陈四楼矿通风系统阻力测定研究

冀 凯

(河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿，河南 商丘 476000)

河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿目前的矿井通风方式为混合式，采用抽出式的通风方法，主井和副井进风，而中央风井、南风井以及北风井用来排风。矿井的南翼和北翼都布置有轨道大巷与皮带大巷，进风通过轨道大巷，而皮带大巷进行回风。矿井的北翼通风系统是相对独立的，供风主要通过北风井;中央风井和南风井共同承担了矿井南翼通风系统，南五采区的全部风量与南七采区一部分风量主要由中央风井担负，而南十一与南十三全部风量以及南七一部分风量均由南风井担负，南七采区处于矿井南翼通风系统的角联风路上。矿井的南翼和北翼均由轨道大巷及皮带大巷通向各个采区，进风由轨道大巷负担，皮带大巷用来回风。回采工作面采用“U”型通风，掘进工作面为局部通风机压入式通风。

陈四楼煤矿采用的通风方式为分区抽出式，但由于采空区日益扩大，矿井的漏风量也在逐渐加大，矿井有效风量在逐渐降低，通风路线也在慢慢加长，使得陈四楼煤矿的通风系统变得更为复杂。局部巷道的断面较小，通风阻力较大，尤其是进风段路线长，阻力偏大，目前，从副井到南五采区的进风段路线阻力达到了近1.7 kPa，使得南风井阻力偏大。如果南翼用风量增加，阻力增加将更为明显。单靠人工来进行如此复杂的通风网络优化系统管理，显然是极其繁琐的，也缺乏管理的科学性。而在落实“以风定产”过程中，更是缺乏了一种有效的手段或工具来实施。

1 通风阻力测定

1.1 通风阻力测定方法

陈四楼矿通风阻力测试采用了倾斜压差计法、精密气压计的同步法以及精密气压计的基点法混合测试，发挥各自测试方法的优势。倾斜压差计法测试阻力直接读数;精密气压计测定的同步法是用精密气压计同时测出两测点间的绝对静压差，再加上动压差和位压差计算通风阻力;精密气压计测定的基点法是在地面设置1台基准精密气压计，本次是在陈四楼矿副井井口设置的基准精密气压计，利用另一台精密气压计在井下进行测试，再消除大气压的变化。在测试过程中，准精密气压计还用于测定所有构筑物的压差。

压差计测量布置图见图1。

图1 压差计测量布置图

倾斜压差计法的具体方式是图1中在巷道中的①和②两个测点各安置1根皮托管。皮托管布置于巷道中心，为消除速压，需将尖部迎向风流，管轴与风向平行;在末点②安放倾斜压差计;同时，采用风表在①和②两个测点分别测出风速，同时还需用湿度计与气压计在两个测点附近分别测出风流的干球温度和湿球温度以及风流的绝对静压，进而可以测算出两个测点的空气密度。将以上测定的基本数据以及两个测点的净断面积、周长等填入阻力测量记录表中。

1.2 数据记录与处理

在通风阻力的测定过程中，为了方便对测得的数据进行查询、辨别以及数据处理，需要对各个测点采用统一的命名，具体规则采用测点标识用英文字母加上数字的形式表示。

此次通风系统阻力测定主要采用气压计法与倾斜压差计法两种方法以及相互结合的方法同时进行测定，矿井进风口、煤矿井下大巷、井下采区的上下山和工作面以及总回风巷，除了一些联络巷和掘进面之外，几乎对陈四楼煤矿所有的巷道进行了全面、系统以及详细地测定，共测定了910、65门的压差，阻力测试数据4 522个。参量计算:当井下实测结束后，要将实测的数据详细地整理、计算。

1)空气密度、风量与摩擦阻力系数计算。

式中:P—空气压力，Pa;

T—空气的绝对温度，K;

φ—空气的相对湿度，%;

PS—饱和水蒸汽分压力，Pa;

S—测点处巷道断面积，m2;

V—测点处的平均风速，m/s;

L—巷道测段的长度，m;

U—巷道周界，m。

2)通风阻力、巷道风阻以及百米风阻值计算。

式中:ρ0—取 1.2，kg/m3;

ρ1、ρ2—井巷测段始末点的密度，kg/m3;

ρ1－2—两断面间空气密度的平均值;

V1、V2—井巷测段始末点的风速，m/s;

L1－2—两测点间的距离，m;

Rr—所测平直巷道的摩擦风阻，Ns2/m8。

巷道摩擦阻力系数的标准值:

1.3 测定通风阻力的精度检验

测定时产生的误差主要是受仪表的精度、测定的技巧以及其它各种因素的影响。因此，测定结果的检查校验是必不可少的。风量的检验是根据流体的连续特性，当空气的密度基本不变时，进入汇点或者闭合风路的风量应该与流出汇点或者闭合风路的风量相等。而要检验流入和流出重要的风流汇合点的风量，其误差应在风表允许的误差范围内。对于误差过大甚至有明显错误的地段，需要分析并查明原因，必要时要对局部或全部进行重新测定。阻力的检验是根据闭合回路中风压力平衡的原则，而在阻力检查时，闭合回路的计算误差如果符合精度的限值，则阻力的测定工作符合要求。依据上述原则对主要的节点风量平衡闭合和主要回路的风压平衡闭合都进行了误差检验，基本都满足了节点与回路的平衡定律。

2 典型巷道风阻值测定结果

通过测试获得如下数据:井下大气压和干湿温度记录表见表1，巷道断面及风量记录数据表见表2，根据测定数据，获得典型巷道标准风阻值见表3。此次测定数据主要为满足该矿通风仿真系统需要，并为今后该矿通风仿真系统日常维护、系统改造方案模拟等提供实测数据支持，对以后矿井通风系统优化具有重要指导意义。

表1 井下大气压和干湿温度记录表

表2 巷道断面及风量记录数据表

3 结论

通过对陈四楼煤矿井巷风阻的测定，获得井巷通风特性的重要参数，并获得了各种类型井巷的通风阻力与风量，标定了它们的标准风阻值以及标准摩擦阻力系数值，为矿井通风技术管理提供了坚实的基本资料，对掌握生产矿井通风情况的有重要的指导意义。

表3 典型巷道标准风阻值列表

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