矿井通风阻力分析及系统优化措施

张海军

（山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司，山西 晋城 048000）

南凹寺煤业3#煤层储量较大，结构不复杂，煤尘没有爆炸性，而且瓦斯含量不高。使用三个立井回风与四个立井进风、混合通风形式，双回路供电，选取AGF616 轴流风机。各采区与主扇均采取分区通风。为保证矿井通风系统安全稳定运行，对矿井通风阻力进行测量，并根据测定过程中发现的通风系统问题进行调整与优化。

1 通风阻力测定

1.1 测定方法

选用基点测定法并采取精密气压计测量南凹寺煤业井巷内阻力。根据A、B 两点间的静压差，对相应的位压差与动压差进行推算，进而得到A、B 两点的通风阻力。一个精密气压计对主测路线进行测量，井口放另一个精密气压计，对地面气压变化进行测量，并将两个精密气压计进行比较[1]。工程实际中，通风能量方程如公式（1）所示。

式中：

P1、P2-1、2 截面的静压能，Pa；

g-重力加速度，m/s2；

ρm1、ρm2-井口和1、2 截面间空气柱平均密度，kg/m3；

V1、V2-1、2 截面风速，m/s；

Z1、Z2-1、2 截面的标高，m；

hz1-2-1、2 截面间通风阻力，Pa。

1.2 布置测点及选定测量线路

为了能反映出井巷基本情况，并且使通风网络完善，测点选取极为重要[2]。为了保证测量结果准确，避免因两个测点临近使结果发生误差，故将测点选取在支护完善、杂物较少、剖面齐整、风流稳定的巷道断面。同时为消除导向点的影响，测量两个点的时间要相近，行程要短。因此依据矿井情况，测定三条线路如下。

（1）西回风井

西进风井→33 采区皮带下山→33 采区轨道下山→工作面→33 采区回风下山→西总回风巷→西回风井→地面。

（2）马庄回风井

马庄副井底联巷→南运输大巷→ 34 采区皮带上山→ 3405 工作面轨道顺槽→工作面→ 3405 皮带顺槽→ 34 采区回风上山→北总回风巷→北回风联络巷→马村回风井→地面。

（3）中央回风井

副立井井底联络巷→北运输大巷→ 37 采区皮带上山→3706 皮带顺槽→工作面→3706 轨道顺槽→37 采区回风巷→南总回风巷→回风井→地面。

2 通风阻力测定结果及其分析

2.1 测量通风阻力研究

按照《通风阻力测量方法》（MT/T 441-2009）[3]，通风系统误差可以根据实测数据计算得出。公式（2）为通风系统相对误差计算公式，表1 为计算得出的误差统计表。

式中：

e-测量的相对误差；

hRs-累加阻力，Pa；

hw-水柱计读数，Pa；

hn-自然风压，Pa；

hv-速压，Pa。

表1 矿井通风系统误差

主测线路中西回风井、马村回风井与中央回风立井相对误差分别是1.42%、1.91% 和2.37%，符合通风阻力测定要求。

2.2 矿井通风阻力分布情况分析

测定过程中，主测线路划分进风、用风、回风三段，表2 为计算得出各线路通风阻力值。

从表2 中能够得到矿井三区阻力分配比例，西回风立井11:44:46，马村回风立井31:38:34，中央回风井16:55:32。从表2 分析：马村与中央回风立井通风系统用风段阻力最大，而西回风井通风系统回风区段阻力较大。

表2 各线路通风阻力

2.3 分析研究测定风量

为诊断矿井通风系统的运行状态，需要分析实测的风量数据。表3 是煤矿系统风量参数。外部漏风率公式如下：

式中，

PL-外部漏风率，%；

Qh-总回风量，m3/s；

Qf-风机主要排风量，m3/s。

表3 系统风量参数

矿井通风系统中西、马村与中央回风井外部漏风率分别是3.69%、3.41%、3.70%，按照《矿井通风质量检查和标准评定方法》的规定[4]，该矿井巷的密闭与风门等通风设施满足质检相关要求。

2.4 等积孔

计算等积孔公式：

式中：

A-矿井等积孔，m2；

hz-通风总阻力，Pa；

Q-总风量，m3/s。

表4 是南凹寺煤业通风系统等积孔计算结果。

表4 等积孔计算结果

从表4 可知：该矿西回风井、马村回风井、中央回风井等积孔分别是2.14 m2、0.78 m2、3.15 m2。西回风井和中央回风井的通风阻力满足规定要求，属通风容易型矿井，而马村回风井通风阻力较大，属通风困难型的矿井。

3 问题分析

（1）马村回风立井、中央回风井通风系统中用风区的通风阻力最大。导致巷道内阻力较大的原因有：一是较长的巷道长度，二是3405 皮带顺槽和3706 皮带顺槽里堆积过多的物料。

（2）西回风立井中回风区段在整个通风系统中的阻力相对较高。导致其阻力值偏高的原因主要是西回风下山巷道和回风联巷道风速较高、断面偏小。

（3）马村回风立井通风较为困难，其矿井等积孔为0.84 m2。影响矿井通风阻力的因素主要有井巷的长度和粗糙度、里面堆放的杂物以及部分截面情况。

（4）该矿有着很长的通风路线，个别巷道处在微风的状况，且由于配备有较多的风窗和风门，增加了通风管理的难度。

4 系统优化措施

（1）矿井的通风系统安全性影响因素中选取恰当的三区阻力极为重要，所以，对矿井各段阻力进行合理的调控，不仅可以大幅削减矿井的能耗，而且能影响对风流的控制。

（2）进一步加强巷道维护工作，认真做好每日管控，及时清理3405 及3706 皮带顺槽巷道中的杂物，对巷道里的积水区和淤泥进行定期排查隐患，并对通风构筑物进行全方面检查。

（3）采取降阻优化措施，将西回风下山巷道和回风联巷的截面在合理范围增大，降低急转弯处巷道粗糙度。

（4）优先选取砌碹支护，井巷的周长不要过大，减小风路的长度，加强风巷的维护工作。在确保合适的通风断面情况下，尽量杜绝回风井巷快速缩小或增大现象，巷道里出现不可避免的急转弯时，可通过增设倒风板确保通风稳定性。

（5）矿井漏风对矿井安全的影响巨大，使通风系统变得更加复杂。因此，需定期点检监测风窗密闭情况，对漏风巷道进行及时封堵，尽量减少漏风现象。

（6）增强安全管理水平，及时监测通风系统的巷道和设施，进行阻力测定和动态调控。

5 结论

由南凹寺煤业的通风阻力测定数据可得：总回风量中马村回风立井为26.23 m3/s，中央回风井为72.36 m3/s，西回风立井则为60.50 m3/s；总通风阻力方面中央回风井的为715.29 Pa，马村回风立井的为1 394.17 Pa，西回风立井的则为1 110.95 Pa；中央回风井、西回风立井和马村回风立井的等积孔分别是3.22 m2、2.16 m2和0.84 m2；马村回风立井通风类型属于困难型，而西回风立井和中央回风井的通风类型则为容易型。