矿井通风阻力系统误差分析法在香源煤业的运用

闫卫宏

（汾西矿业集团香源煤业公司，山西 交城 030500）

在对煤矿进行通风的过程中，风流流经巷道、硐室，会形成通风阻力，主要包括流体流动的粘滞力、高速风流与巷道顶底板、两帮的阻滞力、通风构筑物产生的阻力及巷道内部堆放材料、机械的阻力[1-2]。通过通风阻力的测定可以有效的了解整个矿井通风阻力分布的大致情况进而合理调节风量；可以获得各巷道实时风量，通过交汇点的风量比较确定风量流失情况，以便实施合理的防漏风措施；可以用以区分通风容易时期和通风困难时期，使不同时期通风系统布置和参数更为合理化[3]。然而，由于存在地面与井底人员测量不同步、测点位置选择不合理、漏风等情况，测量结果往往值得商榷，因此，在测得通风阻力后宜采用系统误差分析法进行验证[4]。

1 工程背景

香源煤业有限责任公司位于山西省交城县岭底乡申家圪垛村北部，隶属山西汾西矿业集团公司。矿井井田面积9.093 km2，开采深度由+950 m～+650 m标高，矿井设计生产能力为0.90 Mt/a。矿井属高瓦斯矿井。各煤层煤尘均具有爆炸危险性，2号煤层为容易自燃煤层，3号煤层为自燃煤层，4号煤层为容易自燃煤层，地温正常，开采条件总体较好。矿井通风方式为中央分列式，矿井通风方法为机械抽出式。目前香源煤业使用2台BDK618-8-No25对旋式轴流风机，额定功率为500 kW，1台工作，1台备用。

2 阻力测定过程及结果

出于保证通风测量准确性和在短时间内风量、风速相对变化不大的考虑，将地面测量位置选择在井口，并在煤科集团沈阳研究院有限公司测量技术人员的参与和本单位人员的配合下，于2016年4月22日，利用一个班的时间迅速完成了该次测量，采用的方法是地面测量位置相对固定，井下地面同时进行的基点测量法。

本次通风阻力测定所用的仪器仪表有：JFY-1本安型矿井通风负压检测仪2台，DHM-2型矿用干湿温度计2台，微、中、高速风表各1块，秒表3块，皮尺(5 m和50m)各1把，记录表格（自制）若干。

测风人员随身携带负压仪，其中一组人员停留在井口进行基点测量，另一组人员在井下进风及回风汇合点处进行测量。井上以5 min/次的测量频率进行记录，井下则无频率限制，到达测量地点后即可进行测量，井上下采用秒表保持大体同步。在测量气压的同时也利用DHM-2型矿用干湿温度计测定巷道风流的干、湿温度、风量以及断面几何参数，在可能的范围内尽量减少测量误差，以保证数据的准确性。

本次测量线路分为两路，由通风网络可见（见图1）。

图1 香源煤业通风网络

如图1所示，本次矿井通风阻力测定路线选择两条，一条经过掘进工作面，一条经采区轨道下山（阻力较小，不予考虑），路线为：材料斜井井口（1）→材料斜井井底（2）→轨道巷（3）→20102运巷口（4）→20102工作面（5）→回风下山（6）→回风下山（7）→回风下山（8）→总回风巷（9）→总回风巷（10）→总回风巷（11）。经测定，确定了各段巷道阻力及需要注意的进、回风大阻力段，如表1所示。

表1 香源煤业有限责任公司掘进工作面线路阻力分布

3 误差分析

测量之前，在通风机房测量了U型水柱计的读数。根据系统阻力误差的定义：系统阻力误差是指按通风机房水柱计读数计算出的系统理论通风阻力与实测系统通风阻力之比，即相对误差[5]。该误差的存在影响整个测试工作的准确性的控制，对系统误差的分析有助于对测量结果进行检验和把握。主要的计算公式为公式（1）：

式中：hr为实测总阻力，Pa；∑hi-j为实测巷道i-j段的通风阻力，Pa；hr′为理论通风阻力，Pa；φ 为误差限值，%。

香源煤业采用抽出式通风，根据测得的矿井通风阻力与采用的风机装置压力关系，系统理论通风阻力可按式（3）计算：

式中：hs为主扇相对静压，即通风机房U型水柱计的读数，Pa；hv为速压，Pa；hn为矿井自然风压，Pa。

3.1 精度要求

香源煤业测得的阻力值为1500～3000 Pa，根据表2所示的阻力精度，因此香源煤业的相对误差宜控制在5%～10%以下[6]。

表2 矿井通风系统阻力精度

3.2 误差分析

本次测风工作，实测了经过掘进工作面和采区轨道下山两条线路的通风阻力，以及沿途各测点的阻力情况，其中线路一对应的阻力值为1782.4Pa，根据风机房U型水柱计实测相对静压为1780 Pa，依据风硐巷道断面及风量计算风硐内的动压hv为：

根据上述公式，对本次通风阻力测定结果误差限值检验如下：

对于通风阻力为1500～3000 Pa的矿井，若Φ≤5%～10%，则认为测定是正确的。本次通风阻力测定结果正确，测定结果可作为矿井通风系统分析的依据。

4 结语

1）香源煤业此次通风阻力报告分别测得掘进工作面线路和采区轨道下山线路，测得掘进工作面阻力为1782.4 Pa，大阻力段主要分布在材料斜井和总回风巷。

2）采用矿井通风阻力系统误差分析法对测定结果进行检验，误差限值为3.64%，小于5%～10%，认为本次测定结果正确。