矿井通风系统阻力测定与降阻对策分析

刘春明

（汾西矿业两渡煤业，山西 灵石 031302）

引言

通风可降低矿井井下有害气体、粉尘等浓度，为井下作业人员提供新鲜空气，是井下采掘作业得以正常开展的基础[1-3]。通风风量在巷道内运移时，由于风流本身具有惯性以及粘滞性，同时巷道井壁会使风量产生一定的扰动、阻滞，给通风风流产生一定的通风阻力并导致通风风流能量损失[4-6]。降低矿井通风系统能量损失并提高矿井通风能力是矿井通风管理工作重点内容[7-8]。为此，本文对山西某矿井下通风阻力测定方案以及测量结果进行分析，针对性提出降阻对策，以期更好地促进矿井通风工作开展。

1 工程概况

山西某矿设计产能180 万t/a，现阶段开采深度介于320 m～480 m，主采煤层包括有2#、3#、9# 及13#。矿井采用斜井+立井开拓方式，中央并列式通风，主斜井、材料及行人斜井进风，东立井及南回风斜井回风。井下现布置2 个生产采区，其中1 采区通过南立井回风、风量为134.7 m3/s、2 采区通过东立井回风150.7m3/s，南立井及东立井分别采用BDK618-8-No28、FBCDZ-No34 通风机通风，一备一用。矿井回采过程中瓦斯相对、绝对涌出量分别为61.37 m3/min、11.5 m3/t，井下工作面采用综采方式。

2 通风阻力测定方案

2.1 测定方法

对矿井通风系统通风阻力进行测定有助于掌握井下通风系统阻力分布情况，确定井下通风系统通风路线中最大阻力分布；依据通风阻力分布情况为后续精准降阻、降低通风系统能耗等工作开展提供指导。现阶段矿井常用的通风阻力测定方法包括有气压计发、压差计法，具体两种测量方法优缺点对比情况如表1 所示。

表1 不同通风阻力测定方法对比表

依据矿井通风系统具有系统复杂、巷道分布范围广等情况，结合矿井通风系统情况以及不同测量方法优缺点，具体选择采用精密气压计基点法对通风系统风阻进行测定，具体井下通风路线中2 个测点间通风阻力测定可通过下述公式（1）计算：

式中：hr12为两测点间通风阻力，Pa；p1、p2为测点风流压能，Pa；v1、v2为两测点风速，m/s；z1、z2为两测点与基准面距离，m；ρ 为测点位置密度，kg/m3。

在对矿井井下通风系统风阻测定过程中需要采用的设备包括有JFY-1 精密气压计（3 台）、高中低速风表（3 台）、温度计（2 台）、秒表以及皮尺等。

2.2 测定路线

在对通风路线测点选择时应选择附近有明确标高点测定，同时测点位置风速稳定，与风流汇聚或者分叉点有一定间距；邻近的测点应距离适当，以便降低测量工作量以及难度。根据矿井井下通风系统实际情况并参考井下通风系统布置图，确定通风阻力测定路线。具体矿井通风系统通风阻力测点路线如图1所示。

图1 通风阻力测点路线

现阶段矿井井下生产采区主要为1 采区（开采2#煤层）、3 采区（开采3#煤层），南立井以及东立井分别负责1 采区、3 采区回风工作。具体1 采区通风阻力测定路线为：主斜井（1）→绕道（2）→东翼轨道巷（3）→1205 工作面（4）→一采区回风巷（5）→南回风斜井（6）→风硐（7）。3 采区通风阻力测定路线为：副斜井（8）→一采区轨道巷（9）→西翼轨道巷（10）→3302 工作面（11）→东立井（12）→风硐（13）。

3 通风阻力测定结果分析及降阻措施

3.1 测定结果分析

在矿井采用精密气压计基点法并按照预先设定路线对1 采区及3 采区通风路线通风阻力进行测定，具体测定结果见表2。

表2 1 采区及3 采区通风路线风阻测定结果

通过表2 看出，1 采区通风路线中通风阻力合计为2 370.8 Pa，其中进风段（1-4 测点）、用风段（4-5 测点以及回风段（5-7 测点）通风阻力分别为557.5 Pa、655.8 Pa 以及1 147.5 Pa，采区进风、用风以及回风段风阻比为23.5∶27.7∶48.8，采区通风路线中回风段（一采区回风巷→南回风斜井→风硐）通风阻力占比相对较大；3 采区通风路线中通风阻力合计为2 322.6 Pa，其中进风段（8-10 测点）、用风段（10-11 测点）以及回风段（11-13 测点）通风阻力分别为1 279.0 Pa、531.6 Pa以及512.0 Pa，采区进风、用风以及回风段风阻比为55.1∶28.5∶22.1，采区通风路线中进风段（副斜井→一采区轨道巷→西翼轨道巷）通风阻力占比相对较大。

为便于直观掌握矿井1 采区及3 采区各通风段通风阻力分布情况，根据各路线在通风系统中功能对各段通风距离以及通风阻力分布情况进行统计，具体见表3。

表3 矿井各采区通风系统风阻分布表

3.2 降阻措施

在矿井通风系统中副斜井以及一采区轨道巷等巷道通风有效断面较小且巷道表面不规则，巷道长度较远，从而导致巷道通风阻力相对较大。若对巷道进行刷扩则会给井下采掘作业带来较大影响。为此，提出对巷道表面进行喷浆处理，降低巷道表面摩擦系数从而降低通风影响。

强化井下巷道维护及管理工作。随着矿井采掘范围增加以及生产时间增加，部分巷道出现不同程度底鼓问题，应对底鼓较大巷道进行修整必要时通过施工底板锚杆、底板注浆等方式降低巷道底鼓量，提高通风系统巷道有效断面，降低通风阻力；在巷道内布置的材料、设备等应按照相关规定整齐码放，降低通风影响。

4 结语

依据矿井生产情况，制定井下1 采区及3 采区通风阻力测定路线，发现1 采区通风阻力合计为2 370.8 Pa，其中进风段（1-4 测点）、用风段（4-5 测点）以及回风段（5-7 测点）通风阻力分别为557.5 Pa、655.8 Pa 以及1 147.5 Pa，其中回风段通风阻力占比相对较高，主要原因是采区通风系统回风段部分位置巷道底鼓严重，导致巷道有效通风断面显著缩小。

3 采区通风路线中通风阻力合计为2 322.6 Pa，其中进风段（8-10 测点）、用风段（10-11 测点）以及回风段（11-13 测点）通风阻力分别为1 279.0 Pa、531.6 Pa以及512.0 Pa，进风段通风阻力占比较高，主要是受到到进风段通风路线长、巷道断面小以巷道表面不规则等导致。

依据现场通风阻力测定结果，提出对巷道断面进行修整，通过表面喷浆降低巷道表面摩擦系数，从而降低通风阻力；对巷道围岩变形严重区域及时进行修复，确保巷道有效通风断面；按照要求码放材料、布置机电设备等，降低通风阻力。