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矿井通风系统阻力测定与安全性分析作者：张绪林 栏目：学术探讨 添加时间：2008-8-14 16:18:20摘要：本文介绍了矿井通风阻力测定常用的几种方法，分别阐述了其优缺点及适用条件，并根据袁庄煤矿通风系统实际情况选用基点法对其进行了通风阻力测定，通过通风阻力的测定，全面、准确地掌握了全矿井通风阻力分布情况，为今后进行通风系统调整，提供了有参考价值的基础数据资料。最后依据测定结果对袁庄煤矿通风系统安全性进行了合理分析。 关键词：通风系统、阻力、基点法、等积孔、风量、回风 中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1006-4117(2008)4-0000-00 引言 袁庄煤矿矿井开拓方式为主井、副暗斜井联合多水平开拓。矿井通风为中央并列与中央分列的混合抽出式通风方式，即主井、副井进风，中央风井、南部二庄风井回风。其中中央、二庄两个风井分别装有14144/1591、14144/1515离心式主要通风机装置各2台，适配电机额定功率分别为400kw（中央）、380kw（二庄）。当前风机运行工况为（2008年元月）：中央风井风机机身负压约2900Pa、风机风量约4100m3/min左右，其主要担负2采区的供风任务；二庄风井风机机身负压约3000Pa、风机风量约3800m3/min左右，其主要担负1采区的供风任务。作为矿井通风的主要动力，两井风机均是一台运转、一台备用。 一、通风阻力测定方法选择 在矿井通风阻力测定过程中，因多种干扰因素的影响，使测定值存在一定误差，如果测定方法择得当，可以在满足精度的情况下提高测定速度，并能给测定工作带来方便。常用的几种测定方法如下： 1.1 比值校正法 在地面井口附近设监测点，测定地面气压在一定时间t内的变化量P0，由此对井下测点i的静压在同一时间内的变化值进行校正。此法需对风流流动的热力过程进行校正，计算误差较大。适用于浅井测定。 1.2 同步法 用2台等精度和型号相同的气压计在风道的起点和末点上约定时间同时读数，使1台的读数作为另1台的修正。该方法的测定精度较高，但在现场铺设、收放胶管费时费力，工作量大适用于井下局部区域阻力测定。 1.3 基点法 其基本原理为：用气压计测量出巷道风流前后两测点的静压差，同时测量测段内巷道风速、断面、干湿温度等参数，从而计算出两测点间的通风阻力。具体作法是用2台气压计，1台井上，1台井下。井上的1台固定在入风井口的基点上，监测地面大气压的变化，井下的1台沿测定路线巡回测定。这种方法的优点是测定方便，省时省力，数据处理工作简单，适合于全矿性的大规模测量，缺点是误差较大。其测定结果能够满足一般性要求。二、袁庄煤矿通风阻力测定 要掌握全矿井的通风阻力分布情况，须对全矿井各个采区的通风阻力进行测定，同时，由于测定线路长，测量范围大，所以选用基点法进行测定。本次测定程序如图1所示。 图1 矿井通风系统阻力测定程序 2.1矿井通风系统及测定路线的选择 测点布置原则上按照分风点和汇合点选择，测定路线的选择原则为：能够反映矿井通风系统特征的最长通风路线作为主要测定路线，其它通风路线则列为辅测路线。本文列举三条主测路线如下： (1)按中央风井通风系统31213回采面测定路线的测点编号，测定路线为： 12373839404156545548514447454950。 (2)按中央风井通风系统3128回采面测定路线的测点编号，测定路线为： 1237383940414247454950。 (4)按中央风井通风系统31214风巷掘进面测定路线的测点编号，测定路线为： 12373839404156605248514447454950。 2.2主要计算参数 (1) 空气密度计算 式中：r测点的空气密度，kg/m3； P测点的绝对压力，Pa； T测点空气的绝对温度，K； T=273.15+td，td为测点空气的干球温度，。 (2) 测段风量计算 在同一测段中，若风路中间无分岔，测段风量按两个测点的平均风量计算，即 式中：巷道平均风量，m3/s； Q1巷道始端风量，m3/s； Q2巷道末端风量，m3/s； (3) 测段平均断面积及周长的计算 本矿井井下大部分巷道断面按三心拱形计算，部分巷道按半圆拱形和梯形计算，其计算公式如下所示。 梯形：断面积 SL =HLBL 周长 UL =4.16 半圆拱：断面积 SL =(HL0.1073 BL )BL 周长 UL =3.84 三心拱：断面积 SL =(HL0.0867BL)BL 周长 UL =4.10。 式中：SL巷道断面积，m2； UL 巷道周长，m； HL巷道全高，m； BL巷道宽度，m。 (4) 通风阻力计算 井巷两端断面之间的通风阻力按式计算，即： ，Pa。 式中：hi-j测段阻力，Pa； hs(i,j)测段静压差，Pa； hz(i,j)测段位压差，Pa； hv(i,j)测段速压差，Pa。 (5) 测段风阻的计算 任意一条井巷的风阻值RL大小用下列公式计算： RL = hL/QL2 ， kg/m7 式中：RL 任意一条井巷的风阻，kg/m7； hL 该条井巷的通风阻力，Pa ； QL 该条井巷通过的风量，m3/s。 (6) 测段百米风阻的计算 R100 = (RL/L)100 ， kg/m7 (7) 摩擦阻力系数a值的计算 ， kg/m3 式中：aL 任意一条井巷的摩擦阻力系数，kg/m3； UL 该条井巷的周长，m ； L 该条井巷的长度，m。 (8) 自然风压的计算 矿井进回风两侧空气柱作用在底部单位面积上的重力差就是自然风压。特点是冷而重的空气向下流动，热而轻的空气向上流动。矿井自然风压hn的计算公式为： hn=进风gdz-回风gdz 式中：r进风、r回风分别为进风口、回风口空气密度，kg/m3； z巷道标高，m； g重力加速度，9.81m/s2。 三、结论 3.1 测算结果 (1)按31213回采面通风系统测定路线： 12373839404156545548514447454950。 计算的通风系统总阻力h为2493.8Pa，自然风压hn为339.5Pa。 (2)按3128回采面通风系统测定路线： 1237383940414247454950。 计算的通风系统总阻力h为2641.2 Pa，自然风压hn为317.1Pa。 (3)按31214风巷掘进面通风系统测定路线 12373839404156605248514447454950。 计算的通风系统总阻力h为2577.1Pa，自然风压hn为339.5Pa。 将矿井通风系统中的三条主测路线各段风路按其所在位置及作用，分为进风段、用风段和回风段三部分，各段阻力分布情况如表1、表2、表3所示。 表1 31213回采面通风系统测定路线 140 4044 4450 进风段阻力(Pa) 用风段阻力(Pa) 回风段阻力(Pa) 1254.9 475.3 763.6 表2 3128回采面通风系统测定路线 140 4047 4750 进风段阻力(Pa) 用风段阻力(Pa) 回风段阻力(Pa) 1254.9 785.9 600.4 表3 31214风巷掘进面通风系统测定路线 140 4044 4450 进风段阻力(Pa) 用风段阻力(Pa) 回风段阻力(Pa) 1254.9 558.6 763.6 四、结束语 (1)目前，全矿共布置1、2两个生产采区，全井共有2个炮采工作面、1个备用工作面、6个掘进工作面和其它一些供风巷道、峒室等主要用风地点。矿井总进风量约6673m3/min，矿井总回风量约7700m3/min左右（其中中央风井系统总回风量约4000m3/min；二庄风井系统总回风量约3700m3/min）。矿井通风系统总阻力为2668.9Pa（其中中央风井通风系统阻力为2493.8Pa；二庄风井通风系统阻力为2858.1Pa），矿井井巷总风阻为0.162136N.S2/m8。矿井自然风压中央风井通风系统为339.5Pa；二庄风井通风系统为327.9Pa等。 (2)由矿井通风等积孔与矿井风量的相关函数式： ； 计算得到：Amin=2.866m2、Amax=3.257m2，比较当前矿井等积孔A=2.956m2可见，袁庄煤矿目前属于通风难易程度中等矿井，供风量能够满足井下需风要求。 (3)适当的进、用和回风段阻力比是保证矿井通风系统可靠性的重要条件，始终做到进、回风段阻力不能过高。否则，会造成矿井通风不畅、无谓增加通风功耗，同时对灾变时期的风流控制（例如因“阻塞”效应，而导致的风流逆转）也极为不利等。在通风管理工作中要注意恪守、保持。 (4)有些巷道局部地段断面不规整、支护复杂且形状迥异，甚至冒落、片邦，致使这些地段风流受阻、通风不畅、通风压力损失较多；个别巷道存有一些不必要的堆积物和积水现象，风速较高而又人为地加大了局部阻力等，需要及时加以改进。另外，减少矿井内部漏风、提高有效风量，也是矿井通风管理部门日后不可忽视的基本任务之一。 参考文献： 1吴中立.矿井通风与安全M.江苏徐州：中国矿业大学出版社，1989 2张国枢.通风安全学M. 江苏徐州：中国矿业大学出版社，2000 3淮南煤炭学院通风安全教研室.矿井通风技术测定及其应用M.北京：煤炭工业出版社，1980