矿井通风阻力的统计与分析

2021-06-15高志松张孝广

煤 2021年6期

高志松，张孝广

(1.山西省节能中心有限公司，山西太原 030045;2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400039)

矿井通风在煤矿安全生产中具有举足轻重的地位，是煤矿安全生产和井下工作人员生命安全健康的保障，是煤矿预防瓦斯事故、粉尘危害、火灾事故的前提。空气沿着井下巷道流动，遇到障碍物或者与井巷摩擦都必然造成能量损失，这部分损失的能量就是矿井通风阻力。

《煤矿安全规程》规定：新井投产前必须进行1次矿井通风阻力测定，以后每3年至少进行1次。矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定。AQ1028-2006《煤矿井工开采通风技术条件》对不同矿井通风系统风量下系统的通风阻力值做了明确限定(见表1)，MT/T400-2008《矿井通风阻力测定方法》对矿井通风阻力测定进行了详细规定，国内研究机构还根据部分矿井巷道摩擦阻力系数实测数据，编制了供通风设计参考的井巷摩擦阻力系数表。

表1 矿井通风阻力要求

理清矿井通风阻力，能更好地评价矿井的通风能力，清楚地了解矿井通风阻力分布情况，是矿井通风系统优化的重要依据，为矿井防灭火设计提供重要数据，故掌握矿井通风阻力对煤矿安全生产有着至关重要的作用。

通过对山西省231座生产矿井通风系统通风阻力的统计，分析影响矿井通风阻力的几个关键因素以及内在联系，同时还分析矿井阻力分布情况及影响因素，对矿井通风系统设计以及优化有着积极的指导意义。

1 矿井通风阻力的统计与分析

1.1 矿井统计概况

山西省是我国主要煤炭生产大省，截至2020年12月底，全省共有生产煤矿668座，合计产能104 560万t/a。其中产能120万t及以上的有324座，产能77 360万t/a，占总产能的74%，产能在90万t及以下的有340座，合计产能26 590万t，占总产能的25%[5]。

本次统计矿井涵盖全省11个地级市，共统计231座矿井通风系统，包含因矿井通风系统有重大变化而再次进行通风阻力测定的矿井。按矿井瓦斯等级，低瓦斯矿井占115座·次，占统计总数的49.8%，高瓦斯矿井96座·次，占统计总数的41.6%，突出矿井20座·次，占统计总数的8.6%。按矿井核定年产能统计(见表2)，产能90万t/a及其以下的107座·次，占统计总数的46.3%；产能90万t/a以上且产能小于300万t/a的98座·次，占统计总数的42.5%；产能300万t/a及其以上且产能小于500万t/a的13座·次，占统计总数的5.6%；产能500万t/a及其以上的13座·次，占统计总数的5.6%.

表2 按产能分矿井数量和比例

1.2 矿井通风阻力、系统风量及矿井等级孔

矿井通风阻力、系统风量及矿井等级孔三者之间的关系可用下式表示：

式中：h为矿井通风阻力，Pa；Q为矿井或系统总风量，m3/min；A为等积孔，m2。

统计分析的231座矿井中包含有2个及2个以上回风井的矿井，分别对每个独立通风系统的通风阻力、风量及等积孔进行统计分析。

1) 系统风量Q≤3 000 m3/min，共7座·次，其中低瓦斯矿井5座·次，高瓦斯矿井2座·次，无突出矿井；产能45万t/a的1座·次，产能120万t/a的6座·次；矿井或系统通风阻力h最小值为123.1 Pa，最大值为1 591.5 Pa，平均值为689.8 Pa；等积孔A最小值为1.26 m2，最大值为3.00 m2，平均值2.01 m2；通风路线长度L最短为2 239 m，最长为6 558 m，平均4 269 m。

可见，当系统风量较小时，主要为低瓦斯矿井，矿井产能较小，矿井通风阻力较小，等积孔较小，通风路线距离较短。

2) 系统风量3 000 m3/min

可见，当系统风量3 000 m3/min

3) 系统风量5 000 m3/min

表3 5 000 m3/min

可见，当系统风量5 000 m3/min

4) 系统风量10 000 m3/min

表4 10 000 m3/min

可见，当通风系统风量10 000 m3/min

5) 此次未统计到单风井通风系统风量Q>20 000 m3/min的矿井。

根据以上统计分析可知，随着矿井通风系统风量的不断增大，高瓦斯矿井和突出矿井所占比例有增大趋势，大型矿井所占比例逐渐增大，系统通风阻力、等积孔及通风路线等也不断增长。

2 “三段”通风阻力分布分析

矿井通风阻力测定中，通常把通风系统分为进风段、用风段、回风段等三段，进风段一般指从进风井—主要进风巷—采区进风巷—工作面进风口，用风段主要指从工作面进风口—进风巷—工作面—回风巷—回风口，回风段指从工作面回风巷口—采区回风巷—主要回风巷—回风井—风硐口。通过计算“三段”通风阻力值，可以很好地掌握矿井通风阻力的分布情况，为矿井通风系统优化、进一步降低矿井通风阻力提供支撑。

1) 进风段通风阻力占系统通风阻力比例最大的有44座矿井，占19.0%；用风段通风阻力占系统通风阻力比例最大的有25座矿井，占10.8%；回风段通风阻力占系统通风阻力比例最大的有162座矿井，占70.1%，可见，通风阻力一般主要集中在回风段，进风段次之，用风段最少。

2) 进风段通风阻力占比情况见表5，由表5可知：进风段占比主要集中在15%～45%，主要原因是进风井多为两个及其以上，进风相对分散，进风大巷支护相对完好，巷道底鼓、变形等现象较少，进风段巷道摩擦阻力系数相对较小，风阻较小，最终导致进风段阻力相对较小，所占比例较小。

表5 进风段通风阻力占比

3) 用风段通风阻力占比情况见表6，由表6可知：用风段占比主要集中在30%以内，主要因为工作面风量一般较小，通风路线距离较短；部分系统用风段通风阻力较大，主要是因为工作面离回风井较近，为保证距回风井较远巷道的风量，必须在工作面进风巷道或者回风巷道安装控风设施，导致用风段通风阻力增大。

表6 用风段通风阻力占比

4) 回风段通风阻力占比情况见表7，由表7可知：回风段占比主要集中在30%以上，大的甚至达到70%以上。除了回风巷风量集中及通风路线距离较长等因素外，主要有以下原因，导致通风阻力变大。一是矿井初步设计时回风巷道断面较小，后期矿井提升产能，导致矿井需风量增大，而回风巷道没有进行重新设计或扩巷；二是由低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井或突出矿井后，回风巷道安装瓦斯抽采管路，而没有进行及时扩巷；三是由于保护煤柱距离较小或者矿井地压过大，随着工作面的不断回采，导致巷道底鼓、片帮等现象发生；四是管理上的疏忽，由于回风巷道平时行人较少，且发生底鼓、片帮等情况时扩巷成本较高，企业不愿花费人力物力进行维护。