礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定與安全性分析

1、礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定與安全性分析作者：張緒林 欄目：學(xué)·術(shù)·探·討 添加時(shí)間：2008-8-14 16:18:20摘要：本文介紹了礦井通風(fēng)阻力測(cè)定常用的幾種方法，分別闡述了其優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，并根據(jù)袁莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際情況選用基點(diǎn)法對(duì)其進(jìn)行了通風(fēng)阻力測(cè)定，通過通風(fēng)阻力的測(cè)定，全面、準(zhǔn)確地掌握了全礦井通風(fēng)阻力分布情況，為今后進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整，提供了有參考價(jià)值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。最后依據(jù)測(cè)定結(jié)果對(duì)袁莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)安全性進(jìn)行了合理分析。 關(guān)鍵詞：通風(fēng)系統(tǒng)、阻力、基點(diǎn)法、等積孔、風(fēng)量、回風(fēng) 中圖分類號(hào)：TD724    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 

2、    文章編號(hào)：1006-4117(2008)4-0000-00 引言 袁莊煤礦礦井開拓方式為主井、副暗斜井聯(lián)合多水平開拓。礦井通風(fēng)為中央并列與中央分列的混合抽出式通風(fēng)方式，即主井、副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井、南部二莊風(fēng)井回風(fēng)。其中中央、二莊兩個(gè)風(fēng)井分別裝有14144/1591、14144/1515離心式主要通風(fēng)機(jī)裝置各2臺(tái)，適配電機(jī)額定功率分別為400kw（中央）、380kw（二莊）。當(dāng)前風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況為（2008年元月）：中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)機(jī)身負(fù)壓約2900Pa、風(fēng)機(jī)風(fēng)量約4100m3/min左右，其主要擔(dān)負(fù)2采區(qū)的供風(fēng)任務(wù)；二莊風(fēng)井風(fēng)機(jī)機(jī)身負(fù)壓約3000Pa、風(fēng)機(jī)風(fēng)量約3

3、800m3/min左右，其主要擔(dān)負(fù)1采區(qū)的供風(fēng)任務(wù)。作為礦井通風(fēng)的主要?jiǎng)恿?，兩井風(fēng)機(jī)均是一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)、一臺(tái)備用。 一、通風(fēng)阻力測(cè)定方法選擇 在礦井通風(fēng)阻力測(cè)定過程中，因多種干擾因素的影響，使測(cè)定值存在一定誤差，如果測(cè)定方法擇得當(dāng)，可以在滿足精度的情況下提高測(cè)定速度，并能給測(cè)定工作帶來方便。常用的幾種測(cè)定方法如下： 1.1 比值校正法 在地面井口附近設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)定地面氣壓在一定時(shí)間t內(nèi)的變化量P0，由此對(duì)井下測(cè)點(diǎn)i的靜壓在同一時(shí)間內(nèi)的變化值進(jìn)行校正。此法需對(duì)風(fēng)流流動(dòng)的熱力過程進(jìn)行校正，計(jì)算誤差較大。適用于淺井測(cè)定。 1.2 同步法 用2臺(tái)等精度和型號(hào)相同的氣壓計(jì)在風(fēng)道的起點(diǎn)和末點(diǎn)上約定時(shí)間同時(shí)讀數(shù)，

4、使1臺(tái)的讀數(shù)作為另1臺(tái)的修正。該方法的測(cè)定精度較高，但在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)、收放膠管費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作量大適用于井下局部區(qū)域阻力測(cè)定。 1.3 基點(diǎn)法 其基本原理為：用氣壓計(jì)測(cè)量出巷道風(fēng)流前后兩測(cè)點(diǎn)的靜壓差，同時(shí)測(cè)量測(cè)段內(nèi)巷道風(fēng)速、斷面、干濕溫度等參數(shù)，從而計(jì)算出兩測(cè)點(diǎn)間的通風(fēng)阻力。具體作法是用2臺(tái)氣壓計(jì)，1臺(tái)井上，1臺(tái)井下。井上的1臺(tái)固定在入風(fēng)井口的基點(diǎn)上，監(jiān)測(cè)地面大氣壓的變化，井下的1臺(tái)沿測(cè)定路線巡回測(cè)定。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)定方便，省時(shí)省力，數(shù)據(jù)處理工作簡(jiǎn)單，適合于全礦性的大規(guī)模測(cè)量，缺點(diǎn)是誤差較大。其測(cè)定結(jié)果能夠滿足一般性要求。二、袁莊煤礦通風(fēng)阻力測(cè)定 要掌握全礦井的通風(fēng)阻力分布情況，須對(duì)全礦井各個(gè)采

5、區(qū)的通風(fēng)阻力進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)，由于測(cè)定線路長(zhǎng)，測(cè)量范圍大，所以選用基點(diǎn)法進(jìn)行測(cè)定。本次測(cè)定程序如圖1所示。 圖1  礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定程序 2.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)及測(cè)定路線的選擇 測(cè)點(diǎn)布置原則上按照分風(fēng)點(diǎn)和匯合點(diǎn)選擇，測(cè)定路線的選擇原則為：能夠反映礦井通風(fēng)系統(tǒng)特征的最長(zhǎng)通風(fēng)路線作為主要測(cè)定路線，其它通風(fēng)路線則列為輔測(cè)路線。本文列舉三條主測(cè)路線如下： (1)按中央風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)31213回采面測(cè)定路線的測(cè)點(diǎn)編號(hào)，測(cè)定路線為： 12373839404156545548514447454950。 (2)按中央風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)3128回采面測(cè)定路線的測(cè)點(diǎn)編號(hào)，測(cè)定路線為： 12373839404142

6、47454950。 (4)按中央風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)31214風(fēng)巷掘進(jìn)面測(cè)定路線的測(cè)點(diǎn)編號(hào)，測(cè)定路線為： 12373839404156605248514447454950。 2.2主要計(jì)算參數(shù) (1) 空氣密度計(jì)算 式中：r測(cè)點(diǎn)的空氣密度，kg/m3； P測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓力，Pa； T測(cè)點(diǎn)空氣的絕對(duì)溫度，K； T=273.15+td，td為測(cè)點(diǎn)空氣的干球溫度，。 (2) 測(cè)段風(fēng)量計(jì)算 在同一測(cè)段中，若風(fēng)路中間無分岔，測(cè)段風(fēng)量按兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)量計(jì)算，即 式中：巷道平均風(fēng)量，m3/s； Q1巷道始端風(fēng)量，m3/s； Q2巷道末端風(fēng)量，m3/s； (3) 測(cè)段平均斷面積及周長(zhǎng)的計(jì)算 本礦井井下大部分巷道斷面按

7、三心拱形計(jì)算，部分巷道按半圓拱形和梯形計(jì)算，其計(jì)算公式如下所示。 梯形：斷面積    SL =HL×BL                   周長(zhǎng)   UL =4.16×   半圓拱：斷面積    SL =(HL0.1073 BL )×BL   周長(zhǎng)   UL =3.8

8、4× 三心拱：斷面積     SL =(HL0.0867BL)×BL     周長(zhǎng)   UL =4.10×。 式中：SL巷道斷面積，m2； UL 巷道周長(zhǎng)，m； HL巷道全高，m； BL巷道寬度，m。 (4) 通風(fēng)阻力計(jì)算 井巷兩端斷面之間的通風(fēng)阻力按式計(jì)算，即：  ，Pa。 式中：hi-j測(cè)段阻力，Pa； hs(i,j)測(cè)段靜壓差，Pa； hz(i,j)測(cè)段位壓差，Pa； hv(i,j)測(cè)段速壓差，Pa。 (5) 測(cè)段風(fēng)阻的計(jì)算 任意一條井巷的風(fēng)阻值RL大小用下列

9、公式計(jì)算： RL = hL/QL2   ， kg/m7 式中：RL 任意一條井巷的風(fēng)阻，kg/m7； hL 該條井巷的通風(fēng)阻力，Pa ； QL 該條井巷通過的風(fēng)量，m3/s。 (6) 測(cè)段百米風(fēng)阻的計(jì)算                R100  = (RL/L)×100  ，   kg/m7 (7) 摩擦阻力系數(shù)a值的計(jì)算      &#

10、160;          ，   kg/m3 式中：aL 任意一條井巷的摩擦阻力系數(shù)，kg/m3；                        UL 該條井巷的周長(zhǎng)，m ； L 該條井巷的長(zhǎng)度，m。 (8) 自然風(fēng)壓的計(jì)算 礦井進(jìn)回風(fēng)兩側(cè)空氣柱作用在底部單位面積上的

11、重力差就是自然風(fēng)壓。特點(diǎn)是冷而重的空氣向下流動(dòng)，熱而輕的空氣向上流動(dòng)。礦井自然風(fēng)壓hn的計(jì)算公式為： hn=進(jìn)風(fēng)gdz-回風(fēng)gdz 式中：r進(jìn)風(fēng)、r回風(fēng)分別為進(jìn)風(fēng)口、回風(fēng)口空氣密度，kg/m3； z巷道標(biāo)高，m； g重力加速度，9.81m/s2。 三、結(jié)論 3.1 測(cè)算結(jié)果 (1)按31213回采面通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定路線： 12373839404156545548514447454950。 計(jì)算的通風(fēng)系統(tǒng)總阻力h為2493.8Pa，自然風(fēng)壓hn為339.5Pa。 (2)按3128回采面通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定路線： 1237383940414247454950。 計(jì)算的通風(fēng)系統(tǒng)總阻力h為2641.2 Pa，自然

12、風(fēng)壓hn為317.1Pa。 (3)按31214風(fēng)巷掘進(jìn)面通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定路線 12373839404156605248514447454950。 計(jì)算的通風(fēng)系統(tǒng)總阻力h為2577.1Pa，自然風(fēng)壓hn為339.5Pa。 將礦井通風(fēng)系統(tǒng)中的三條主測(cè)路線各段風(fēng)路按其所在位置及作用，分為進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段三部分，各段阻力分布情況如表1、表2、表3所示。 表1  31213回采面通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定路線 140 4044 4450 進(jìn)風(fēng)段阻力(Pa) 用風(fēng)段阻力(Pa) 回風(fēng)段阻力(Pa) 1254.9 475.3 763.6 表2  3128回采面通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定路線 140 4047 47

13、50 進(jìn)風(fēng)段阻力(Pa) 用風(fēng)段阻力(Pa) 回風(fēng)段阻力(Pa) 1254.9 785.9 600.4 表3  31214風(fēng)巷掘進(jìn)面通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定路線 140 4044 4450 進(jìn)風(fēng)段阻力(Pa) 用風(fēng)段阻力(Pa) 回風(fēng)段阻力(Pa) 1254.9 558.6 763.6 四、結(jié)束語(yǔ) (1)目前，全礦共布置1、2兩個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，全井共有2個(gè)炮采工作面、1個(gè)備用工作面、6個(gè)掘進(jìn)工作面和其它一些供風(fēng)巷道、峒室等主要用風(fēng)地點(diǎn)。礦井總進(jìn)風(fēng)量約6673m3/min，礦井總回風(fēng)量約7700m3/min左右（其中中央風(fēng)井系統(tǒng)總回風(fēng)量約4000m3/min；二莊風(fēng)井系統(tǒng)總回風(fēng)量約3700m32/m8

14、。礦井自然風(fēng)壓中央風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)為339.5Pa；二莊風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)為327.9Pa等。 (2)由礦井通風(fēng)等積孔與礦井風(fēng)量的相關(guān)函數(shù)式： ； 計(jì)算得到：Amin=2.866m2、Amax=3.257m2，比較當(dāng)前礦井等積孔A=2.956m2可見，袁莊煤礦目前屬于通風(fēng)難易程度中等礦井，供風(fēng)量能夠滿足井下需風(fēng)要求。 (3)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)、用和回風(fēng)段阻力比是保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的重要條件，始終做到進(jìn)、回風(fēng)段阻力不能過高。否則，會(huì)造成礦井通風(fēng)不暢、無謂增加通風(fēng)功耗，同時(shí)對(duì)災(zāi)變時(shí)期的風(fēng)流控制（例如因“阻塞”效應(yīng)，而導(dǎo)致的風(fēng)流逆轉(zhuǎn)）也極為不利等。在通風(fēng)管理工作中要注意恪守、保持。 (4)有些巷道局部地段斷面不規(guī)整、支護(hù)復(fù)雜且形狀迥異，甚至冒落、片邦，致使這些地段風(fēng)流受阻、通風(fēng)不暢、通風(fēng)壓力損失較多；個(gè)別巷道存有一些不必要的堆積物和積水現(xiàn)象，風(fēng)速較高而又人為地加大了局部阻力等，需要及時(shí)加以改進(jìn)。另外，減少礦井內(nèi)部漏風(fēng)、提高有效風(fēng)量，也是礦井通風(fēng)管理部門日后不可忽視的基本任務(wù)之一。 參考文獻(xiàn)： 1吳中立.礦井通風(fēng)與安全M.江蘇徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1989 2張國(guó)樞.通風(fēng)安全學(xué)M. 江蘇徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000 3淮南煤炭學(xué)院通風(fēng)安全教研室.礦井通風(fēng)技術(shù)測(cè)定及其應(yīng)用M.北京：煤炭工業(yè)