矿井安全通风阻力的影响因素及降阻措施

文/扈树章

矿井安全通风阻力是影响矿井安全通风的一个重要因素。根据对我国617对井口和1023个风井调查统计，矿井通风阻力属于中阻力和大阻力的占40%。因此，对影响矿井安全通风阻力的因素及如何降低矿井安全通风阻力进行系统研究，对于实现矿井高效通风具有重要的普遍性借鉴意义。

一、矿井安全通风阻力产生的原因

矿井安全通风的主要任务是向井下各个工作场所连续不断地提供新鲜的空气，并稀释和排出井下的有毒有害气体，为矿工创造良好的劳动环境。然而，随着煤矿开采深度的增加，通风线路越来越长，导致矿井摩擦阻力与局部阻力加大，受这两方面因素影响，矿井的通风阻力也越来越大。

1.矿井通风摩擦阻力产生的原因

风流在井下流动过程中，空气分子之间的相互摩擦以及井巷的壁面对风流的阻滞作用，使风流与巷道边缘产生摩擦阻力。根据风流在巷道中流动的特点不同，可将风流分为两种形态：层流与紊流。井巷风流绝大多数属于紊流状态，层流的状态很少（可忽略不计），因此，需主要考虑井巷紊流风流与矿井摩擦阻力的关系。根据摩擦阻力公式与实际调研可知，影响矿井摩擦阻力主要因素是：井巷壁的粗糙程度、风流通过的巷道的长度、巷道的段面积、巷道断面的周长。

2.矿井局部阻力产生的原因

矿井风流在流动过程中，由于巷道边壁条件变化，矿井风流在局部地区受到局部阻力物的影响与破坏，导致矿井风流速度、方向以及分布突然发生变化，致使矿井风流本身产生强烈的冲击，从而形成紊乱的涡流区，造成一部分分流能量损失，这种能量的损失就被称为矿井局部阻力。产生局部阻力的原因主要是：井下巷道断面积的突然增大与缩小，井下巷道的各种转弯、分叉和汇合，井下巷道中存在的局部阻力物（生产所用的材料、巷道片帮等）。

二、降低矿井通风摩擦阻力的措施

根据矿井通风摩擦阻力产生的原因，结合矿井实际，在通风线路设计、通风风量控制等方面进行优化调整，从源头上降低通风摩擦阻力。

1.减小矿井摩擦阻力系数

矿井在通风设计时，应当尽量选用摩擦阻力系数小的支护方式，如锚喷、砌碹、锚杆、锚锁等；施工过程中，要保证施工质量，尽量采用光面爆破技术。实验证明，不同支护方式对矿井摩擦阻力系数影响不同，采用料石砌碹的巷道摩擦阻力系数仅是支架巷道的30%左右。采用“锚网+喷射混凝土”支护不仅能预防巷道煤炭自然发火，而且相比传统工字钢支护巷道的摩擦阻力能够减少33%。如果有些矿井的巷道只能采用工字钢或者U型钢进行支护，应注意支护质量，合理选择支护密度，尽可能地减小摩擦阻力系数；对于采煤工作面，要尽量保证支架整齐平整，直线度偏差不超过50cm，中心距偏差不超过100cm，相邻支架间错差不超过顶梁侧护板1/3，使采煤工作面达到平直顺，以减少不必要的风量损失。

2.合理选择巷道风量

通过巷道的风量越大，摩擦阻力就越大。因此，在设计施工过程中，不能无计划地随意加大风量，应当在满足用风地点安全的条件下，尽可能地减小风量。当掘进初期采用局部通风机通风时，应当控制好风量，特别要观测和调节风机的运转情况，使矿井风量在合理的范围之内。此外，矿井安全通风时，应尽可能使矿井总进风早分开、总回风晚汇合。

3.尽量采用周长较小的断面

在巷道断面积相等的条件下，要尽可能选择周长较小的断面积。实践证明，断面积相等的情况下，圆形巷道断面周长最小，通风阻力最小；其次是拱形。因此，设计服务年限较长的巷道时一般选择圆形或拱形，如主副井一般选择圆形断面，石门等主要大巷通常选择拱形断面。

4.尽量采用大断面的巷道

由于摩擦阻力的大小与通风巷道断面积的三次方成反比，通风巷道断面积越大，摩擦阻力就越小。因此，扩大巷道断面积可以有效地降低摩擦阻力。实践证明，当风量相等，通风巷道断面积扩大33%时，摩擦阻力可以减少50%。然而，在井下由于技术条件和经济条件的限制，一般不能随意扩大巷道断面积，这种情况下可采用双巷并联通风的方法来增大通风巷道断面，降低通风阻力。此外，在正常生产过程中要对井下巷道定期维护、整修，清理巷道的堵塞物，使巷道保持完好畅通，有足够的通风断面。

5.采用并联风道通风

在矿井通风中，采用并联风道，矿井通风总阻力小于任一风道的风阻。经现场测量，当主扇风机安装叶片角度一定时，采用并联风道通风，可使通风阻力有所降低，改善矿井通风条件。

6.缩短通风线路

尽可能地缩短通风线路，可以有效降低矿井摩擦阻力。所以要及时封闭废弃的巷道，甩掉经过采空区且通风线路很长的巷道。当新矿井开采时，各采区距离底表距离不大时，可以采用分区式通风。

井下中央变电站

三、降低矿井局部阻力产生的措施

根据矿井通风局部阻力产生原因，针对性地减少局部阻力产生的地点、位置、物体等，可有效降低通风局部摩擦阻力。

1.规范井下通风设施设计标准

煤矿井下应尽可能地减少调节风窗的使用数量和通风直径很小的风桥。井下巷道设计施工时，要尽量避免巷道断面突然扩大或缩小。当井下两个不同尺寸巷道连接时，要把巷道的连接边缘做成斜线或圆弧型。

2.减少井下巷道的正面阻力物

及时清理煤矿井下巷道中的堆积物，采煤工作面和掘进工作面使用的材料要按需使用，合理存放，不能集中堆积在巷道中而影响通风。采面工作面上隅角处理瓦斯时，尽量不要使用风障导风。若必须使用风障处理上隅角瓦斯，一定要控制风障的角度，一般控制在45°左右。及时处理巷道内的淤泥、杂物、片帮等，保证巷道合理有效的通风断面。

3.井下避免巷道直角拐弯

井下巷道需要拐弯时要注意避免直角转弯，转角越小越好，并且转弯内外两侧尽可能地做成圆弧型。井下巷道要避免突然分叉和突然汇合，在井下巷道分叉和汇合处内外两侧也要做成圆弧型或斜线。此外，还可在通风机或者风筒入口处安装集风器，在出口安装扩散器。

矿井安全通风是实现煤矿安全生产的重要保证，提高矿井安全通风效率有助于提高通风的安全性和经济效益。上述矿井通风降阻举措已成功应用，在一定程度上降低了矿井通风阻力，减少了风量的损失，降低了通风耗电量，减少了矿井通风费用。

总之，要根据矿井实际情况，认真剖析、全面探究矿井安全通风阻力的影响因素，采取有效办法来降低矿井安全通风阻力，确保矿井有足够的通风风量，以稀释煤矿作业产生的粉尘，及时排放有毒有害气体，为矿工提供一个安全的作业环境，保证矿井安全生产，提升矿井经济效益。