东滩煤矿通风阻力测定及自然风压测定

曹怀轩 ，李继良 ，陈 军

（1. 兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东邹城 273500；2. 山东科技大学，山东 青岛 266590）

0 引 言

东滩煤矿隶属于兖州煤业股份有限公司，属于国有股份制企业，位于以“孔孟之乡，礼仪之邦”闻名于世的山东省济宁市，历史文化资源和经济发展环境得天独厚，交通发达，铁路、公路、水路和海运条件非常便利。煤田处于兖州、曲阜、邹城三市交界处，面积60km2，可采储量4.4 亿t。该煤矿设计生产能力400万t/a，1989 年12 月建成投产，经多次技术改造和系统优化，核定生产能力1021.9 万t/a。服务年限为33.9年。主要通风机为法国产HDR280- 69 型轴流式风机，电机型号为PA100G90- 70/6，叶轮直径2.8m。当一台风机发生故障时，另一台风机按照设定的程序自动投入运行。风机性能优越，具有动态调整叶片角度来调整风机性能和风机叶片动态。鉴于东滩煤矿风机距今已有30 多年的历史，设备已经老化，风叶也出现故障，有必要对煤矿的通风阻力进行测定[1]。与此同时，矿井通风阻力的测定也是矿井通风网络计算和矿井通风能力核实的需要[2]。深井自然风压的变化对矿井通风系统的稳定性和矿井的安全生产具有明显的影响。了解自然风压的变化规律及其影响因素，根据矿山实际情况合理利用和控制自然风压。减轻自然风压对矿井通风系统的负面影响，对矿井安全生产、防灾和提高经济效益具有重要意义[3]。

1 井田概况

本井田位于山东省邹城、兖州、曲阜三市接壤地区，东西宽4.8km，南北长12.50km，面积约60km2。其中 3 煤、16上煤、17 煤全区可采。

井田地面标高+42.46m～+54.58 m，地势由东北向西南逐渐降低，坡度平缓。井口标高：主、副井为+49.85 m，西风井为+48.9m，北风井为+48.8m。

本井田含煤地层主要由二叠系下统山西组和石炭系上统太原组构成。山西组和太原组为主要含煤地层，平均总厚319m，含煤27 层，平均总厚18.77m，含煤系数5.88%；共含可采与局部可采煤层7 层（2、3、6、15上、16上、17、18上2），平均煤层总厚 12.92 m，其中主采煤层为 3（局部分为 3上、3下）、16上、17 煤，共厚10.58 m，占可采总厚的82%，特别是3 煤，厚度变化小、稳定，是该矿开采的主要煤层。

2 东滩煤矿通风阻力测定

2.1 测定步骤及主要测定参数

为了测定工作的正常进行，将会配备几名测定的人员，本次测定配备的人员及具体分工如下：

1）地面基点气压计读数，1 人；

2）测定各测点风流的绝对压力和相对压力，1人；

3）测定各测点风速，1 人；

4）测量各测点巷道的断面尺寸，1 人；

5）测定各测点干、湿球温度，1 人；

6）记录数据，1 人。

通过合理分工后，人员总数为3～4 人，其中测风员一名。

现场测定的主要参数有：绝对静压；两测点间的相对静压；大气压力；风速；巷道周长及面积；两测点的间距；干球温度；湿球温度。

2.2 测定路线选择

根据通风阻力测定的相关要求和标准，结合东滩煤矿矿井实际情况，选择了两条进回风路线长、风量相对较大且包含采煤工作面，从而能反映通风系统特征的特点，同时选择了多条辅测路线[4]。为了了解整个东滩矿井通风系统的阻力现状，根据应有的实际情况，其主要测量路线如下：

1）主测路线1（6303 准备工作面通风系统）

副井口→南翼轨道大巷→南翼轨道下山→6303轨顺→6303 工作面→6303 运顺→南翼总回风联→南翼总回风巷→西翼总回风巷→西回风井→西风井地面风硐。

图1 主测路线1 测点布置示意图

2）主测路线2（3306 工作面通风系统）。

副井口→副井底→东翼轨道石门→东翼轨道大巷→三采区行人巷→3306 轨道顺槽→3306 工作面→3306 运输顺槽→2 煤轨道巷→东翼新增回风巷→东翼第一回风巷→东翼上部回风巷→东翼总回风巷→北回风井→北风井地面风硐。

图2 主测路线2 测点布置示意图

3 通风系统阻力测定结果

矿井通风系统通风阻力的理论阻力值可按下式计算：

式中：Hf为矿井通风阻力的理论值，Pa；HC为扇风机房“U”型水柱计读数，Pa；Hvf为风机风硐内测压断面的速压，Pa；Hn为该系统的自然风压，Pa。

则矿井通风系统的测定误差按下式计算：

式中：δ 为相对误差，%，一般要求小于等于5%；Hs为矿井通风阻力的实测值，Pa。

1）西风井通风系统阻力测定。

2018 年 12 月 18 日、19 日，项目组测定成员对西风井通风系统进行了阻力测定，经过测定和计算，主测路线6303 工作面的累计总阻力为2195 Pa；测定当天，西风井风机房“U”型水柱计读数(风硐静压)为2250 Pa，西风井风硐计算动压为118 Pa，实测自然风压(累计位压差)为168 Pa，则理论计算的矿井通风阻力为：2250 Pa－118 Pa＋168 Pa＝2300 Pa。

按风机房“U”型水柱计读数计算阻力误差为：

绝对误差：△h＝｜2300－2195｜＝105(Pa)

相对误差：δ＝105÷2300＝4.54%＜5%

测定及计算误差符合要求，可用于下一步的网络解算。

2）北风井通风系统阻力测定。

2019 年 2 月 12 日 ～2 月 14 日，项目组成员进行了北风井通风系统阻力测定，经过测定和计算，主测路线3306 工作面累计总阻力为2827 Pa；测定当天，北风井风机房“U”型水柱计读数(风硐静压)为2780 Pa，北风井风硐计算动压为184 Pa，实测自然风压(累计位压差)为177 Pa，则理论计算的矿井通风阻力为：2780 Pa－184 Pa＋177 Pa＝2773 Pa。

按风机房“U”型水柱计读数计算阻力误差为：

绝对误差：△h＝｜2773－2827｜＝54（Pa）

相对误差：δ＝54÷2773＝1.95%＜5%

测定及计算误差符合要求，可用于下一步的网络解算。

4 自然风压的测定方法及结果

间接测定法是为了测定出进、回风两井筒空气柱的平均密度，间接求算出自然风压大小。为保证测定数据准确有效，在保证安全的前提下，采用多人多点定时测定温度。同时监测和记录地面大气压变化。间接法对生产影响小，可进行连续和长期观测，得到一年的自然风压变化曲线，此次自然风压的测定选用间接测定法。

采用间接计算法，联合相关巷道参数东滩煤矿全年四个季节典型月份自然风压测定结果进行统计，如表1 所示。

表1 东滩煤矿全年不同季节自然风压测定结果

从表1 可以看出：东滩煤矿自然风压在冬季达到最大为177 Pa，夏季自然风压最小值为102 Pa，自然风压波动范围为75 Pa。结合以上自然风压变化规律可以得知，对于东滩煤矿这一特定矿井来说，影响其自然风压变化的最主要因素是温度和湿度，由温度和湿度变化引起的空气密度改变是导致自然风压变化的最主要原因。

5 结 论

结合东滩煤矿现场实际情况及通风阻力计算结果，可得到以下结论：

1）东滩煤矿本次通风阻力测定，相对误差为1.95%，精度符合通风阻力测定要求[5]。

2） 6303 工作面通风系统进风段、用风段以及回风段阻力值所占比重较为均衡，基本与供风距离成正比例关系，主要是由于该工作面供风距离较短，没有折返路线，同时，通过现场调研发现为确保西风井系统14 采区的正常供风，6 采区存在人工增阻调风的情况。

3）3036 工作面通风系统进、回风段阻力值及所占比重偏高，而用风段距离占总距离的2.92%，阻力值仅占总阻力的5.3%，主要是由于该采区距离进回风井距离较远，单程均超过7000 米，属于典型的远距离供风，尤其是回风巷，部分巷道段存在年久失修的情况，导致通风阻力大幅度提高。

4）3036 工作面通风系统回风段普遍存在“之”字型回风，例如二煤回风巷与东翼第二皮带巷连接处、东翼第一回风巷与东翼上部回风巷交叉处等，直接导致部分巷道段局部阻力急剧增大，应该作为下一步通风系统优化的重点。

5）东滩煤矿自然风压主要受温度和湿度的影响，冬季自然风压达到最大为177 Pa，夏季自然风压最小值为102 Pa，自然风压波动范围为75 Pa，接下来将合理地利用和控制自然风压，降低自然风压对矿井通风系统的负面影