2010年第5期 能源技术与管理 37 doi：10．3969~．issn．1672—9943 2010．05 015 基于通风阻力测量的通风系统分析 黄瑞玲l， ，杨胜强l， ，田艳秋1， ，李d~3i,1,2 (1．中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州221008；2．中国矿业大学安全工程学院， 江苏徐州221008) [摘要] 通风阻力测量是矿井通风技术管理中的重要工作，结合山西某矿井的阻力测量，从 矿井阻力分布、风量和风阻几个方面简要分析了矿井通风系统的主要问题。由于矿 井开采的推进，矿井开采重心的转移，采用风网软件模拟预测了矿井通风系统的风 量变化，为了进一步的通风系统优化，提出了相应的改进措施。 [关键词] 阻力测量：风量；风阻：优化 [中图分类号]TD722[文献标识码]B [文章编号]1672_9943(2010)05_O037 3 O 引 言 随着矿井开采不断向深部发展，机械化采掘 强度不断增加，对于一些老矿井的通风系统发生 改变，在进一步优化之前给矿井通风造成一定的 负担，其通风系统的研究具有一定的代表性。 根据山西某矿井通风阻力测量数据的处理结 果，矿井总风阻0．091 N·sVm。，等积孔为3．94 m ， 属于通风容易矿井，目前矿井有2个回采工作面， 4个掘进面，矿井整个通风系统比较简单，根据矿 井测量报告误差分析，误差3．76％，小于5％，其结 果是可用于现场实际，能够反映矿井阻力情况，为 矿井通风系统研究提供了一定依据。 1 阻力分布特点分析 根据该矿井通风阻力的测量报告，矿井通风 系统的总阻力2 453．9 Pa，矿井系统的阻力测算值 为2 549．7 Pa，风机房水柱计的读数为2 600 Pa， 自然风压和动压分别为13．21 Pa和63．55 Pa，矿 井通风阻力在进风段、用风段、回风段的阻力分配 比为30．4：31-3：38．3，是属于比较年轻的矿井。 目前，研究矿井的通风系统主要从安全可靠 性、经济合理性和技术可行性三个方面选取矿井 的负压等各个指标分析评价矿井通风系统。根据 该矿井通风阻力测算结果，矿井的自然风压h 为 13．21 Pa，通风管理中矿井负压一般有其理想的取 值范围，对于所有的矿井，矿井负压H不能太大， H大时会增加矿井通风的电耗，不经济。对于有自 然发火倾向性的矿井，日大时会增加矿井内部的 漏风，日大已成为公认的可引起煤层自然发火的 重要因素之一⋯。 该矿井通风系统的阻力分布特点如下：①通 风路线较长，矿井通风系统的总阻力较高。该矿井 通风系统比较简单，矿井有2个回采工作面，4个 掘进工作面，其中有2个掘进工作面的回风是 9—4辅助回风暗斜2井回风，但实测的主干通风 阻力较高，可以根据矿井巷道的实际情况，改善巷 道的支护形式、控制风流的主干风流，降低巷道的 通风阻力。②矿井在进风段的通风阻力所占比例 相对于用风段通风阻力所占比例较高，阻力分布 失衡。主要是由于进风段路线过长，并且经主斜井 和副斜井的进风在到达主要用风地点906和907 工作面之前，在中央辅运巷和补辅运大巷及中央 主运巷之问经联络巷风流流动控制不力，进风段 的联络巷要根据矿井的风压进行调节，合理的安 排巷道使风流流动合理，满足进风段各材料库需 要的同时，降低进风段的阻力消耗。③ 目前矿井主 要工作面的通风阻力占矿井主干系统阻力的 31．3％，掘进巷道的局部通风系统的回风主要经 9—4辅助回风暗斜2井回风，根据测算数据选择 经掘进巷道的通风路线进行阻力分析时，掘进巷 道的阻力占总阻力的5．55％，同时，结合通风旬报 其掘进巷道的风量也能满足要求。④矿井通风系 统日趋复杂，阻力增加。目前矿井有2个掘进工作 面回风，经9—4辅助回风暗斜2井回风。随着矿井 开采的推进，4号煤层是将来的主采煤层，因此，4 号煤层一旦开采，形成通风系统，将是整个通风系 统的距离最远，阻力最大的用风环节，考虑4号煤 层开采过程中的通风系统阻力和风量分布是目前 和未来几年要考虑的主要问题。 38 黄瑞玲，等基于通风阻力测量的通风系统分析 2010年第5期 2 风量及风速分析 对于矿井风量，在任何时候，矿井实际风量p 都必须满足大于矿井需风量 的要求。同样在通 风管理中，矿井风量0与矿井负压日一样，也不 是越大越好。一般风量p≤(1．2～1．3) m3／min。 对于风速，《煤矿安全规程》中有井巷风速的具体 规定l 2l： 设有梯子问的井筒或修理中的井筒，风速不 得超过8 m／s；梯子间四周经封闭后，井筒中的最 高允许风速可按表1规定执行。 表1 井巷中的允许风流速度 井巷名称 无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风速 可低于表1规定值，但不得低于0．5 m／s。 综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和 采煤机喷雾降尘等措施后，其最大风速可高于表 1的规定值，但不得超过5 ntis。 根据表2所示数据，回风斜井的风速达到 9．9 m／s，已经高于规程中在主要进、回风巷的速度 规定值8 m／s，矿井的进风副斜井和主斜井的风速有 5．97 m／s和3．68 m／s，矿井总进风量为9 804 m3／min， 回风总量为9 852 m3／min，同时矿井有2个掘进工 作面回风经9—4辅助回风暗斜2井回风。 根据阻力测算数据和矿井的通风旬报，系统 实际风量大于需风量，所以在回风时风速存在局 部超限，主要用风工作面和掘进工作面风速在规 定范围内。因此需要在局部地点设置风量调节 装置或改变巷道的断面以控制风流，提高通风效 率，降低风量，节约通风成本。 目前，增加了9—4辅助进风暗斜井和9—4辅 助回风暗斜井主要满足908、909掘进巷道的风量 要求，根据矿井的旬报，9—4辅助进风暗斜井的进 风为1 232 m3／min，掘进巷道的风速只有0．34 m／s， 目前基本上能满足掘进要求，但随着掘进工作面 的推进，以906、907的工作面进行比较分析，工作 表2 部分巷道阻力及风速整理 面长度较长，908、909掘进巷道断面为17．5 m ，需 要风量基本上在1 600 m3／min左右，但依据目前 的掘进进度，风量基本要求350 m3／min左右，相差 较大。 如果仅靠目前的9—4辅助进风暗斜井供风显 然风量很难达到要求；如果从主运巷道上调节风 2010年第5期 能源技术与管理 39 量向908、909面提供风量，同时，通风机需要负载 3个或4个工作面的风量，风量同样很难达到要 求，需要提高9—4辅助进风暗斜井通风机的风量。 对于主运巷的通风风量，由于进风的路线很长，通 风阻力较高，若通过增加主通风机的风量向新推 进巷道供风，整个矿井系统的阻力将会增加，需要 对主通风机进行风量调节，根据分析，存在局部风 速超限的问题，可以向新推进巷道进行风量调节， 这样整个通风系统的阻力也不致过高，风机的负 载也不致过大。 以906 T作面作为参考，巷道的风阻为 1．321 1 N·s2／m ，新掘进巷道的风量以1 600 m3／min 计算，当开采4号煤层时，两个工作面的阻力为 2 X 939．4 Pa，可见这部分阻力消耗要通过增加主 通风机风量提供，同时在主运巷上根据巷道的测 算风阻值，主运巷上的阻力最大将增加近1 0633 Pa， 可见这部分阻力应主要通过9—4辅助进风暗斜井 供风提供；同时，4号煤层开采后工作重心也将转 移到后面的工作面。通过表2可见，拓展后根据风 网软件模拟结果，经水仓巷道和联络巷出现反风 现象，并且局部地点如上绕汇风巷道的风速不能 达到要求等。 3 风阻分析 矿井风阻R=H／Q ，R的大小表明了矿井通风 难易程度，类似于矿井等积孔。同时 的大小在 风机个体特性曲线上决定了风机运行工况点 位置的高低；生产矿井通风机工况点 的位置过 高或过低都会导致通风机效率?7降低。例如高阻 力 、小风量9的中小型矿井和低阻力 、大风量 p的特大型矿井的通风机效率往往都比较小。对 于此次通风阻力测量的结果，矿井总风阻为 0．091 N·s2／m ，等积孔为3．94 m ，属于通风容易的 矿井，但根据分析，随着矿井开采的推进，需要结 合矿井主风机的实际性能进一步调节矿井用风， 以满足新开采煤层工作面等的用风。 4 建议技术措施 改善矿井巷道的支护形式合理地安排通风巷 道，整体上降低主干路线上的通风阻力；改善局部 阻力和风阻较大的地点的支护形式和巷道形式， 降低局部地点的通风阻力；进风路线上增加一些 控风通道控制风流流向，使在满足前面工作用风 的同时尽量通向主要用风地点，避免风量的浪费， 同时降低巷道的通风阻力；特别是流经各封闭工 作面的风流，通过改善巷道支护形式或改变巷道 的断面形式，降低通风阻力，同时也能降低漏风； 在通风路线联络巷上增加风门或调节风窗等，根 据风流能量和需风量控制风流，提高通风效率，降 低风量，避免局部风速超限，同时节约通风成本； 随着掘进巷道的推进， 目前的9—4辅助进风暗斜 井和9—4辅助回风暗斜井的风量不能满足推进后 新开采工作面的风量要求，根据分析可知，若同时 满足3个工作面的风量至少需要增加风量 3 200 rn3／min，由于矿井的主进风路线比较长，通 风阻力较高，为了很好的控制和降低通风阻力，只 能调节和控制主通风机的风流，满足前面工作面 等用风，对于新开采煤层用风主要要通过提高 9—4辅助进风暗斜井的进风量，这样整个矿井的 通风系统才能平衡和很好的控制矿井系统的通风 阻力；加强采空区的管理，减少漏风，尽量扩大封 闭采空范围，缩短不必要巷道，便于进一步的通风 系统优化。 5 结语 随着矿井开采的推进，新的煤层开采后，通风 系统存在的问题将会暴露，通风路线较长，矿井负 压增加，风阻较大，同时风量在局部用风存在短缺 达不到要求等，从风压、风量等几个方面分析了通 风系统存在的问题，同时提出了相应的改进措施； 另一方面，仅仅依靠目前通风阻力测量的数据分 析其风压风阻等也存在一定的缺陷，因此需要进 一一步掌握矿井通风系统的资料，进一步优化矿井 的通风系统，以满足新煤层开采后工作面巷道等 的用风。 [参考文献] [1]杨胜强，刘殿武．通风与安全[M]．徐州．『f]国矿业大学 出版社．2009 [2]国家煤矿安全监察局．煤矿安全规程[S]，北京：煤炭工 业出版社 2005 [作者简介] 黄瑞玲(1985一)，女，河南商丘人，硕士研究生，从事矿 井通风安全与防灭火方面的研究。 [收稿日期：2010—05—06]