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基于通風(fēng)阻力測定的通風(fēng)風(fēng)阻變化規(guī)律研究

文檔作者：申廣君文檔來源：湖南省煤炭科學(xué)研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月27日
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能源技術(shù)與管理 2012年第2期
doi：10．3969~．issn．1672—9943．2012．02 012
基于通風(fēng)阻力測定的通風(fēng)風(fēng)阻變化規(guī)律研究
申廣君
(湖南省煤炭科學(xué)研究所，湖南長沙410004)
[摘要] 為了研究礦井通風(fēng)風(fēng)阻變化規(guī)律，給出了通風(fēng)風(fēng)阻測定的原理及方法，結(jié)合某礦的
通風(fēng)阻力測定，得到了在兩工作面同時回采時的工作面通風(fēng)風(fēng)阻阻值變化范圍。利
用風(fēng)網(wǎng)解算軟件模擬了工作面回采至封閉時的礦井總風(fēng)阻的變化并擬合出了二次
方程，最后得出結(jié)論：不考慮掘進巷道對通風(fēng)系統(tǒng)的影響，兩個工作面同時回采時，
以較短時間采完的工作面為準(zhǔn)，在該面封閉前礦井總風(fēng)阻隨回采進度呈二次曲線
下降趨勢，封閉后礦井總風(fēng)阻突然上升，隨著采掘交替呈現(xiàn)周期性的下降。
[關(guān)鍵詞] 通風(fēng)阻力；通風(fēng)風(fēng)阻；風(fēng)網(wǎng)解算；曲線擬合
[中圖分類號]TD722[文獻標(biāo)識碼]B [文章編號]1672_9943(2012)O2旬034一O3
1 問題的提出
礦井通風(fēng)是礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，為了滿足
需要的風(fēng)量，必須選擇合適的通風(fēng)設(shè)備設(shè)施。這些
設(shè)備設(shè)施的選型首先要根據(jù)井下通風(fēng)阻力計算出
來。然而由于井下一直處于采掘動態(tài)過程中，通風(fēng)
風(fēng)阻是一直變化的，通風(fēng)阻力也隨之變化，礦井需
風(fēng)量及風(fēng)壓均會變化，所以有必要研究通風(fēng)風(fēng)阻
變化規(guī)律 ]。
結(jié)合某礦實例，通過計算通風(fēng)風(fēng)阻，分析了工
作面的通風(fēng)風(fēng)阻變化情況以及對整個礦井總風(fēng)阻
的影響，并擬合方程，由此得出該礦總通風(fēng)風(fēng)阻隨
工作面回采長度變化的規(guī)律。
2 通風(fēng)風(fēng)阻值測算原理及方法
通風(fēng)風(fēng)阻與通風(fēng)阻力滿足關(guān)系式：
R lz=hJQ12
式中，兄 為兩點間通風(fēng)風(fēng)阻，N·sTm ；p ：為
兩點間流過風(fēng)量，m3／s；h 為兩點問通風(fēng)阻力，Pa。
通風(fēng)阻力一般采用氣壓計基點法測定，計算
公式為：
K。(PR 一 )一 ( 一 )+(學(xué)一學(xué))+
1(p】+p2)(zl一 )g
式中，K 、K：分別為2臺測定氣壓計的校正
系數(shù)； 、 分別為基點校正氣壓計在測定氣壓
計讀數(shù)，Pa；PR。、 分別為測量氣壓計在上風(fēng)測點
和下風(fēng)測點的瀆數(shù)，Pa；p ：分別為測段前、后測點
的空氣密度，kg，m ；V 、V 分別為測段前、后測點風(fēng)
速，m／s；Z1、z2分別為測段前、后測點的標(biāo)高，m。
兩點間風(fēng)量為：
1
Q-2=÷( 1s1+ 2．s2)
厶
式中，s 、s 分別為兩點所在位置的斷面面
積，m 。
具體通風(fēng)風(fēng)阻測算方法為：根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)圖
選擇合適的測點及測定路線；每隔5 min測一次
地面基點的大氣壓力；井下沿測定線路上測點的
絕對靜壓、點風(fēng)速、干濕球溫度、標(biāo)高、與測點相連
的各分支巷道斷面的幾何尺寸；計算礦井通風(fēng)系
統(tǒng)各條巷道分支的風(fēng)量大小和通風(fēng)阻力大小，從
而計算出各巷道風(fēng)阻阻值[2-3 3。
3 基于通風(fēng)阻力測定風(fēng)阻變化規(guī)律研究
某礦為高瓦斯礦井，現(xiàn)開采5煤層，煤層平均
厚度2．14～3．30 m，設(shè)計抽采量大于8 mTmin；礦井
采用中央并列式抽出式通風(fēng)， 通風(fēng)機為
FBCDZ一10一No37(710 kw)型軸流式通風(fēng)機，1臺
運行，1臺備用。
3．1 通風(fēng)風(fēng)阻值測算
某礦于2011年2月進行了通風(fēng)阻力的測定。
測定路線為：主井進風(fēng)一集中運輸巷一南翼皮帶
巷一南翼軌道巷一5100軌道順槽一5100工作面一
南翼總回風(fēng)一北翼回風(fēng)大巷一總回風(fēng)巷，如圖1
所示。
根據(jù)通風(fēng)風(fēng)阻測算原理計算出了通風(fēng)系統(tǒng)各
分支通風(fēng)風(fēng)阻值，如表1所示。
2012年第2期 申廣君基于通風(fēng)阻力測定的通風(fēng)風(fēng)阻變化規(guī)律研究 35
表1 某礦各分支通風(fēng)風(fēng)阻值
圖1 某礦通風(fēng)阻力測定路線圖
孝 巷道名稱 ／(N風(fēng)"s阻2／m， 毒 巷道名稱 ／fN風(fēng)"s阻2／m
2-3 主井進風(fēng)0．015 6 5—10 風(fēng)門 7．374 9
3-4 聯(lián)絡(luò)巷1 5．3001 5—11 北翼運輸 12．673 7
4—5 集中軌道巷0．05 6 5一l4 聯(lián)絡(luò)巷2 4．041 8
5-9 掘進進風(fēng)0．06 7 6—14 南翼進風(fēng)0．505 4
9-6 南翼皮帶巷 0．020 5 14一l6 南翼運輸巷0．047
6—7’ 南翼軌道巷 2．850 7 9—8 措施巷回風(fēng) 31．32 8
7'-7 5100軌道順槽0．858 6 9—18 掘進2 1．503 9
7—8 南翼回風(fēng)0．003 9 6—7 510 工作面4．625 1
8一lO 南翼總回風(fēng)0．03 5 7'-7 掘進面 1．307 1
1O一11 北翼回風(fēng)0．02 6 6—8 5202工作面0．397 2
11-15 回風(fēng)聯(lián)巷0．004 4 7—16 5100皮帶巷0．971 3
l2—15 總回風(fēng)巷 0．05 4 16—7’ 運輸巷進風(fēng)0．131 6
3—14 集中皮帶巷 0．075 5 8—16 5202皮帶順槽0．337 1
1-4 副井進風(fēng)0．0099 18一l5 風(fēng)門4．6466
2-4 井底車場4．170 3
經(jīng)測算，礦井總進風(fēng)為9 589 m3／min，總回風(fēng)
為9 641 m3／min；全系統(tǒng)通風(fēng)總阻力為1 109．0 Pa，
礦井自然風(fēng)壓為5．22 Pa；礦井總通風(fēng)風(fēng)阻值
0．041 N·sTm 。
3．2 通風(fēng)風(fēng)阻變化分析
某礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖2所示。風(fēng)網(wǎng)解算
中取礦井總進風(fēng)風(fēng)量159．82 m3／s和總回風(fēng)風(fēng)量
160．68 m3／s的均值160．25 m3／s作為總回風(fēng)分支
12—15的固定風(fēng)量；風(fēng)網(wǎng)分支總數(shù)為31，節(jié)點總數(shù)
為17。將已知值代入風(fēng)網(wǎng)解算軟件中，迭代100
次后得到總通風(fēng)阻力為1 173 Pa，此時巷道最大
風(fēng)量殘差小于1 0 m3／s，滿足精度要求?？偼L(fēng)阻
力模擬值與測算值之差占測算值5．7％，滿足工程
精度要求。
圖2 某礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)示意圖
該礦現(xiàn)主要用風(fēng)地點為5100、5202兩個回采
工作面和3條掘進巷道。其中7'-7為一采區(qū)開拓
大巷的掘進頭，掘進巷1、2為二采區(qū)不貫通的掘
進巷道。5100、5202兩個工作面因為回采，軌道順
36 能源技術(shù)與管理 2012年第2期
槽、皮帶順槽、回風(fēng)順槽長度均變短，通風(fēng)風(fēng)阻值
變??；3條掘進巷由于沒有形成通路，可以不考慮
通風(fēng)阻力變化。5100工作面長約410 m，5202工
作面長約350 m，兩工作面回采速度接近，5202工
作面停采線距5202軌道上山距離25 m，那么當(dāng)
5202工作面采完后，5100工作面長85 rn。此時掘
進頭1、2已經(jīng)到達開切眼位置，在開切眼處貫通
形成通路9—1O，假設(shè)該分支通風(fēng)風(fēng)阻值與同在一
個采區(qū)的8一l6分支通風(fēng)風(fēng)阻值相當(dāng)；7'-7掘進面
始終處于掘進狀態(tài)，不與通風(fēng)系統(tǒng)貫通。由于各用
風(fēng)地點的風(fēng)阻值變化與長度成正比，因此可以根
據(jù)表1計算出不同工作面長度時的通風(fēng)風(fēng)阻值。
5202工作面回采至封閉期間，各用風(fēng)地點的
通風(fēng)風(fēng)阻值變化范圍如表2所示。
表2 用風(fēng)地點各風(fēng)阻變化范圍
注 ：掘進巷在5202工作面未采完時假設(shè)未貫通，通風(fēng)風(fēng)阻
值為0，采完后貫通假設(shè)通風(fēng)風(fēng)阻值為0．337 1 N·s2／m。。
根據(jù)表2數(shù)值，在礦井總風(fēng)量不變的情況下，
5202工作面從回采至停采且未密閉時，礦井總風(fēng)
阻隨回采進度變化情況如圖3所示。曲線擬合為
Y=一8×10-8x 一2×10-5x+0．045 4，相關(guān)系數(shù)為
0．998 2。從圖3可以看出隨著回采進行，礦井總風(fēng)
阻在減小。這是由于礦井總通風(fēng)阻力與總風(fēng)量的
平方成正比，總通風(fēng)阻力為各巷道風(fēng)流能量損耗，
礦井總風(fēng)量不變的情況下，回采進度增大，盡管流
人工作面風(fēng)量略微增大，但流進工作面的風(fēng)流能
量消耗變小，導(dǎo)致總通風(fēng)阻力變小，礦井總風(fēng)阻也
隨之變小。
一
0．048
卓0．046
‘ O．044
Z
0-o42
愛0．()4
萋㈣38
昭0．036
翌0．o34
0032
0．O3
0 25 50 75 100 125 150 175 2OO 22-5 250275 325 350
5202 I 作面推進度／m
圖3 礦井總風(fēng)阻隨回采進度變化情況
當(dāng)5202工作面回采結(jié)束密閉后，可認為通風(fēng)
網(wǎng)絡(luò)圖中不存在分支6—8、8—16。假設(shè)此時9—1O
掘進巷貫通，經(jīng)風(fēng)網(wǎng)解算發(fā)現(xiàn)由于9—10一l5風(fēng)阻
很小，風(fēng)量幾乎全從該處流出，因此在9—10之間
必須設(shè)置很大的風(fēng)阻，那么9一l0之間貫通的假設(shè)
可認為不成立，可以認為不存在分支9—10。此時
礦井總風(fēng)阻為0．065 9 N·s2／m ，反而比5202工作
面回采初期時的總通風(fēng)風(fēng)阻大得多。這是因為將
5202工作面密閉相當(dāng)于把6—8、8—16的風(fēng)阻值增
加到無窮大，礦井總風(fēng)阻當(dāng)然比5202工作面回采
初期時的總通風(fēng)風(fēng)阻大。另外，5202工作面密閉
相當(dāng)于去掉了通風(fēng)系統(tǒng)中一個并聯(lián)分支，總通風(fēng)
風(fēng)阻自然變大。
根據(jù)上述分析，可知在5202工作面回采結(jié)束
前，礦井總風(fēng)阻呈二次曲線下降趨勢；在5202工
作面封閉后，礦井總風(fēng)阻會立刻升高，隨著工作面
的回采，仍然會出現(xiàn)呈二次曲線下降的現(xiàn)象，所以
礦井的總風(fēng)阻隨著采掘交替呈現(xiàn)周期性的變化。
4 結(jié)論
結(jié)合某礦的通風(fēng)阻力測定工作得到了在兩工
作面同時回采時的工作面通風(fēng)風(fēng)阻變化范圍，結(jié)
合風(fēng)網(wǎng)解算軟件模擬了在回采較快工作面回采至
封閉時的礦井總風(fēng)阻的變化，最后得出結(jié)論：不考
慮掘進巷道對通風(fēng)系統(tǒng)的影響下，兩個工作面同
時回采時，以較短時間采完的工作面為準(zhǔn)，在該面
封閉前礦井總風(fēng)阻隨回采進度呈二次曲線下降趨
勢，封閉后礦井總風(fēng)阻突然上升，再根據(jù)采掘交替
情況呈現(xiàn)周期性的下降。
[參考文獻]
[1]王德明．礦井通風(fēng)與安全[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出
版社．2009
[2]黃瑞玲，楊勝強，等，基于通風(fēng)阻力測量的通風(fēng)系統(tǒng)分
析[J]．能源技術(shù)與管理，2010(5)
[3]吳勇華．通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)中的風(fēng)量變化[J]．礦業(yè)安
全與環(huán)保，1992(2)
[作者簡介]
申廣君(1981一)，男，湖南邵東人，工程師，畢業(yè)于湖南
科技大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)在湖南省煤炭科學(xué)研究所從事
煤礦安全方面的設(shè)計、研究工作。

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