魯 杰，張 磊，陳連城

（山西大同大學煤炭工程學院，山西大同037003）

甘莊煤礦通風系統(tǒng)阻力測定與優(yōu)化

魯 杰，張 磊，陳連城

（山西大同大學煤炭工程學院，山西大同037003）

根據(jù)甘莊煤礦通風系統(tǒng)現(xiàn)狀，選定通風路線和測點，利用基點氣壓法進行了井下通風阻力測定，并計算了礦井總風阻、自然風壓；同時根據(jù)計算的等積孔判斷了該礦通風的難易程度，并對目前通風系統(tǒng)進、回風阻力分布及原因進行了分析，通過改變通風網(wǎng)絡，提出了降低礦井通風阻力的方案。

通風系統(tǒng)；阻力測定；優(yōu)化

礦井通風阻力是評價礦井通風系統(tǒng)合理與否的重要指標[1]，他與礦井的安全生產和經(jīng)濟效益息息相關。通過測定礦井通風阻力，可掌握礦井通風系統(tǒng)并可對其進行優(yōu)化，從而降低礦井通風阻力，提高通風系統(tǒng)的安全性。

1 礦井通風系統(tǒng)概況

甘莊煤礦現(xiàn)采煤層為7#和8#兩層煤，礦井通風方式為中央分列抽出式，配備兩臺FBCBZNo.24-2×220型隔爆對旋式軸流通風機，其中一臺工作，一臺備用，主、副斜井進風，回風斜井回風。測試期間，礦井總進風量為5 270 m3∕min，其中主井進風量為1 680 m3∕min，副井進風量為3 590 m3∕min；7#層有兩個采區(qū)，一個掘進工作面和一個準備面；8#層有兩個掘進隊和一個綜采隊。

2 礦井通風阻力測定

2.1 測定方法

本次測定采用氣壓計逐點測定法[2]，使用5臺精密氣壓計，一臺放在基點(副立井口)，每隔5 min讀一次大氣壓力值并記錄時間，觀測大氣壓力隨時間的變化規(guī)律，以便校正測定儀器的大氣壓力；另外4臺精密氣壓計，每個測量組兩臺，從基點開始，沿預先選定的測定路線逐點測量各點的絕對壓力，并記下測定時間。同時，測量各測點及其相關風路斷面上的平均風速、斷面積、干濕球溫度、標高以及測段長度。依次測定全部的測點，對測定形成的閉合回路進行誤差分析，待測點氣壓計回到井口時基點測定和一次測量完成。

2.2 測定路線

根據(jù)測定的要求和目的，結合甘莊煤業(yè)的生產布局和通風系統(tǒng)的現(xiàn)狀，選擇風流路線較長，風量大且包含采煤工作面，能反映本礦通風系統(tǒng)特征的路線作為測量路線。按照上述原則，結合甘莊煤礦通風系統(tǒng)現(xiàn)狀，結合礦井巷道布置的具體條件和通風系統(tǒng)優(yōu)化的需要，首先在通風系統(tǒng)圖上確定測定地段、路線和測點，后經(jīng)實地考察，根據(jù)實際要求[3]，具體布置了甘莊煤礦通風系統(tǒng)4條阻力測定的路線，具體測點,見表1。

表1 甘莊礦阻力測定測點布置

測點標號 測點標號13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 33 34測點名稱404皮帶巷口404軌道巷口2405面運輸順槽口5405回風巷口2409掘進入風口2409掘進回風口2411巷進風口5411巷回風口402變電所入口402變電所回風口402運輸大巷尾巷口402回風巷調節(jié)口503回風大巷口501回風大巷口7#層總回大巷口8#層總回風口11#層總回風口3#層總回風口風硐口風機房地面東盤區(qū)進風口8#303總進風口8#層材料暗斜井底50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 358#層溜煤眼進風口73 36 37 8#層溜煤眼回風口303皮帶大巷入風口74 75測點名稱101皮帶大巷入風口101運輸大巷入風口2101巷入風口2101巷回風口5101進風口5101回風口西盤區(qū)掘進匯風點101回風大巷繞道口11號層匯風點里7#層變電所進風口2405工作面面機頭2405工作面面機尾2411工作面面機頭2411工作面面機尾8#層回風暗斜井口2301工作面面機頭2301工作面面機尾西8#層回風口103進口（運輸）103皮帶進口8301進風口（7#）8301回風404皮帶巷口與103運輸交接處404運輸巷與103運輸交接處8301運輸巷與404皮帶巷交接處11#爬坡入風口

2.3 兩點間通風阻力的計算

巷道兩測定斷面i與j之間的通風阻力計算公式如下[2]：

式中：hs(i,j)斷面i與j之間的靜壓差，Pa；

Bi，Bj測定儀器在i、j測點的讀數(shù)，Pa；

hz(i,j)斷面i與j之間的位壓差，Pa；

hv(i,j)斷面i與j之間的速壓差。

甘莊煤礦測點間通風阻力計算結果,見表2。

2.4 礦井自然風壓與通風總阻力

通風系統(tǒng)的自然風壓的大小可由下式計算：

式中：Zi,Zj分別是進風某段i和回風某段j的高差，m；

ρmi，ρmj進風段和回風段空氣密度的平均值，kg∕m3；

Z地表至最低標高點的垂高，m。

經(jīng)計算，甘莊礦在測定阻力期間自然風壓為12.88 Pa。

從進風井口到通風機入口前風硐內測點的全礦井通風阻力，等于一條主要通風路線上各條巷道通風阻力之和，即

測點布置，見圖1，圖2。

圖1 7#層測點布置圖

圖2 8#層測點布置圖

表2 甘莊礦阻力通風阻力計算數(shù)據(jù)表

起點 末點 測段 起點總壓力∕Pa 末點總壓力∕Pa 校正壓力∕Pa 通風阻力∕Pa 9 0 33 13 14 15 60 18 33 34 35 43 65 66 44 63 18 55 56 57 24 12 69 68 47 40 33 12 15 15 60 61 20 34 35 36 65 66 44 45 20 20 56 57 67 67 26 69 68 27 47 9-33 33-12 13-15 14-15 15-60 60-61 18-20 33-34 34-35 35-36 43-65 65-66 66-64 44-45 63-20 18-20 55-56 56-57 57-67 24-67 12-26 69-71 68-70 47-27 40-47測段名稱402運輸大巷及101運輸大巷101運輸大巷404皮帶大巷404運輸大巷2405面運輸順槽8405采煤工作面404回風大巷8#材料暗斜井8#號層溜煤眼進風繞道8#層溜煤眼2301運輸巷2301工作面5301回風巷303回風大巷5411回風巷404回風大巷101回風大巷101回風大巷101回風繞道402回風巷501調節(jié)103皮帶大巷103運輸大巷8#回風暗斜井303回風大巷87 049.609 08 87 030.455 20 87 104.956 56 87 115.854 56 87 084.086 89 86 922.087 98 86 854.190 50 87 180.455 20 87 130.911 57 87 111.818 38 87 010.726 11 86 876.039 23 86 771.524 55 86 619.721 66 86 841.111 25 86 854.190 50 86 581.990 03 86 552.899 02 86 518.920 57 86 593.932 69 86 995.632 39 86 992.450 23 87 044.647 64 86 409.118 25 86 724.700 22 87 030.455 20 86 995.632 39 87 084.086 89 87 084.086 89 86 922.087 98 86 855.922 17 86 717.544 68 87 130.911 57 87 111.818 38 87 032.806 25 86 876.039 23 86 771.524 55 86 619.721 66 86 585.078 91 86 717.544 68 86 717.544 68 86 552.899 02 86 518.920 57 86 504.288 69 86 504.288 69 86 714.229 34 86 983.706 14 86 983.706 14 86 340.063 31 86 340.063 31 20 30 30 -10 10 0 20 10 20 10 10 0 10 -10 0 10 10 20 20 10 10 10 10 0 19.153 88 54.822 81 50.869 67 61.767 67 151.998 90 76.165 81 136.646 00 69.543 63 29.093 19 99.012 13 134.686 90 104.514 70 151.802 90 44.642 75 123.569 80 136.646 00 139.091 01 43.978 45 34.631 88 109.644 00 291.403 00 18.744 09 70.941 50 79.054 94 384.636 90

礦井通風系統(tǒng)總阻力及阻力分布，見表3，圖3，圖4。

表3 礦井通風系統(tǒng)總阻力及阻力分布表

圖3 7#層通風路線各段巷道阻力分布圖

圖4 8#層通風路線各段巷道阻力分布圖

2.5 誤差分析

由于測定儀器本身的精度及環(huán)境等因素的影響，測定誤差的產生是難免的。但是只要將測定誤差控制在一定范圍內，測定結果是可靠的[4-6]。

根據(jù)通風機房水柱計讀數(shù)及自然風壓值和風硐的動壓，可以計算出礦井的實際通風阻力hr，再與實測通風阻力hr’相比較，兩者的差值即為測定路線的絕對誤差e。

式中：

hr礦井實際通風阻力;

hr=h-Hn-hv

H風機房水柱計讀數(shù)，Pa；

Hn測定系統(tǒng)的自然風壓(阻礙通風機工作)，Pa；

Hv風硐內安裝水柱計處斷面的平均動壓，Pa；

hr’礦井實測通風阻力，Pa。

測定系統(tǒng)的相對誤差 δ可按下式計算:

式中符號意義同上，一般要求δ≤5%。

計算出礦井各系統(tǒng)實際通風阻力及測定誤差,見表4。

表4 礦井系統(tǒng)實際通風阻力及測定誤差匯總表

由表4可看出，測定相對誤差小于5%，說明實測數(shù)可靠，可供現(xiàn)場使用。

3 測定結果分析

1）甘莊煤礦年產量為120萬t，涉及的生產煤層有7#、8#、11#，生產過于分散，通風范圍廣，通風路線長，通風阻力比較大。通過表3、圖3、圖4可知，對于目前生產的7#和8#煤層通風系統(tǒng)中，回風段通風阻力較大。7#層回風段通風阻力為1 264 Pa，占整個通風系統(tǒng)阻力的60.5%；8#層回風段通風阻力為1 075 Pa，占通風系統(tǒng)阻力的51.2%。說明甘莊煤礦通風系統(tǒng)中回風路線較為復雜，欲降低整個礦井通風阻力，應從礦井回風巷道進行改造。

2）11#層爬坡皮帶巷，在通風網(wǎng)絡中屬于角聯(lián)巷道。角聯(lián)網(wǎng)絡屬于復雜通風網(wǎng)絡，風流難以控制。從目前看，礦井整體風流流動較為穩(wěn)定，但在今后11#層投產以后，隨著風網(wǎng)的增加，很難保證通風系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3）全礦井進風過于集中，造成7#層進風三叉口風量較大，使得7#層皮帶聯(lián)絡巷風速有所超限。

4）7#層總回風巷擔負全礦井回風任務，巷道布置不合理，巷道維護差，斷面不規(guī)則，導致巷道摩擦阻力系數(shù)增加，通風阻力大。

5）井下通風調節(jié)過多，大大增加了通風阻力，303采區(qū)尾巷維護比較差，斷面大，風速過小，配風不合理。

6）甘莊煤礦礦井總進風量、總回風量比較大，其中，通風機工況在（93.5，2 129.31）時，等積孔為2.02 m2，通風系統(tǒng)較容易，總體通風網(wǎng)絡中的通風阻力分配合理且與風量匹配。通風系統(tǒng)目前尚能滿足生產要求，但風機能力已接近飽和，不能滿足改擴建的要求。

從測定結果可看出，通風系統(tǒng)進風系統(tǒng)阻力分布比較均勻，沒有明顯的起伏。而回風系統(tǒng)的通風阻力明顯增大。主要原因是巷道起伏不定，并且有大量的雜物，巷道支護年久未修，巷道被破壞嚴重。

4 通風系統(tǒng)優(yōu)化

通風系統(tǒng)優(yōu)化的目的在于解決通風系統(tǒng)現(xiàn)存的主要問題，使井下通風地點的風量分配更加合理，風流流動更加穩(wěn)定，通風機運轉更加安全可靠。

針對甘莊煤礦通風系統(tǒng)存在的問題，對于通風系統(tǒng)優(yōu)化內容主要包括巷道改造和風網(wǎng)優(yōu)化。

4.1 巷道改造

目前，甘莊煤礦生產煤層為7#層和8#層，11#層還未投產。礦井通風阻力主要包括摩擦阻力和局部阻力。在降低通風阻力方面應從兩方面入手：一是改造修整7#層和8#層現(xiàn)有巷道，清理巷道內雜物以減小局部阻力，維護好已有巷道，使其進可能平整從而降低摩擦阻力系數(shù)；二是在未來布置11#層巷道時，巷道斷面配合支護應盡可能平整，系統(tǒng)應盡量簡化，力求整個通風系統(tǒng)阻力減小。

4.2 風網(wǎng)優(yōu)化

通過對甘莊煤礦通風阻力的測定分析，可從以下幾點進行優(yōu)化改造：

1）將7#層101回風大巷與101運輸大巷合并為回風大巷，擔負404盤區(qū)回風任務，可有效增大回風能力，減少調節(jié)風窗，減小礦井通風阻力。

2）西八盤區(qū)布置不合理，造成通風路線長，通風系統(tǒng)復雜，建議利用303盤區(qū)巷道，工作面沿走向布置，可有效縮短通風路線的長度，從而降低風流的摩擦阻力。

3）將8#層303盤區(qū)直接與回風斜井溝通，大大減輕7#總回風巷通風任務，縮短了303盤區(qū)的通風路線，可降低通風阻力。

4）將8#層101回風大巷與303盤區(qū)溝通，利用303盤區(qū)巷道，將西8#層風流直接引導至303盤區(qū)系統(tǒng)。

5 結論

1）本次通風阻力測定采用氣壓計逐點測定法，通過在井口固定位置放置氣壓計，可對井下測定數(shù)據(jù)進行校正，減小測量數(shù)據(jù)的誤差。

2）通過對甘莊煤礦井下7#層和8#層通風阻力的測定，礦井等積孔為2.02 m2，通風系統(tǒng)較容易，總體通風網(wǎng)絡中的通風阻力分配較為合理且與風量匹配。通風系統(tǒng)目前尚能滿足生產要求，但風機能力已接近飽和，在今后礦井改擴建，開采11#層時不能滿足要求，必須進行礦井系統(tǒng)優(yōu)化。

3）通風系統(tǒng)優(yōu)化可有效降低礦井通風阻力。甘莊煤礦在通風阻力測定結束后，根據(jù)優(yōu)化建議，將7#煤層101回風大巷與101運輸大巷合并，承擔404盤區(qū)回風任務取得顯著效果。

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[6]趙波，楊勝強，李偉，等.王莊煤礦通風阻力測定與分析[J].煤炭技術，2012，31（1）：101-103.

Resistance Measurement and Optimization of Ventilation System in Ganzhuang Mine

LU Jie,ZHANG Lei,CHEN Lian-cheng
(School of Coal Engineering,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037003)

According to the present status of mine ventilation system in Ganzhuang Mine,the ventilate route and point have been chosen and the base point gas pressure measuring method was applied to the mine ventilation resistance measurement and the total re?sistance and natural ventilation pressure was calculated.The ventilation difficulty degree was judged.The air income and outcome of present ventilation system and the cause were analyzed and the plan to reduce the resistance was provided through changing the ventila?tion network.

ventilation system;resistance measurement;optimization

P2

A

1674-0874(2014)04-0052-06

2013-10-12

山西省科技攻關項目[20100322013]；山西大同大學青年科研基金項目[2010Q22]

魯杰（1984-），男，山西大同人，碩士，講師，研究方向：采礦系統(tǒng)工程。

〔責任編輯 石白云〕