寺河煤矿二号井通风机静压力测算方法及影响因素

续鹏飞

(山西晋城煤业集团寺河煤矿二号井，山西 晋城 048019)

0 引言

矿井机械通风一般采用的是抽出式通风方式。抽出式通风可以保证作业人员的安全，为矿井提供良好的作业环境，起到防止矿井内瓦斯的积聚等作用。因此矿井的通风管理问题也是矿井安全管理的重中之重。

寺河煤矿二号井属于高瓦斯矿井，设计生产能力为1.8 Mt/a。矿井内所采取的通风方式为中央分列式通风，通风机的通风方法为抽出式通风，进风地点为副井、主斜井、1#进风井和2#进风井；回风地点为1#回风立井和2#回风立井。为了研究通风机静压力的正确测算方法，将寺河煤矿二号井的通风阻力和风机性能作为研究对象进行分析。

1 矿井负压的影响因素

1.1 矿井测压探头的布置

通风机设备都存在进行压力测定的相关设备接口，风机内的负压一般都会被导入通风机房内，为矿井负压的管理提供一些相关的参考。通风机的性能和经过风机的风量的大小以及测压探头不同的位置等因素直接决定着通风机房负压示数的大小。

图1 测压探头布置图

由图1可知，当矿井的测压探头布置在A-A断面时，通风机房压力值为hsA，断面所通过的风流速度是v1，而矿井的测压探头布置在B-B断面时通风机房压力值为hSB，断面所通过的风流速度是v2；根据佰努利方程式可知AB断面所损失的压力hRAB为

hRAB=(PA+hvA+ρAgZA)-(PB+hvB+ρBgZB)

(1)

式中：PA，PB—风流静压，Pa；hvA，hvB—风流动压，Pa；ρA,B—空气密度，kg/m3；ZA，ZB—A，B两处的标高，m。

因为AB这2个断面之间的距离比较短，其压力损失hRAB也相对更小，还有密度发生的变化也很轻微，可近似看成两者的密度相同，其次，这2个断面之间的有效通风面积也有很大的不同，A的有效通风面积比B的大，而这两断面的动压差值也比较大，即hvA>hvB；ZA和ZB基本保持在同一个水平面上，又因为AB两端的绝对静压PA=P0-hsA，PB=P0-hsB；故公式(1)可化简为

hsB=hsA-hvA+hvB-ρgZAB

(2)

通过上式能够发现hsA

1.2 矿井风流的影响

在风硐附近距离风机入口比较近的地方、风流较为稳定的断面上面放置测静压探头，它是利用传压管和风机房的水柱计相连接，从而测得这一断面上的风流的相对静压hs[5]。流体力学上证实，流线型的入口圆筒内某个截面上的静压强是相同的，不过，比较多的矿井风机入口风流极其不稳定，这是因为风硐和风机安装的接口断面有突变情况，而断面上那些位置不等的地方静压是否相同还需要经过试验测试才能知道。

在对寺河煤矿二号井的风机性能进行测试的时候，通过定量分析的方法，设想风硐中的风流是理想流体定常流动，在如图2所示中的B-B断面布置测压点，首先要对每个测点的静压进行测试，接着再结合三通管把每个测试点都连接到一块儿，最后接u型水柱计将每个测点的平均静压测试出来，主要数据见表1。

图2 B-B断面测点分布及测压管连接图

测点静压/ Pa测点静压/ Pa12 84262 86122 89072 81932 78982 83842 851均静压力2 83952 829

由表1数据可知，在相同的断面所处的位置不同其静压也是不同的，这是因为风硐与风机放置的接口断面发生突变，造成风机入口风流非常不稳定。

1.3 矿井通风系统的变化

对寺河煤矿二号井风机性能进行测试的时候，利用定性的方法模拟了井下风流短路以及为巷道增加阻力2个情况来观察风机房水柱计显示的数据变化情况。最开始是利用板阻法，在井下回风流的某个路段放置木板从而使有效通风断面减少，增大主要通风线路上的局部阻力，最后看出风机房的水柱计显示的数值在增大。换句话说，当风机房水柱计的读数迅速增加的时候，表明井下的主要通风路线中某地点的局部阻力开始增加；另外还可利用防爆盖及备用的风机道短路漏风以取代井下风流短路，在这一现象中可以看到风机房水柱计显示的数值有变少的情况。反言之，当风机房水柱计示数开始减少的时候，煤矿也许有瓦斯爆炸事故以及冲开防爆盖的情况出现。

2 矿井通风机静压力的测算方法

2.1 测算方法

寺河煤矿二号井通风系统可以选用以下阻力测试路线：副立井→井底车场→轨道运输大巷→西轨道运输大巷→94101轨道巷→943133胶带巷→94313工作面→943132回风巷→94102回风巷→9#煤西回风大巷→2#回风立井。根据阻力计算公式，实际测得的阻力为

=2 984.5 Pa

(3)

式中：hi→i+1—测点i到i+1间的压差，Pa。

寺河煤矿二号井风机房的负压是2 883 Pa；而在矿井风机本体处测试的负压值是3 275 Pa，该矿是采用抽出式的通风方式，根据矿井通风阻力和风机装置压力的关系，再对风机房水柱计读数推算可以得到的矿井通风阻力h阻为

h阻=Hs+HN=hs-hv+HN

(4)

式中：Hs—风机装置静压，Pa；HN—自然风压，Pa；hs—风机房水柱计读数，Pa；hv—动压，Pa。

(5)

式中：hZi→i+1—每个测点i与i+1间的空气柱压力，Pa。

通过计算可知风硐损失的压力hv1约为130.74 Pa，而风机所损失的压力hv2约为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 误差分析

通过实测可知阻力的相对误差计算公式为

(6)

式中：h阻测—寺河煤矿二号井的通风阻力，Pa；h阻—由风机房水柱计计算的矿井通风总阻力，Pa。

3 结论

(1)影响矿井通风机静压的有关因素有测压处风流的扰动、在测压处所安装的探头的位置以及寺河煤矿二号井通风系统的变化等3方面的因素。

(2)对矿井进行安全管理时，要保证风机房的管理水平，还需要按照规定配置相关的专兼职安全管理人员。

(3)风机静压的正确测试方法和其采用的仪器精准度、测试过程有密不可分的关系；风机静压时常会受到测压点的风流干扰，此外其数值变化还会受到测压探头的放置点、井下通风系统的变化影响。