矿井通风摩擦阻力产生的原因及降阻方法

赵文利

（大同煤炭职业技术学院，山西大同037003）

矿井通风摩擦阻力产生的原因及降阻方法

赵文利

（大同煤炭职业技术学院，山西大同037003）

矿井通风阻力是影响矿井通风的重要因素.通常情况下，矿井通风的阻力分为摩擦阻力和局部阻力两类.摩擦阻力是矿井通风总阻力的主要部分.本文介绍了矿井通风摩擦阻力产生的原因及降低摩擦阻力的方法.

矿井通风；摩擦阻力；降阻措施

伴随着煤矿安全生产的日渐重视，煤矿瓦斯治理是安全生产的重中之重，而矿井通风是解决瓦斯积聚的重要手段.矿井通风阻力是影响矿井通风的重要因素，通风阻力越大，损失的能量越多.根据我国对617对井口和1023个风井的调查和统计，有40%的矿井风阻力属于中阻力和大阻力矿井，个别矿井的通风电耗甚至占到了矿井总电耗的50%.降低通风阻力，提高通风能力是一项长期的、经常性的工作.矿井通风总阻力中的摩擦阻力是主要影响部分，如何减小摩擦阻力对矿井通风有着至关重要的作用.本文首先分析了矿井通风摩擦阻力产生的直接原因，然后针对性的提出降低矿井通风摩擦阻力的方法.

1 矿井通风摩擦阻力产生的原因

通常情况下矿井通风阻力分为摩擦阻力和局部阻力两类，它们与风流的状态有关系.一般情况下，摩擦阻力是矿井通风总阻力的主要组成部分.

1.1 摩擦阻力

当空气在井巷中流动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力.流体在运动中有层流流动和紊流流动两种不同状态.层流，是指流体各层的质点相互不混合，呈束状，为有秩序地流动，各流束的质点没有能量交换.质点的流动轨迹为直线或有规则的平滑曲线，并与其通道轴线方向基本平行.紊流和层流相反，体质点在流动过程中有强烈混合和相互碰撞，质点之间有能量交换，质点的流动轨迹极不规则，除了有总流方向的流动外，还有垂直或斜交总流方向的流动，流体内部存在着时而产生、时而消失的涡流.根据雷诺公式Re=（v表示流体的流动状态与平均流速，d表示管道直径，σ表示流体的运动粘性系数），流体在直圆管内流动时，当雷诺数Re<2320时，流动状态为层流；当雷诺数Re>4000时，流动状态为紊流；在2320≤Re≤4000之间时，流动状态不是固定的，由管壁的粗糙程度、流体进入管道的情况而定，称为不稳定的过渡区.雷诺数Re=2300时，对应的临界风速为0.012m/s《.规程》规定，井巷中的最低允许风速为0.15m/s，由此可见，矿井内所有通风井巷中的风流均为紊流状态.

1.2 摩擦阻力公式

在完全紊流状态下，摩擦阻力的计算公式是:

(1)式中:hf为摩擦阻力；Rf为巷道的摩擦风阻；λ为沿程阻力系数（由实验可求得到）；ρ为空气密度；S为巷道的断面；U为巷道的周界；L为巷道的长度；Q为巷道的风量.

对于已经确定的井巷，巷道的长度L、周界U、断面S以及λ巷道的沿程阻力系数都是确定的，把L、U、S、λ、ρ用一个参数Rf来表示，得到下式:

(2)式中:Rf为摩擦风阻.显然Rf是空气密度、巷道的粗糙程度、断面积、断面周长、井巷长度等参数的函数.当这些参数确定时，摩擦风阻Rf值是固定不变的.所以，可将Rf看作反映井巷几何特征的参数，它反映的是井通风的难易程度.

(3)式就是完全紊流时摩擦阻力定律，它说明了摩擦风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比.

2 降低矿井通风摩擦阻力的方法

2.1 减少沿程阻力系数λ

矿井通风设计时尽量用摩擦阻力系数较小的支护方式，如锚喷、砌碹、锚锁、钢带等.施工时一定要保证施工质量，应尽量采用光爆工艺，尽可能使井巷壁面平整光滑，使井巷壁面的凹凸度不大于50mm.对于支巷道，要注意支护质量，支架不仅要整齐一致，而且还要刹帮背顶，并且要注意支护密度.及时修复被破坏的支架，失修率不大于7%.在不设支架的巷道，一定注意把顶板、两帮和底板修整好，以减少摩擦阻力.

2.2 选择适中的井巷风量Q

因为摩擦阻力与风量的平方成正比，生产矿井应随着生产情况及规模的变化，及时调整风机能力，使之适应生产的需要.及时调节主通风机的工作功率，减少矿井富裕总风量.避免巷道内风量过于集中，要尽可能使矿井的总进风早分开、总回风晚汇合.提高有效风量，减少风门漏风，对于中央边界风井风门漏风的问题，采取由两道风门在增加一道变成三道风门；永久风门采取加大包边材料厚度；经常通过大件设备地点采用组合式风门，应随时通过，随时分解安装.

2.3 选用周界较小的井巷断面U

在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形次之，矩形和梯形的周长较大.因此，在矿井通风设计时，一般要求立井井筒采用圆形断面，斜井、石门、大巷等主要井巷采用拱型断面，次要巷道及采区内服务年限不长的巷道可以考虑梯形断面.

2.4 保证井巷通风断面S

因为摩擦阻力与通风断面积的3次方成反比，所以扩大井巷断面能大大降低通风阻力，当井巷通过的风量一定时，井巷断面扩大33%，通风阻力可减少一半.对于主风流线上的高风阻区段，要尽量增大其断面面积.当受到技术和经济条件的限制，不能任意扩大井巷断面时，可以开掘并联巷道.在日常通风管理工作中，要经常修整巷道，减少巷道堵塞物，使巷道清洁、完整、畅通，保持巷道足够断面.

2.5 减少巷道长度L

因为巷道的摩擦阻力与巷道长度成正比，所以在矿井通风设计和通风系统管理时，在满足开拓开采的条件下，要尽量缩短风路长度，及时封闭废弃的旧巷和采空区.同时随着矿井生产的发展，通风线路会不断加长，而瓦斯量的增加，将导致风量和摩擦阻力大增，当利用现有通风系统不经济时，可以考虑开掘新井巷降阻通风.

2.6 使用并联风道通风

在矿井通风中，采用并联风道.采用并联风道的矿井通风风阻R并小于任一风道上的风阻Ri.当主扇风机安装叶片度一定时，并联风道法可以降低通风阻力，改善矿通风系统.

3 结论

笔者所在的大同煤矿集团有限责任公司，是与新中国同龄的大型国有企业.口泉沟的煤矿大多数矿井已经资源枯竭，而云岗沟的煤矿开采巷道普遍都比较长，新建设成功的塔山矿由原来规划的年产一千万吨增至二千万吨，这些都对矿井提出了更高的通风要求增大，但同煤集团技术部门通过合理选择巷道断面、形状、支护等参数，采取有效措施，可以降低通风阻力，减少能源损失，降低通风阻力很好的解决了当前制约企业发展的瓶颈.综上所述，降低通风阻力具体措施是多种多样的，本着因地制宜，简单可行的原则通过方案比较选取有效措施，从而达到提高矿山企业效益的目的.

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TD724

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1673-260X（2010）11-0078-02