开滦集团东欢坨矿通风阻力测定与分析

陈章良，张 坤，邵良杉

（1.山东工商学院管理科学与工程研究学院，山东 烟台 264005；2.辽宁工程技术大学工商管理学院，辽宁 葫芦岛 125105；3.辽宁工程技术大学系统工程研究所，辽宁 葫芦岛 125105）

0 引言

东欢坨矿业分公司隶属于开滦（集团）有限责任公司，矿井位于河北省唐山市路北区的韩城与新军屯两镇之间，井田位于车轴山向斜两翼，东南翼地层平缓，倾角12°～25°，平均20°；西北翼地层急陡，倾角在65°～85°之间，平均70°。在向斜内部断裂构造较发育，断层走向多与向斜轴方向一致，现各生产区域均处于向斜东南翼。矿井现有可采和局部可采煤层共9层，可采煤层总厚度为19.7 m，矿井主采5、7、8、9、11、12-1、12-2共7个煤层，含煤地层为石炭二叠系，煤种以气煤为主，高热值、低硫份属优质动力煤，地质储量636.321 Mt,工业储量436.429 Mt，可采储量416.595 Mt。

矿井采用抽出式通风，通风方式为中央分列式。有2个进风井，1个回风井，生产水平为-500、-600水平，回风水平为-230水平，巷道通风最长通风距离为14 946.35 m，相对最困难通风区域为中央下段采区，采面用U型通风方式，掘进工作面采用局部通风机压入式通风方式。风井安装有2台型号为FBCDZ-NO.36轴流式通风机，配套电机型号YBF800-10，电机功率为800 kW，1台工作，1台备用，担负着全矿井的通风任务，目前电机输入功率580.37 kW，总效率为78.16%，风机叶片安装角度为+3°。2018年度矿井瓦斯绝对涌出量为9.18 m3/min,相对瓦斯涌出量为0.74 m3/t，绝对二氧化碳涌出量为11.31 m3/min，相对二氧化碳涌出量为0.91 m3/t，瓦斯鉴定等级为低瓦斯矿井。

在矿井的日常运行中，其通风阻力是不断变化的，一方面是由于矿井通风网络发生变化，另一方面是由于巷道的局部通风阻力发生变化[2，3]。矿井通风阻力增加后，不仅会影响矿井通风的安全性，还会增加矿井通风机的电能消耗[4]，为此，需要每隔一段时间来进行矿井通风阻力的测定。因此对东欢坨矿进行通风阻力测定，并提出针对性建议，以期能够更好的促进生产。

1 测定方案

1.1 风阻测定依据及目标

《煤矿安全规程》规定:“新井投产前必须进行1次通风阻力测定，以后每3年至少测定1次，矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风系统阻力测定。”本文依据MT/T440-2008《矿井通风系统阻力测定方法》及AQ1028-2006《煤矿井工开采通风技术条件》对东欢坨矿井进行通风阻力测定，以此来了解矿井通风系统的阻力分布情况，为生产矿井通风系统优化和合理配风、矿井井下灾害防治和风流调节、矿井通风能力核定提供基础资料和参数，同时，为保证矿井的正常生产提供依据。

1.2 测定方法

根据东欢坨矿井现状，结合本次阻力测定目标，决定采用气压计基点测定法。气压计基点测定法的原理是：用气压计测算出井巷前后两测点风流的静压差，同时，用风表和干湿球温度计等仪器测算各测点处速压差和位压差等有关参数，再利用井巷风流通风阻力定律计算出该测段的通风压力。该方法与传统的压差计法比较，所使用的仪器体积小、重量轻，具有操作简便、测定速度快的显著优点，且适应于全矿性阻力测定。

1.3 测定路线

在测定路线的选择上依据以下几条原则：①并联风路中选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路；②选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的路线；③选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的路线。在通风系统图上选择测定的主要路线和次要路线，为保证测量工作的高效性要考虑在一个工作班内将所规划路线测完，在路线过长时，可分段、分组测定。综合考虑矿上的具体情况，经过分析确定5条测定路线。

表1 测定路线

2 测定结果与分析

2.1 通风阻力精度分析

当通风系统主干路线通风阻力测定完毕后，在通风机房读取通风机风压和速压，利用通风机风压、速压、自然风压和从矿井进风口至通风机入风口之间的主干测定路线通风阻力的相互关系进行检验。

式中:δ为阻力测定误差，%;h为测定的矿井通风总阻力，Pa;hfs为通风机装置静压，Pa;hs为通风机风硐测压点静压，Pa;hv为通风机风硐测压点动压，Pa;hn为矿井自然风压，Pa。

表2 主要路线精度检验及通风阻力误差

此次测试误差ε均低于允许理论误差5 %，符合行业标准要求，故测试结果真实可靠。误差产生的原因主要是在测定过程中风门开启导致风流短路、个别测点风流不稳、受自然风压影响以及标高值和测试仪器设备的误差。

2.2 通风系统现状评价

矿井三区（进风段、用风段、回风段）通风阻力的百分比情况是衡量通风设计、通风管理优劣的主要标志，一般新建矿井合理的三段比例为进风段25 %、用风段45 %、回风段30 %，而服务年限较长的矿井由于矿井开拓范围较大，回风巷道变形、风量较为集中等原因，一般会导致回风段阻力偏大，此时回风段阻力不超过总阻力的50%为基本合理。

根据矿井通风阻力测定数据以及计算机处理结果，以矿井不同水平、不同采区为分析单元，分别选取采区最大阻力路线作为主要通路进行三区阻力与功耗分析。所得结果如图1所示：

图1 “三区”阻力分布图

结果表明：从矿井通风系统进风段、用风段、回风段通风阻力分布的对比来看，各采区进风区段、回风区段相对用风区段均高。巷道断面较小、风量集中是阻力高的主因，回风井阻力偏大的主要原因是回风量大且集中；进风段阻力偏大的主因在于井筒长度大。

另外，从各采区阻力平衡性上来看：-500水平中央采区阻力最大，其他采区均需通过大小不等的调节与其达到阻力平衡。-500水平北二采区阻力最小，需附加444 Pa的压力方可达到与-500水平中央采区的风压平衡。

经阻力测定后知：5条路线进风段阻力占总阻力的28%、28%、37%、42%、35%，用风段阻力所占的百分比为45 %、28 %、8 %、8 %、33 %，回风段阻力占总阻力的27 %、44 %、32 %、50 %、32 %。可以看出路线2与路线3、4回风区占比大，是由回风路线长导致；路线5通风三区占比基本合理。

从矿井百米阻力值分析，回风段百米阻力值小于进风段，用风段百米阻力值较小，其主要原因为近年来对井下巷道均进行了扩修和改换大断面支护，且测定期间工作面临近回采结束通风距离较短，总体上看矿井通风系统阻力分布基本合理。

2.3 矿井风量分配

根据煤矿通风测定得出结果见表3：

表3 有效风量

符合《矿井通风质量标准及检查评定办法》的规定，说明东欢坨矿井通风系统中风门质量和巷道密闭质量基本符合要求，但必须注意维护和加强，否则内部漏风率将会超标，导致通风系统不能满足矿井安全生产的需要。另通过计算得：各主路线的外部漏风率均低于5%，符合《煤矿安全规程》要求。

2.4 矿井等积孔与风阻分析

式中: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。

矿井总风阻为:

矿井等积孔为:

从矿井等积孔、矿井风阻值来看，各条主路线均满足A＞2 m2，R＜0.35 N·s2/m，依据《矿井通风难易程度的分级标准》评判通风难易程度为容易。

3 结论和建议

1）根据东欢坨矿矿井通风阻力测定的风量测定检验和阻力测定检验结果，可见本次测定结果是可靠可信的，是符合于实际的，完全可以作为现场实际的通风安全管理工作的理论依据。

2）矿井总风阻及等积孔为0.036 4 N·s2/m8和6.237 2 m2，依等积孔评价东欢坨矿为通风容易型矿井且矿井三区分布合理。

3）东欢坨矿井通风系统中风门质量和巷道密闭质量基本符合要求，但必须注意维护和加强，否则内部漏风率将会超标，导致通风系统不能满足矿井安全生产的需要。

4）部分巷道较为不规整，局部巷道断面较小，通风阻力较大，应在巷道壁面较为不规整，局部巷道断面较小的巷道段适当的扩刷断面从而降低局部阻力。同时，应加强通风管理和日常监测工作并随季节变化及时加强通风系统的动态管理以及通风设施的管理。