續(xù)鵬飛

(山西晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河煤礦二號(hào)井，山西 晉城 048019)

0 引言

礦井機(jī)械通風(fēng)一般采用的是抽出式通風(fēng)方式。抽出式通風(fēng)可以保證作業(yè)人員的安全，為礦井提供良好的作業(yè)環(huán)境，起到防止礦井內(nèi)瓦斯的積聚等作用。因此礦井的通風(fēng)管理問題也是礦井安全管理的重中之重。

寺河煤礦二號(hào)井屬于高瓦斯礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1.8 Mt/a。礦井內(nèi)所采取的通風(fēng)方式為中央分列式通風(fēng)，通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)方法為抽出式通風(fēng)，進(jìn)風(fēng)地點(diǎn)為副井、主斜井、1#進(jìn)風(fēng)井和2#進(jìn)風(fēng)井；回風(fēng)地點(diǎn)為1#回風(fēng)立井和2#回風(fēng)立井。為了研究通風(fēng)機(jī)靜壓力的正確測(cè)算方法，將寺河煤礦二號(hào)井的通風(fēng)阻力和風(fēng)機(jī)性能作為研究對(duì)象進(jìn)行分析。

1 礦井負(fù)壓的影響因素

1.1 礦井測(cè)壓探頭的布置

通風(fēng)機(jī)設(shè)備都存在進(jìn)行壓力測(cè)定的相關(guān)設(shè)備接口，風(fēng)機(jī)內(nèi)的負(fù)壓一般都會(huì)被導(dǎo)入通風(fēng)機(jī)房內(nèi)，為礦井負(fù)壓的管理提供一些相關(guān)的參考。通風(fēng)機(jī)的性能和經(jīng)過風(fēng)機(jī)的風(fēng)量的大小以及測(cè)壓探頭不同的位置等因素直接決定著通風(fēng)機(jī)房負(fù)壓示數(shù)的大小。

圖1 測(cè)壓探頭布置圖

由圖1可知，當(dāng)?shù)V井的測(cè)壓探頭布置在A-A斷面時(shí)，通風(fēng)機(jī)房壓力值為hsA，斷面所通過的風(fēng)流速度是v1，而礦井的測(cè)壓探頭布置在B-B斷面時(shí)通風(fēng)機(jī)房壓力值為hSB，斷面所通過的風(fēng)流速度是v2；根據(jù)佰努利方程式可知AB斷面所損失的壓力hRAB為

hRAB=(PA+hvA+ρAgZA)-(PB+hvB+ρBgZB)

(1)

式中：PA，PB—風(fēng)流靜壓，Pa；hvA，hvB—風(fēng)流動(dòng)壓，Pa；ρA,B—空氣密度，kg/m3；ZA，ZB—A，B兩處的標(biāo)高，m。

因?yàn)锳B這2個(gè)斷面之間的距離比較短，其壓力損失hRAB也相對(duì)更小，還有密度發(fā)生的變化也很輕微，可近似看成兩者的密度相同，其次，這2個(gè)斷面之間的有效通風(fēng)面積也有很大的不同，A的有效通風(fēng)面積比B的大，而這兩斷面的動(dòng)壓差值也比較大，即hvA>hvB；ZA和ZB基本保持在同一個(gè)水平面上，又因?yàn)锳B兩端的絕對(duì)靜壓PA=P0-hsA，PB=P0-hsB；故公式(1)可化簡為

hsB=hsA-hvA+hvB-ρgZAB

(2)

通過上式能夠發(fā)現(xiàn)hsA

1.2 礦井風(fēng)流的影響

在風(fēng)硐附近距離風(fēng)機(jī)入口比較近的地方、風(fēng)流較為穩(wěn)定的斷面上面放置測(cè)靜壓探頭，它是利用傳壓管和風(fēng)機(jī)房的水柱計(jì)相連接，從而測(cè)得這一斷面上的風(fēng)流的相對(duì)靜壓hs[5]。流體力學(xué)上證實(shí)，流線型的入口圓筒內(nèi)某個(gè)截面上的靜壓強(qiáng)是相同的，不過，比較多的礦井風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流極其不穩(wěn)定，這是因?yàn)轱L(fēng)硐和風(fēng)機(jī)安裝的接口斷面有突變情況，而斷面上那些位置不等的地方靜壓是否相同還需要經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試才能知道。

在對(duì)寺河煤礦二號(hào)井的風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，通過定量分析的方法，設(shè)想風(fēng)硐中的風(fēng)流是理想流體定常流動(dòng)，在如圖2所示中的B-B斷面布置測(cè)壓點(diǎn)，首先要對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的靜壓進(jìn)行測(cè)試，接著再結(jié)合三通管把每個(gè)測(cè)試點(diǎn)都連接到一塊兒，最后接u型水柱計(jì)將每個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均靜壓測(cè)試出來，主要數(shù)據(jù)見表1。

圖2 B-B斷面測(cè)點(diǎn)分布及測(cè)壓管連接圖

測(cè)點(diǎn)靜壓/ Pa測(cè)點(diǎn)靜壓/ Pa12 84262 86122 89072 81932 78982 83842 851均靜壓力2 83952 829

由表1數(shù)據(jù)可知，在相同的斷面所處的位置不同其靜壓也是不同的，這是因?yàn)轱L(fēng)硐與風(fēng)機(jī)放置的接口斷面發(fā)生突變，造成風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流非常不穩(wěn)定。

1.3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的變化

對(duì)寺河煤礦二號(hào)井風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，利用定性的方法模擬了井下風(fēng)流短路以及為巷道增加阻力2個(gè)情況來觀察風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)顯示的數(shù)據(jù)變化情況。最開始是利用板阻法，在井下回風(fēng)流的某個(gè)路段放置木板從而使有效通風(fēng)斷面減少，增大主要通風(fēng)線路上的局部阻力，最后看出風(fēng)機(jī)房的水柱計(jì)顯示的數(shù)值在增大。換句話說，當(dāng)風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)的讀數(shù)迅速增加的時(shí)候，表明井下的主要通風(fēng)路線中某地點(diǎn)的局部阻力開始增加；另外還可利用防爆蓋及備用的風(fēng)機(jī)道短路漏風(fēng)以取代井下風(fēng)流短路，在這一現(xiàn)象中可以看到風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)顯示的數(shù)值有變少的情況。反言之，當(dāng)風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)示數(shù)開始減少的時(shí)候，煤礦也許有瓦斯爆炸事故以及沖開防爆蓋的情況出現(xiàn)。

2 礦井通風(fēng)機(jī)靜壓力的測(cè)算方法

2.1 測(cè)算方法

寺河煤礦二號(hào)井通風(fēng)系統(tǒng)可以選用以下阻力測(cè)試路線：副立井→井底車場→軌道運(yùn)輸大巷→西軌道運(yùn)輸大巷→94101軌道巷→943133膠帶巷→94313工作面→943132回風(fēng)巷→94102回風(fēng)巷→9#煤西回風(fēng)大巷→2#回風(fēng)立井。根據(jù)阻力計(jì)算公式，實(shí)際測(cè)得的阻力為

=2 984.5 Pa

(3)

式中：hi→i+1—測(cè)點(diǎn)i到i+1間的壓差，Pa。

寺河煤礦二號(hào)井風(fēng)機(jī)房的負(fù)壓是2 883 Pa；而在礦井風(fēng)機(jī)本體處測(cè)試的負(fù)壓值是3 275 Pa，該礦是采用抽出式的通風(fēng)方式，根據(jù)礦井通風(fēng)阻力和風(fēng)機(jī)裝置壓力的關(guān)系，再對(duì)風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù)推算可以得到的礦井通風(fēng)阻力h阻為

h阻=Hs+HN=hs-hv+HN

(4)

式中：Hs—風(fēng)機(jī)裝置靜壓，Pa；HN—自然風(fēng)壓，Pa；hs—風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù)，Pa；hv—?jiǎng)訅?，Pa。

(5)

式中：hZi→i+1—每個(gè)測(cè)點(diǎn)i與i+1間的空氣柱壓力，Pa。

通過計(jì)算可知風(fēng)硐損失的壓力hv1約為130.74 Pa，而風(fēng)機(jī)所損失的壓力hv2約為499.73 Pa，因此：h阻1=hs1-hv1+HN=2 883-130.74+168.77=2 921.03 Pa,h阻2=hs2-hv2+HN=3 275-499.73+168.77=2 944.04 Pa。

2.2 誤差分析

通過實(shí)測(cè)可知阻力的相對(duì)誤差計(jì)算公式為

(6)

式中：h阻測(cè)—寺河煤礦二號(hào)井的通風(fēng)阻力，Pa；h阻—由風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)計(jì)算的礦井通風(fēng)總阻力，Pa。

3 結(jié)論

(1)影響礦井通風(fēng)機(jī)靜壓的有關(guān)因素有測(cè)壓處風(fēng)流的擾動(dòng)、在測(cè)壓處所安裝的探頭的位置以及寺河煤礦二號(hào)井通風(fēng)系統(tǒng)的變化等3方面的因素。

(2)對(duì)礦井進(jìn)行安全管理時(shí)，要保證風(fēng)機(jī)房的管理水平，還需要按照規(guī)定配置相關(guān)的專兼職安全管理人員。

(3)風(fēng)機(jī)靜壓的正確測(cè)試方法和其采用的儀器精準(zhǔn)度、測(cè)試過程有密不可分的關(guān)系；風(fēng)機(jī)靜壓時(shí)常會(huì)受到測(cè)壓點(diǎn)的風(fēng)流干擾，此外其數(shù)值變化還會(huì)受到測(cè)壓探頭的放置點(diǎn)、井下通風(fēng)系統(tǒng)的變化影響。