优化盘区通风系统并联回风降低通风阻力探讨

尹建丰

（晋能控股煤业集团有限公司忻州窑矿，山西 大同 037021）

忻州窑矿东三盘区14-3#层布置有1 个综采工作面、1 个备用工作面、2 个掘进工作面，配风量最大时达到6163 m³/min。现在东三风井主要通风机叶片角度为0°（通风系统调整前角度），负压为2390 Pa，风量为5300 m³/min。利用东三11-2#原轨道巷并联回风，在一定程度上增加了通风断面，但在东三11-2#原轨道巷有多处拐弯及风流汇合分岔点，也增加了局部风阻。本文就东三盘区11-2#层巷道改造步骤和改造前后的风阻变化进行分析[1-3]。

1 东三盘区11-2#层巷道改造方案

（1）在东三11#层2514下绕道口（回风侧）距盘区回风巷2 m 处施工一道永久密闭，然后拆除2514下系统的两道调节风门，在东三11#2514下巷口距轨道巷2 m 处施工一道永久密闭，将东三11#层2514下系统永久封闭。

（2）在东三11#层轨道补巷口处施工两道风门，拆除轨道补巷与11#层回风巷相交风桥。

（3）在东三11#层二斜井上车场施工两道联锁的正向风门和两道反向风门（规格：1.8 m×2.2 m）。

（4）为避免角联形成微风区，在东三11#层轨道补巷口和轨道巷口处施工两道密闭。

2 改造前后通风路线以及各条路线参数分析

2.1 通风路线改造

改造前通风路线：14-3#层东三盘区回风暗斜井→11-2#层东三盘区集中回风巷→东三风井。

改造后通风路线：东三盘区14-3#回风暗斜井→东三盘区11-2#回风巷东部（与东三盘区11-2#轨道巷东部并联）→东三盘区11-2#进风补巷（与东三盘区11-2#集中回风巷西并联）→东三盘区11-2#集中回风巷→东三风井。如图1。

图1 改造后简单通风网络

2.2 各巷道风阻实测统计

表1 为改造前后各条通风路线风阻，系统改造前回风系统为串联巷道，轨道巷、进风补巷并未作为回风巷使用。东三11-2#层回风系统整体风阻为东三11-2#回风巷东部、东三11-2#回风巷西部、东三11-2#回风巷中部风阻之和，其大小为0.309 N·s2/m8。

表1 各巷道的风阻统计

11-2#层通风系统优化改造后，为并联风网，其整体风阻可按下式进行计算：

式中：R总为并联风网总风阻，R1、R2为各分支巷道风阻，单位均为N·s2/m8。

改造后11-2#回风巷风阻为：

11-2#层与轨道巷并联后，通风系统整体风阻为：

由以上计算可知，在不考虑巷道风流分叉汇合的情况下巷道整体风阻大约降低0.291 3 N·s2/m8。不考虑巷道局部风阻的情况下，东三盘区11-2#层通风阻力h=R·Q2=0.019 5×（6163/60）2=205.75 Pa。

而巷道局部通风阻力情况并不能通过风阻进行简单的分析，下面代入巷道风量进行计算[4]，以求出其通风系统改造后通风阻力降低值，且在并联风网中分支所分配的风量取决于并联网络总风阻与该分支的风阻之比，具体公式如下：

式中：Qi为分支风量，m³/min；Ri为分支风阻，N·s2/m8；Rs为风网总风阻，N·s2/m8；Qs为风网总风量，m³/min。

东三14-3#层最大配风量为6163 m³/min，各巷道风量分配具体见表2。

表2 巷道各测点风量

东三11-2#层通风系统改造后有两处风流汇合和两处风流分岔情况，各巷道分叉汇合处多为90°角与45°角。汇合点为东三风井汇合点、回风补巷与回风正巷汇合点，两处汇合点为90°角；分叉点为东三11-2#回风巷东部分叉点、东三11-2#轨道巷中部分叉点，分叉点为45°角。

风流汇合或分岔的局部阻力计算公式为：

式中：h为局部阻力，Pa；K为巷道粗糙度影响系数，由巷道摩擦阻力系数α决定，东三11-2#巷道摩擦系数在0.005～0.01 之间，取0.007，K值取1.1；v1、v2为分岔巷道中风流速度，m/s；θ为分岔巷道与原巷道夹角，（°）；ρ为空气密度，取1.20 m3/kg。

由以上计算可知，采用并联风网进行通风时所产生的局部风阻为348.91 Pa（表3），巷道摩擦阻力为199.116 Pa，局部通风阻力占巷道总风阻较大部分。如何减少局部通风阻力对减少并联风网的通风总阻力具有很大的作用。由局部风阻公式可知，在减少局部风阻时需要考虑到以下几个方面：

表3 局部通风阻力数据分布

（1）在系统改造时产生的巷道风流汇合和分岔点，要尽量减小分岔巷道与原巷道的角度，并保证分岔点的巷道断面平滑，避免巷道突然变大和变小的情况。

（2）在系统改造时，对巷道进行清理以减小巷道摩擦阻力系数，减少K值。

（3）并联巷道内整体风压相同，要尽量减小分支巷道的风阻，以避免产生微风区。

（4）在构筑并联通风网络时，尽量避免产生角联风路，避免产生微风区。

3 系统改造前后通风总阻力变化

由于以上只考虑的是东三11-2#层通风阻力变化，根据矿井通风阻力测定东三盘区14-3#层通风阻力为1020 Pa。11-2#层通风系统改造前总体风阻为0.147 N·s2/m8，需风量为6163 m3/mim，通风阻力为1501 Pa，整体东三盘区通风阻力为11-2#层与14-3#通风阻力之和，为2521 Pa。在进行盘区通风系统调整后，14-3#层通风阻力不变，11-2#层通风阻力为547 Pa。实际减少通风阻力954 Pa。

由以上计算可知，采用并联风网之后东三盘区整体通风阻力降低了954 Pa。东三盘区通风阻力为14-3#层与11-2#层阻力之和，为1567 Pa，满足风量需求。

4 结语

矿井进行通风系统调整，改造利用废弃巷道并联回风降低通风阻力后，在东三盘区整体用风量不变的情况下，通风阻力降低954 Pa。东三风井在负压降低后，将主要通风机叶片角度由0°调至-5°，有效降低了风机负荷，提高了风机及整个东三盘区通风系统稳定性。