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基于通風阻力測定的通風風阻變化規律研究

文檔作者：申廣君文檔來源：湖南省煤炭科學研究所		點擊數：	更新時間： 2024年07月27日
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能源技術與管理 2012年第2期
doi：10．3969~．issn．1672—9943．2012．02 012
基于通風阻力測定的通風風阻變化規律研究
申廣君
(湖南省煤炭科學研究所，湖南長沙410004)
[摘要] 為了研究礦井通風風阻變化規律，給出了通風風阻測定的原理及方法，結合某礦的
通風阻力測定，得到了在兩工作面同時回采時的工作面通風風阻阻值變化范圍。利
用風網解算軟件模擬了工作面回采至封閉時的礦井總風阻的變化并擬合出了二次
方程，最后得出結論：不考慮掘進巷道對通風系統的影響，兩個工作面同時回采時，
以較短時間采完的工作面為準，在該面封閉前礦井總風阻隨回采進度呈二次曲線
下降趨勢，封閉后礦井總風阻突然上升，隨著采掘交替呈現周期性的下降。
[關鍵詞] 通風阻力；通風風阻；風網解算；曲線擬合
[中圖分類號]TD722[文獻標識碼]B [文章編號]1672_9943(2012)O2旬034一O3
1 問題的提出
礦井通風是礦井安全生產的基礎，為了滿足
需要的風量，必須選擇合適的通風設備設施。這些
設備設施的選型首先要根據井下通風阻力計算出
來。然而由于井下一直處于采掘動態過程中，通風
風阻是一直變化的，通風阻力也隨之變化，礦井需
風量及風壓均會變化，所以有必要研究通風風阻
變化規律 ]。
結合某礦實例，通過計算通風風阻，分析了工
作面的通風風阻變化情況以及對整個礦井總風阻
的影響，并擬合方程，由此得出該礦總通風風阻隨
工作面回采長度變化的規律。
2 通風風阻值測算原理及方法
通風風阻與通風阻力滿足關系式：
R lz=hJQ12
式中，兄 為兩點間通風風阻，N·sTm ；p ：為
兩點間流過風量，m3／s；h 為兩點問通風阻力，Pa。
通風阻力一般采用氣壓計基點法測定，計算
公式為：
K。(PR 一 )一 ( 一 )+(學一學)+
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； 、 分別為基點校正氣壓計在測定氣壓
計讀數，Pa；PR。、 分別為測量氣壓計在上風測點
和下風測點的瀆數，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
速，m／s；Z1、z2分別為測段前、后測點的標高，m。
兩點間風量為：
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 。
具體通風風阻測算方法為：根據通風系統圖
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、點風速、干濕球溫度、標高、與測點相連
的各分支巷道斷面的幾何尺寸；計算礦井通風系
統各條巷道分支的風量大小和通風阻力大小，從
而計算出各巷道風阻阻值[2-3 3。
3 基于通風阻力測定風阻變化規律研究
某礦為高瓦斯礦井，現開采5煤層，煤層平均
厚度2．14～3．30 m，設計抽采量大于8 mTmin；礦井
采用中央并列式抽出式通風， 通風機為
FBCDZ一10一No37(710 kw)型軸流式通風機，1臺
運行，1臺備用。
3．1 通風風阻值測算
某礦于2011年2月進行了通風阻力的測定。
測定路線為：主井進風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
南翼總回風一北翼回風大巷一總回風巷，如圖1
所示。
根據通風風阻測算原理計算出了通風系統各
分支通風風阻值，如表1所示。
2012年第2期 申廣君基于通風阻力測定的通風風阻變化規律研究 35
表1 某礦各分支通風風阻值
圖1 某礦通風阻力測定路線圖
孝 巷道名稱 ／(N風"s阻2／m， 毒 巷道名稱 ／fN風"s阻2／m
2-3 主井進風0．015 6 5—10 風門 7．374 9
3-4 聯絡巷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 聯絡巷2 4．041 8
5-9 掘進進風0．06 7 6—14 南翼進風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 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0．003 9 6—7 510 工作面4．625 1
8一lO 南翼總回風0．03 5 7'-7 掘進面 1．307 1
1O一11 北翼回風0．02 6 6—8 5202工作面0．397 2
11-15 回風聯巷0．004 4 7—16 5100皮帶巷0．971 3
l2—15 總回風巷 0．05 4 16—7’ 運輸巷進風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0．0099 18一l5 風門4．6466
2-4 井底車場4．170 3
經測算，礦井總進風為9 589 m3／min，總回風
為9 641 m3／min；全系統通風總阻力為1 109．0 Pa，
礦井自然風壓為5．22 Pa；礦井總通風風阻值
0．041 N·sTm 。
3．2 通風風阻變化分析
某礦通風網絡示意圖如圖2所示。風網解算
中取礦井總進風風量159．82 m3／s和總回風風量
160．68 m3／s的均值160．25 m3／s作為總回風分支
12—15的固定風量；風網分支總數為31，節點總數
為17。將已知值代入風網解算軟件中，迭代100
次后得到總通風阻力為1 173 Pa，此時巷道最大
風量殘差小于1 0 m3／s，滿足精度要求。總通風阻
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 某礦通風網絡示意圖
該礦現主要用風地點為5100、5202兩個回采
工作面和3條掘進巷道。其中7'-7為一采區開拓
大巷的掘進頭，掘進巷1、2為二采區不貫通的掘
進巷道。5100、5202兩個工作面因為回采，軌道順
36 能源技術與管理 2012年第2期
槽、皮帶順槽、回風順槽長度均變短，通風風阻值
變小；3條掘進巷由于沒有形成通路，可以不考慮
通風阻力變化。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
5202工作面采完后，5100工作面長85 rn。此時掘
進頭1、2已經到達開切眼位置，在開切眼處貫通
形成通路9—1O，假設該分支通風風阻值與同在一
個采區的8一l6分支通風風阻值相當；7'-7掘進面
始終處于掘進狀態，不與通風系統貫通。由于各用
風地點的風阻值變化與長度成正比，因此可以根
據表1計算出不同工作面長度時的通風風阻值。
5202工作面回采至封閉期間，各用風地點的
通風風阻值變化范圍如表2所示。
表2 用風地點各風阻變化范圍
注 ：掘進巷在5202工作面未采完時假設未貫通，通風風阻
值為0，采完后貫通假設通風風阻值為0．337 1 N·s2／m。。
根據表2數值，在礦井總風量不變的情況下，
5202工作面從回采至停采且未密閉時，礦井總風
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，相關系數為
0．998 2。從圖3可以看出隨著回采進行，礦井總風
阻在減小。這是由于礦井總通風阻力與總風量的
平方成正比，總通風阻力為各巷道風流能量損耗，
礦井總風量不變的情況下，回采進度增大，盡管流
人工作面風量略微增大，但流進工作面的風流能
量消耗變小，導致總通風阻力變小，礦井總風阻也
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 礦井總風阻隨回采進度變化情況
當5202工作面回采結束密閉后，可認為通風
網絡圖中不存在分支6—8、8—16。假設此時9—1O
掘進巷貫通，經風網解算發現由于9—10一l5風阻
很小，風量幾乎全從該處流出，因此在9—10之間
必須設置很大的風阻，那么9一l0之間貫通的假設
可認為不成立，可以認為不存在分支9—10。此時
礦井總風阻為0．065 9 N·s2／m ，反而比5202工作
面回采初期時的總通風風阻大得多。這是因為將
5202工作面密閉相當于把6—8、8—16的風阻值增
加到無窮大，礦井總風阻當然比5202工作面回采
初期時的總通風風阻大。另外，5202工作面密閉
相當于去掉了通風系統中一個并聯分支，總通風
風阻自然變大。
根據上述分析，可知在5202工作面回采結束
前，礦井總風阻呈二次曲線下降趨勢；在5202工
作面封閉后，礦井總風阻會立刻升高，隨著工作面
的回采，仍然會出現呈二次曲線下降的現象，所以
礦井的總風阻隨著采掘交替呈現周期性的變化。
4 結論
結合某礦的通風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風阻變化范圍，結
合風網解算軟件模擬了在回采較快工作面回采至
封閉時的礦井總風阻的變化，最后得出結論：不考
慮掘進巷道對通風系統的影響下，兩個工作面同
時回采時，以較短時間采完的工作面為準，在該面
封閉前礦井總風阻隨回采進度呈二次曲線下降趨
勢，封閉后礦井總風阻突然上升，再根據采掘交替
情況呈現周期性的下降。
[參考文獻]
[1]王德明．礦井通風與安全[M]．徐州：中國礦業大學出
版社．2009
[2]黃瑞玲，楊勝強，等，基于通風阻力測量的通風系統分
析[J]．能源技術與管理，2010(5)
[3]吳勇華．通風系統風量調節中的風量變化[J]．礦業安
全與環保，1992(2)
[作者簡介]
申廣君(1981一)，男，湖南邵東人，工程師，畢業于湖南
科技大學采礦工程專業，現在湖南省煤炭科學研究所從事
煤礦安全方面的設計、研究工作。

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