通风阻力测定值的准确性，测定路线的选取一定要严谨且精确。根据风阻测定路线的相关原则，所选路线需要满足通风线路长、风量大、能够准确反映通风状况此三点要求[7]。根据以上原则，并结合李村矿的实际情况以及通风系统的特点，即由主井、副井、中央风井、尧神沟进风井、尧神沟回风井共同通风，本次矿井通风阻力测定路线选择涵盖矿井的2 条最大阻力路线。最大阻力路线具体如下：

路线1：副井—南翼轨道石门—南翼轨道大巷—一采区辅运联巷—一采区辅运巷—一采区辅运下山—1305 进风联巷—1305 进风巷—1305 工作面—1305 回风巷—一采区回风下山—一采区回风巷—南翼2#回风巷—中央风井。

路线2：尧神沟进风井—二采区辅运联巷—二采区辅运巷—2303 进风巷—2303 工作面—2303 回风巷—二采区回风措施巷—二采区2#回风巷—尧神沟回风井。

2 测定参数

在处理矿井通风阻力测定数据的过程中，使用的公式较为繁多。根据上文所选择的测定方法，并结合文献[8]中的理论基础，本次通风阻力的测量参数为气压（Pa）、空气密度（kg/m³）、空气相对湿度（%）、空气温度（℃）、测定平均风速（m/s）、测段长度（m）等数据。最后结合风速、饱和水蒸气、空气密度、标高、压差等计算矿井静压差、位压差、速压差，三者相加得出通风阻力数值[9]。各参数计算公式如下：

（1）空气密度

其中：ρ为空气密度，kg/m3；P0为测点的大气压力，Pa；φ为空气相对湿度，%；Ps为测点温度为t ℃时，空气的绝对饱和水蒸气压力，Pa；t为空气温度，℃。

（2）静压差

其中：Δhs为两测点间的静压差，Pa；PA、PB为两测点上两台仪器的同时读数值，Pa；ΔP为两台仪器的基准及变档差值校正，Pa。

（3）位压差

其中：Δhz为两测点间的位压差，Pa；ZA、ZB为两测点的标高，m；ρA、ρB为两测点的空气密度，kg/m³。

（4）速压差

其中：Δhv为两测点间的速压差，Pa；ρA、ρB为两测点的空气密度，kg/m³；VA、VB为两测点断面上的平均风速，m/s。

（5）通风阻力

其中：hAB为两测点间的通风阻力，Pa；Δhs为两测点间的静压差，Pa；Δhz为两测点间的位压差，Pa；Δhv为两测点间的速压差，Pa。

（6）巷道风阻

其中：R为两测点间的风阻，N·s2/m8；h为矿井通风阻力，Pa；q为两测点间风量的算术平均值，m3/s。

（7）巷道百米标准风阻

其中：R100为巷道百米标准风阻，N·s2/m8；R为两测点间的风阻，N·s2/m8；L为两测点间的距离，m。

3 通风分析

3.1 精度分析

通风阻力测定结果需进行精度分析。井下采集数据处理后，由矿井通风阻力、风机装置静压、自然风压、风硐动压解算出系统测定误差，误差结果应符合均小于5%的测定要求。测定误差结果见表1。

据表1 可得，2 条主测路线的系统测定误差分别为路线1：1.21%、路线2：2.28%，系统测定误差全部小于5%的误差范围，说明本次通风阻力测定结果精度高，符合测定要求。

表1 系统测定误差表

3.2 三区分布

矿井进风区、用风区、回风区[10]（三区）阻力分布的百分比情况直观反映矿井通风系统管理的优劣，衡量一个矿井通风系统设计的合理与否。新建矿井的三段比例一般为进风区25%、用风区45%、回风区30%。随着矿井使用年限增加，因矿井开拓、巷道变形、杂物管理不当等原因，导致三区分布不标准，总体来说，回风阻力不超过总阻力的50%为基本合理。三区分布结果如图1。

图1 三区分布图

从上图中可以看出：2 条路线进风区阻力占总阻力的35.78%、25.88%，用风区的阻力所占的百分比为37.24%、39.86%，回风区的阻力占总阻力的26.98%、34.26%。李村煤矿部分巷道较不规整，局部巷道断面较小，通风阻力较大，应在巷道壁面较不规整、局部巷道断面较小的巷道段适当地扩刷断面从而降低局部阻力。总体上看矿井通风系统阻力分布基本合理。

3.3 矿井有效风量率

安全生产要求矿井通风保证井下人员、机器设施的用风需求，保证回采工作面、掘进工作面、硐室及其他用风地点的风量需求。矿井有效风量率[5]是风流通过井下用风地点实际风量总和占矿井总进风量的比例，要求高于85%。李村矿井有效风量率见表2。

表2 矿井有效风量率表

从表2 可以得出：李村矿井2 条主路线的矿井内部有效风量率均高于85%，矿井总进风量满足用风需求，可以保证煤矿安全生产的正常运行。矿井风量分配见表3。

表3 矿井风量分配

3.4 矿井等积孔与风阻

矿井等积孔、风阻计算公式：

其中：A为矿井等积孔，m2；Q为矿井总回风量，m3/s；h为矿井通风阻力，Pa。

李村矿井等积孔、风阻结果见表4。路线1 和路线2 的等积孔分别为10.94、10.15，风阻分别为0.012、0.014。

表4 矿井等积孔及风阻表

依据《矿井通风难易程度的分级标准》可知，李村矿井2 条主测路线矿井等积孔均大于2 m2，风阻均小于0.35 N·s2/m8，李村矿井为容易通风矿井。

4 结论和建议

（1）经计算，李村矿2 条主测路线的系统测定误差均小于5%，说明本次通风阻力测定结果准确且符合要求。

（2）整体来看，李村矿井通风系统阻力分布基本合理，矿井内部有效风量率均高于85%且总进风量满足用风需求，通风系统良好，可保证煤矿正常安全生产。

（3）从矿井等积孔和风阻值看，主测路线等积孔均大于2 m2，风阻值均小于0.35 N·s2/m8，为容易通风矿井。

（4）针对由于局部巷道断面较小造成通风阻力较大的问题，应适当扩刷巷道断面，加强对通风系统的动态管理和日常监测，确保通风系统稳定运转。