煤礦通風(fēng)阻力偏高的原因分析及解決對策

朱思超+朱思洋

摘 要：自我國社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)體制確立以來，市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，煤炭事業(yè)獲得了良好的發(fā)展前景。煤炭開采事業(yè)在發(fā)展中，淺層煤炭資源逐漸枯竭，逐漸進(jìn)入到深井作業(yè)階段，這就對煤炭開采技術(shù)和工藝提出了更高的要求。在煤炭開采中，安全是一個(gè)永恒不變的核心內(nèi)容，但是由于行業(yè)自身特性，危險(xiǎn)系數(shù)較大，巷道變形或是支護(hù)結(jié)構(gòu)損壞等現(xiàn)象很容易誘發(fā)嚴(yán)重的安全事故，威脅到井下作業(yè)人員生命安全。文章主要就煤礦通風(fēng)阻力偏高原因進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際情況，提出合理的解決對策。

關(guān)鍵詞：煤礦；通風(fēng)阻力；原因；解決對策

礦井作業(yè)中，為了確保開采活動(dòng)的順利開展，保障人員生命安全，需要提供充足的新鮮空氣，空氣沿著巷道在井下流動(dòng)中，由于風(fēng)流自身的慣性和粘滯性，或是巷道墻壁對風(fēng)流的阻礙，很容易形成不同程度上的風(fēng)流阻力，也是導(dǎo)致風(fēng)流能量損失的主要原因?；诖?，針對此類問題，在礦井設(shè)計(jì)中按照風(fēng)口流動(dòng)方向，借助礦井通風(fēng)壓力實(shí)現(xiàn)，促使通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力相互作用，了解到礦井需要的空氣流動(dòng)壓力，做好井下通風(fēng)設(shè)計(jì)。由此看來，加強(qiáng)煤礦通風(fēng)阻力偏高原因和對策分析是必然選擇，有助于為后續(xù)工作開展提供參考依據(jù)。

1 礦井通風(fēng)阻力測定

1.1 測定風(fēng)阻

井下風(fēng)阻的測定可以充分反映出井下巷道通風(fēng)特性，后續(xù)的問題分析均和這一參數(shù)存在密切聯(lián)系。風(fēng)阻力的測量，主要是包括測量巷道通風(fēng)阻力和風(fēng)量，以此來確定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)阻值，作為礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)的重要參考數(shù)據(jù)資料。這種測量方式可以有效降低風(fēng)量和風(fēng)壓變化帶來的影響，但是對于測定數(shù)值精準(zhǔn)度要求較高，所以，可以分為不同個(gè)小組逐段進(jìn)行，力求測定數(shù)值更加精準(zhǔn)。巷道斷面和支護(hù)方式不斷變化，只需要測算一次即可，只有在發(fā)生顯著的變化情況下才需要重新測定。對于掘進(jìn)作業(yè)所使用的風(fēng)筒，標(biāo)出標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)阻作為備用[1]。

1.2 測算摩擦阻力系數(shù)

巷道支護(hù)方式對于巷道作業(yè)安全影響較大，不同的井巷，摩擦阻力系數(shù)同樣存在一定差異。為了更好地適應(yīng)礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)要求，通過測量通風(fēng)阻力和風(fēng)量，可以獲得不同類型井巷的摩擦阻力系數(shù)，編輯成表格，作為基本資料。摩擦阻力系數(shù)測算精準(zhǔn)度要求同樣較高，需要工作人員嚴(yán)格遵循規(guī)范要求，更加細(xì)致地開展工作。

1.3 通風(fēng)阻力分配情況測量

為了可以有效解決通風(fēng)阻力偏高問題，可以選擇沿著通風(fēng)阻力大的路線，盡可能在短期內(nèi)測量各個(gè)區(qū)段通風(fēng)阻力，得出線路上通風(fēng)阻力的分配情況，不同區(qū)段通風(fēng)阻力存在一定程度上的波動(dòng)，所以實(shí)際測量工作中需要分為多個(gè)小組，分段開展測量作業(yè)[2]。

2 礦井通風(fēng)阻力產(chǎn)生的原因

2.1 局部阻力產(chǎn)生的原因

井下風(fēng)流洞施工過程中，由于巷道墻壁條件的變化，風(fēng)流也會(huì)在局部地區(qū)受到局部阻力影響，如斷面突然變化、風(fēng)流分叉等問題帶來的影響，致使風(fēng)流流速大小、方向和分布出現(xiàn)變化，致使風(fēng)流可以產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊力，造成風(fēng)流能量的損失，形成更加均勻穩(wěn)定的風(fēng)流，在經(jīng)過局部地點(diǎn)帶來的能量損失，稱之為局部阻力。井下巷道變化多樣，局部阻力點(diǎn)較多，巷道斷面可能突然擴(kuò)大或是縮小，巷道的轉(zhuǎn)彎以及交叉等，均會(huì)帶來不同程度上的局部阻力[3]。

2.2 正面阻力產(chǎn)生的原因

井下巷道中存在的物體，風(fēng)流流動(dòng)中會(huì)從這些物體周圍繞過，這時(shí)就產(chǎn)生了附近阻力作用，而這種阻力就是正面阻力。礦井內(nèi)產(chǎn)生正面阻力的物體較為多樣，諸如，煤炭開采機(jī)械設(shè)備、運(yùn)輸車、電動(dòng)機(jī)車、坑木堆和其他器材設(shè)備等，均是產(chǎn)生正面阻力的物體。產(chǎn)生正面阻力的物體盡管十分多樣，但是引起風(fēng)流能量正面損失的本質(zhì)是相同的。風(fēng)流從正面阻力物體的周圍繞過，風(fēng)流速度和大小發(fā)生變化，出現(xiàn)渦流紊亂現(xiàn)象，進(jìn)而造成風(fēng)流能量損失。

2.3 礦井通風(fēng)阻力計(jì)算方法

對于礦井通風(fēng)阻力的計(jì)算方法來看，可以選擇以下公式實(shí)現(xiàn)：

其中Hf表示摩擦阻力，Rf則表示巷道摩擦風(fēng)阻，？姿表示風(fēng)流沿途的阻力系數(shù)，？籽表示空氣密度，L為井下巷道總長度，U為巷道周長，S為巷道斷面面積，Q則是巷道風(fēng)量。公式中含有多個(gè)要素，其中包括空氣密度、斷面面積和井巷長度等等。如果在測量得到了上述準(zhǔn)確的參數(shù)，可以充分反映出礦井通風(fēng)難度。從上述公式中不難看出，礦井通風(fēng)風(fēng)流紊亂情況下，摩擦阻力和風(fēng)量之間存在密切聯(lián)系。

3 降低井巷通風(fēng)阻力的對策

煤礦井下開采作業(yè)中，如何能夠有效降低井巷通風(fēng)阻力，有助于保證井下作業(yè)人員的生命安全，開采作業(yè)活動(dòng)能夠有序開展，提升開采質(zhì)量和安全。無論是礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)礦井通風(fēng)技術(shù)管理，都應(yīng)該提高對礦井通風(fēng)阻力的認(rèn)知水平和重視程度，盡可能降低礦井通風(fēng)阻力[4]。但是由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力受到阻力線路上的摩擦阻路和局部阻力因素影響，所以，在確定降低通風(fēng)阻力對策之前，需要了解到井下通風(fēng)阻力路線分布情況，找到最大的阻力分支，結(jié)合實(shí)際情況，尋求合理的降低通風(fēng)阻力措施，為后續(xù)煤礦開采活動(dòng)有序開展提供堅(jiān)實(shí)的保障。

3.1 降低井巷摩擦阻力的措施

（1）減少摩擦阻力系數(shù)。在礦井通風(fēng)阻力設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡可能選擇摩擦阻力系數(shù)較小的支護(hù)方式，在施工中樣遵循施工要求進(jìn)行作業(yè)，保證礦井巷掐你隔壁光滑、平整，確保工程施工質(zhì)量。一般情況下，有砌碹巷道阻力之較小，只要支架巷道的1/3左右，不同的巷道選擇而不同的支護(hù)方式，而對于一些服務(wù)年限較久的巷道則是選擇砌碹支護(hù)方式；錨噴支護(hù)的巷道，則是選擇光爆工藝，采用合理的支護(hù)工藝，確保支架整齊，也可以通過使用背板來背頂。（2）保證足夠空間的井巷斷面。在井巷斷面設(shè)計(jì)中，其他參數(shù)保持不變，井巷斷面在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)大33%，可以有效降低R局部阻力值50%，井巷通過一定風(fēng)量時(shí)，巷道阻力和風(fēng)流能量消耗可以減少50%。但是需要注意的是，斷面增價(jià)會(huì)造成基礎(chǔ)建設(shè)成本增加，需要充分考慮到建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益，從整體經(jīng)濟(jì)效益角度去考慮井巷斷面設(shè)計(jì)。通風(fēng)設(shè)計(jì)中，盡可能選擇經(jīng)濟(jì)斷面，尤其是在生產(chǎn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)改在和完善中，廣泛應(yīng)用在風(fēng)流主線路上的風(fēng)阻值較大的區(qū)域上[5]。（3）選擇周長較小的井巷。井巷斷面相同條件下，圓形斷面周長值最小，而矩形和梯形斷面周長則逐漸變大。故此，在井筒設(shè)計(jì)中應(yīng)該選擇圓形斷面，而石門、大巷設(shè)計(jì)中則應(yīng)該選擇拱形斷面，服務(wù)年限較短的井巷可以選擇梯形斷面，同樣可以滿足實(shí)際要求。（4）巷道長度減少。由于巷道摩擦阻力和巷道長度之間存在密切聯(lián)系，巷道長度越高，摩擦阻力同步增長。故此，在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該在滿足實(shí)際工作建設(shè)要求基礎(chǔ)上，盡可能減少巷道長度。

3.2 降低井巷局部阻力措施

在煤礦井巷通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，降低井巷局部阻力，應(yīng)該盡可能避免井巷斷面突然擴(kuò)大或縮小，過于頻發(fā)的波動(dòng)會(huì)增加阻力值；避免井巷直角轉(zhuǎn)彎，在轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)和外側(cè)設(shè)計(jì)成圓弧形，這樣可以有效在轉(zhuǎn)彎處引導(dǎo)風(fēng)流方向；巷道內(nèi)避免放置大型的設(shè)備和材料，盡可能降低巷道內(nèi)物體帶來的風(fēng)阻值；加強(qiáng)巷道通風(fēng)管理，一旦發(fā)現(xiàn)冒頂和積水現(xiàn)象需要及時(shí)上報(bào)和處理，確保井下煤炭開采作業(yè)活動(dòng)能夠有序開展。

4 結(jié)束語

綜上所述，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了可以有效降低礦井通風(fēng)阻力，應(yīng)該注重優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)，盡可能降低摩擦系數(shù)和局部阻力，尤其是巷道內(nèi)避免停放大型機(jī)械設(shè)備，材料堆放整齊，收集相關(guān)數(shù)據(jù)資料，為后續(xù)的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供充分的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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