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基于通風(fēng)阻力測量的通風(fēng)系統(tǒng)分析

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2010年第5期 能源技術(shù)與管理 37
doi：10．3969~．issn．1672—9943 2010．05 015
基于通風(fēng)阻力測量的通風(fēng)系統(tǒng)分析
黃瑞玲l， ，楊勝強(qiáng)l， ，田艷秋1， ，李d~3i,1,2
(1．中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇徐州221008；2．中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，
江蘇徐州221008)
[摘要] 通風(fēng)阻力測量是礦井通風(fēng)技術(shù)管理中的重要工作，結(jié)合山西某礦井的阻力測量，從
礦井阻力分布、風(fēng)量和風(fēng)阻幾個方面簡要分析了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要問題。由于礦
井開采的推進(jìn)，礦井開采重心的轉(zhuǎn)移，采用風(fēng)網(wǎng)軟件模擬預(yù)測了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)
量變化，為了進(jìn)一步的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。
[關(guān)鍵詞] 阻力測量：風(fēng)量；風(fēng)阻：優(yōu)化
[中圖分類號]TD722[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文章編號]1672_9943(2010)05_O037 3
O 引 言
隨著礦井開采不斷向深部發(fā)展，機(jī)械化采掘
強(qiáng)度不斷增加，對于一些老礦井的通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生
改變，在進(jìn)一步優(yōu)化之前給礦井通風(fēng)造成一定的
負(fù)擔(dān)，其通風(fēng)系統(tǒng)的研究具有一定的代表性。
根據(jù)山西某礦井通風(fēng)阻力測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)
果，礦井總風(fēng)阻0．091 N·sVm。，等積孔為3．94 m ，
屬于通風(fēng)容易礦井，目前礦井有2個回采工作面，
4個掘進(jìn)面，礦井整個通風(fēng)系統(tǒng)比較簡單，根據(jù)礦
井測量報告誤差分析，誤差3．76％，小于5％，其結(jié)
果是可用于現(xiàn)場實際，能夠反映礦井阻力情況，為
礦井通風(fēng)系統(tǒng)研究提供了一定依據(jù)。
1 阻力分布特點分析
根據(jù)該礦井通風(fēng)阻力的測量報告，礦井通風(fēng)
系統(tǒng)的總阻力2 453．9 Pa，礦井系統(tǒng)的阻力測算值
為2 549．7 Pa，風(fēng)機(jī)房水柱計的讀數(shù)為2 600 Pa，
自然風(fēng)壓和動壓分別為13．21 Pa和63．55 Pa，礦
井通風(fēng)阻力在進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段的阻力分配
比為30．4：31-3：38．3，是屬于比較年輕的礦井。
目前，研究礦井的通風(fēng)系統(tǒng)主要從安全可靠
性、經(jīng)濟(jì)合理性和技術(shù)可行性三個方面選取礦井
的負(fù)壓等各個指標(biāo)分析評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)
該礦井通風(fēng)阻力測算結(jié)果，礦井的自然風(fēng)壓h 為
13．21 Pa，通風(fēng)管理中礦井負(fù)壓一般有其理想的取
值范圍，對于所有的礦井，礦井負(fù)壓H不能太大，
H大時會增加礦井通風(fēng)的電耗，不經(jīng)濟(jì)。對于有自
然發(fā)火傾向性的礦井，日大時會增加礦井內(nèi)部的
漏風(fēng)，日大已成為公認(rèn)的可引起煤層自然發(fā)火的
重要因素之一?。
該礦井通風(fēng)系統(tǒng)的阻力分布特點如下：①通
風(fēng)路線較長，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力較高。該礦井
通風(fēng)系統(tǒng)比較簡單，礦井有2個回采工作面，4個
掘進(jìn)工作面，其中有2個掘進(jìn)工作面的回風(fēng)是
9—4輔助回風(fēng)暗斜2井回風(fēng)，但實測的主干通風(fēng)
阻力較高，可以根據(jù)礦井巷道的實際情況，改善巷
道的支護(hù)形式、控制風(fēng)流的主干風(fēng)流，降低巷道的
通風(fēng)阻力。②礦井在進(jìn)風(fēng)段的通風(fēng)阻力所占比例
相對于用風(fēng)段通風(fēng)阻力所占比例較高，阻力分布
失衡。主要是由于進(jìn)風(fēng)段路線過長，并且經(jīng)主斜井
和副斜井的進(jìn)風(fēng)在到達(dá)主要用風(fēng)地點906和907
工作面之前，在中央輔運(yùn)巷和補(bǔ)輔運(yùn)大巷及中央
主運(yùn)巷之問經(jīng)聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)流流動控制不力，進(jìn)風(fēng)段
的聯(lián)絡(luò)巷要根據(jù)礦井的風(fēng)壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，合理的安
排巷道使風(fēng)流流動合理，滿足進(jìn)風(fēng)段各材料庫需
要的同時，降低進(jìn)風(fēng)段的阻力消耗。③ 目前礦井主
要工作面的通風(fēng)阻力占礦井主干系統(tǒng)阻力的
31．3％，掘進(jìn)巷道的局部通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)主要經(jīng)
9—4輔助回風(fēng)暗斜2井回風(fēng)，根據(jù)測算數(shù)據(jù)選擇
經(jīng)掘進(jìn)巷道的通風(fēng)路線進(jìn)行阻力分析時，掘進(jìn)巷
道的阻力占總阻力的5．55％，同時，結(jié)合通風(fēng)旬報
其掘進(jìn)巷道的風(fēng)量也能滿足要求。④礦井通風(fēng)系
統(tǒng)日趨復(fù)雜，阻力增加。目前礦井有2個掘進(jìn)工作
面回風(fēng)，經(jīng)9—4輔助回風(fēng)暗斜2井回風(fēng)。隨著礦井
開采的推進(jìn)，4號煤層是將來的主采煤層，因此，4
號煤層一旦開采，形成通風(fēng)系統(tǒng)，將是整個通風(fēng)系
統(tǒng)的距離最遠(yuǎn)，阻力最大的用風(fēng)環(huán)節(jié)，考慮4號煤
層開采過程中的通風(fēng)系統(tǒng)阻力和風(fēng)量分布是目前
和未來幾年要考慮的主要問題。
38 黃瑞玲，等基于通風(fēng)阻力測量的通風(fēng)系統(tǒng)分析 2010年第5期
2 風(fēng)量及風(fēng)速分析
對于礦井風(fēng)量，在任何時候，礦井實際風(fēng)量p
都必須滿足大于礦井需風(fēng)量 的要求。同樣在通
風(fēng)管理中，礦井風(fēng)量0與礦井負(fù)壓日一樣，也不
是越大越好。一般風(fēng)量p≤(1．2～1．3) m3／min。
對于風(fēng)速，《煤礦安全規(guī)程》中有井巷風(fēng)速的具體
規(guī)定l 2l：
設(shè)有梯子問的井筒或修理中的井筒，風(fēng)速不
得超過8 m／s；梯子間四周經(jīng)封閉后，井筒中的最
高允許風(fēng)速可按表1規(guī)定執(zhí)行。
表1 井巷中的允許風(fēng)流速度
井巷名稱
無瓦斯涌出的架線電機(jī)車巷道中的最低風(fēng)速
可低于表1規(guī)定值，但不得低于0．5 m／s。
綜合機(jī)械化采煤工作面，在采取煤層注水和
采煤機(jī)噴霧降塵等措施后，其最大風(fēng)速可高于表
1的規(guī)定值，但不得超過5 ntis。
根據(jù)表2所示數(shù)據(jù)，回風(fēng)斜井的風(fēng)速達(dá)到
9．9 m／s，已經(jīng)高于規(guī)程中在主要進(jìn)、回風(fēng)巷的速度
規(guī)定值8 m／s，礦井的進(jìn)風(fēng)副斜井和主斜井的風(fēng)速有
5．97 m／s和3．68 m／s，礦井總進(jìn)風(fēng)量為9 804 m3／min，
回風(fēng)總量為9 852 m3／min，同時礦井有2個掘進(jìn)工
作面回風(fēng)經(jīng)9—4輔助回風(fēng)暗斜2井回風(fēng)。
根據(jù)阻力測算數(shù)據(jù)和礦井的通風(fēng)旬報，系統(tǒng)
實際風(fēng)量大于需風(fēng)量，所以在回風(fēng)時風(fēng)速存在局
部超限，主要用風(fēng)工作面和掘進(jìn)工作面風(fēng)速在規(guī)
定范圍內(nèi)。因此需要在局部地點設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)
裝置或改變巷道的斷面以控制風(fēng)流，提高通風(fēng)效
率，降低風(fēng)量，節(jié)約通風(fēng)成本。
目前，增加了9—4輔助進(jìn)風(fēng)暗斜井和9—4輔
助回風(fēng)暗斜井主要滿足908、909掘進(jìn)巷道的風(fēng)量
要求，根據(jù)礦井的旬報，9—4輔助進(jìn)風(fēng)暗斜井的進(jìn)
風(fēng)為1 232 m3／min，掘進(jìn)巷道的風(fēng)速只有0．34 m／s，
目前基本上能滿足掘進(jìn)要求，但隨著掘進(jìn)工作面
的推進(jìn)，以906、907的工作面進(jìn)行比較分析，工作
表2 部分巷道阻力及風(fēng)速整理
面長度較長，908、909掘進(jìn)巷道斷面為17．5 m ，需
要風(fēng)量基本上在1 600 m3／min左右，但依據(jù)目前
的掘進(jìn)進(jìn)度，風(fēng)量基本要求350 m3／min左右，相差
較大。
如果僅靠目前的9—4輔助進(jìn)風(fēng)暗斜井供風(fēng)顯
然風(fēng)量很難達(dá)到要求；如果從主運(yùn)巷道上調(diào)節(jié)風(fēng)
2010年第5期 能源技術(shù)與管理 39
量向908、909面提供風(fēng)量，同時，通風(fēng)機(jī)需要負(fù)載
3個或4個工作面的風(fēng)量，風(fēng)量同樣很難達(dá)到要
求，需要提高9—4輔助進(jìn)風(fēng)暗斜井通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。
對于主運(yùn)巷的通風(fēng)風(fēng)量，由于進(jìn)風(fēng)的路線很長，通
風(fēng)阻力較高，若通過增加主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量向新推
進(jìn)巷道供風(fēng)，整個礦井系統(tǒng)的阻力將會增加，需要
對主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，根據(jù)分析，存在局部風(fēng)
速超限的問題，可以向新推進(jìn)巷道進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，
這樣整個通風(fēng)系統(tǒng)的阻力也不致過高，風(fēng)機(jī)的負(fù)
載也不致過大。
以906 T作面作為參考，巷道的風(fēng)阻為
1．321 1 N·s2／m ，新掘進(jìn)巷道的風(fēng)量以1 600 m3／min
計算，當(dāng)開采4號煤層時，兩個工作面的阻力為
2 X 939．4 Pa，可見這部分阻力消耗要通過增加主
通風(fēng)機(jī)風(fēng)量提供，同時在主運(yùn)巷上根據(jù)巷道的測
算風(fēng)阻值，主運(yùn)巷上的阻力最大將增加近1 0633 Pa，
可見這部分阻力應(yīng)主要通過9—4輔助進(jìn)風(fēng)暗斜井
供風(fēng)提供；同時，4號煤層開采后工作重心也將轉(zhuǎn)
移到后面的工作面。通過表2可見，拓展后根據(jù)風(fēng)
網(wǎng)軟件模擬結(jié)果，經(jīng)水倉巷道和聯(lián)絡(luò)巷出現(xiàn)反風(fēng)
現(xiàn)象，并且局部地點如上繞匯風(fēng)巷道的風(fēng)速不能
達(dá)到要求等。
3 風(fēng)阻分析
礦井風(fēng)阻R=H／Q ，R的大小表明了礦井通風(fēng)
難易程度，類似于礦井等積孔。同時 的大小在
風(fēng)機(jī)個體特性曲線上決定了風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點
位置的高低；生產(chǎn)礦井通風(fēng)機(jī)工況點 的位置過
高或過低都會導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)效率?7降低。例如高阻
力 、小風(fēng)量9的中小型礦井和低阻力 、大風(fēng)量
p的特大型礦井的通風(fēng)機(jī)效率往往都比較小。對
于此次通風(fēng)阻力測量的結(jié)果，礦井總風(fēng)阻為
0．091 N·s2／m ，等積孔為3．94 m ，屬于通風(fēng)容易的
礦井，但根據(jù)分析，隨著礦井開采的推進(jìn)，需要結(jié)
合礦井主風(fēng)機(jī)的實際性能進(jìn)一步調(diào)節(jié)礦井用風(fēng)，
以滿足新開采煤層工作面等的用風(fēng)。
4 建議技術(shù)措施
改善礦井巷道的支護(hù)形式合理地安排通風(fēng)巷
道，整體上降低主干路線上的通風(fēng)阻力；改善局部
阻力和風(fēng)阻較大的地點的支護(hù)形式和巷道形式，
降低局部地點的通風(fēng)阻力；進(jìn)風(fēng)路線上增加一些
控風(fēng)通道控制風(fēng)流流向，使在滿足前面工作用風(fēng)
的同時盡量通向主要用風(fēng)地點，避免風(fēng)量的浪費(fèi)，
同時降低巷道的通風(fēng)阻力；特別是流經(jīng)各封閉工
作面的風(fēng)流，通過改善巷道支護(hù)形式或改變巷道
的斷面形式，降低通風(fēng)阻力，同時也能降低漏風(fēng)；
在通風(fēng)路線聯(lián)絡(luò)巷上增加風(fēng)門或調(diào)節(jié)風(fēng)窗等，根
據(jù)風(fēng)流能量和需風(fēng)量控制風(fēng)流，提高通風(fēng)效率，降
低風(fēng)量，避免局部風(fēng)速超限，同時節(jié)約通風(fēng)成本；
隨著掘進(jìn)巷道的推進(jìn)， 目前的9—4輔助進(jìn)風(fēng)暗斜
井和9—4輔助回風(fēng)暗斜井的風(fēng)量不能滿足推進(jìn)后
新開采工作面的風(fēng)量要求，根據(jù)分析可知，若同時
滿足3個工作面的風(fēng)量至少需要增加風(fēng)量
3 200 rn3／min，由于礦井的主進(jìn)風(fēng)路線比較長，通
風(fēng)阻力較高，為了很好的控制和降低通風(fēng)阻力，只
能調(diào)節(jié)和控制主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)流，滿足前面工作面
等用風(fēng)，對于新開采煤層用風(fēng)主要要通過提高
9—4輔助進(jìn)風(fēng)暗斜井的進(jìn)風(fēng)量，這樣整個礦井的
通風(fēng)系統(tǒng)才能平衡和很好的控制礦井系統(tǒng)的通風(fēng)
阻力；加強(qiáng)采空區(qū)的管理，減少漏風(fēng)，盡量擴(kuò)大封
閉采空范圍，縮短不必要巷道，便于進(jìn)一步的通風(fēng)
系統(tǒng)優(yōu)化。
5 結(jié)語
隨著礦井開采的推進(jìn)，新的煤層開采后，通風(fēng)
系統(tǒng)存在的問題將會暴露，通風(fēng)路線較長，礦井負(fù)
壓增加，風(fēng)阻較大，同時風(fēng)量在局部用風(fēng)存在短缺
達(dá)不到要求等，從風(fēng)壓、風(fēng)量等幾個方面分析了通
風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，同時提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施；
另一方面，僅僅依靠目前通風(fēng)阻力測量的數(shù)據(jù)分
析其風(fēng)壓風(fēng)阻等也存在一定的缺陷，因此需要進(jìn)
一一步掌握礦井通風(fēng)系統(tǒng)的資料，進(jìn)一步優(yōu)化礦井
的通風(fēng)系統(tǒng)，以滿足新煤層開采后工作面巷道等
的用風(fēng)。
[參考文獻(xiàn)]
[1]楊勝強(qiáng)，劉殿武．通風(fēng)與安全[M]．徐州．『f]國礦業(yè)大學(xué)
出版社．2009
[2]國家煤礦安全監(jiān)察局．煤礦安全規(guī)程[S]，北京：煤炭工
業(yè)出版社 2005
[作者簡介]
黃瑞玲(1985一)，女，河南商丘人，碩士研究生，從事礦
井通風(fēng)安全與防滅火方面的研究。
[收稿日期：2010—05—06]

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