煤矿通风阻力影响因素及降阻方法分析

煤矿通风阻力影响因素及降阻方法分析

王晶辉

龙家堡矿业公司吉林省长春市130500

摘要：为了及时消除煤矿井下现场的粉尘和有毒有害气体，有必要为矿井提供足够的空气来源，但矿井的通风会消耗大量电力。在实际生产中，据有关部门统计，国内很多矿井通风耗电量要占矿井总耗电量的30%左右，甚至部分矿井的通风耗电量已达到矿井总耗电量的50%左右。为积极响应国家的节能降耗发展战略，同时更好地保证矿井安全生产，分析矿井通风阻力产生的原因，研究降低矿井通风阻力的方法迫在眉睫。

关键词：煤矿通风阻力；影响因素；降阻方法

导言：在煤矿地下开采过程中，会产生大量有毒有害气体和粉尘，严重危害矿工健康。如果不及时减少粉尘和有害气体的浓度，也可能造成爆炸等事故，威胁矿工的安全，给企业带来巨大的经济损失。因此，有效的矿井通风是必要的。矿井通风不仅要保证通风质量，即有害气体和粉尘的浓度降低到规定的标准以下，还要在合理的范围内控制矿井的通风效率。在实际生产过程中，通风的质量很容易保证，而矿井的通风效率则很难保证，这是因为矿井通风线路会随着时间的改变而改变，导致矿井的通风阻力增加，矿井的通风效率降低。据有关部门统计，很多煤矿矿井通风所消耗的电能占到矿井生产总耗电量的50％以上，所以，提高矿井的通风效率不仅能保证矿井的安全性，还能提高矿井的经济效益。为此，本文分析了煤矿开采过程中导致矿井通风阻力增加的原因，然后提出了降低矿井通风阻力的一些措施。

1矿井通风阻力影响因素

1.1局部阻力

当风流在井巷中流动时，在井巷边壁条件不断变化的影响下，巷道局部阻力物会不断影响与破坏巷道风流，如风流遇到突变巷道断面时，风流会发生分叉现象、交汇现象等，使风流流速、风流方向及分布发生变化，引发风流自身内部产生冲击形成涡流，致使风流发生能量损失，通常这种均匀稳定风流流过巷道某些局部区域而产生的某些附加能量损失称为局部阻力。由于矿井生产环境恶劣、地质条件复杂、井下巷道曲折变化，因此有很多地点都有可能引发局部阻力，如矿井巷道断面时大时小、巷道存在多种拐弯及巷道与巷道间的交叉、交汇等。在实际生产中，在分析局部阻力产生原因时，可以把局部阻力细分为突变型与渐变型两大类。当紊流流体流过巷道突变部位时，在惯性作用的影响下，流体很难跟随边壁突然变化而变化，以致主流与边壁迅速脱离，使主流与边壁间产生涡流区。主流会不断带走这些涡流，补充到主流中的流体，又易组成新涡流，会损失部分能量。

1.2摩擦阻力

当矿井风流在井巷中流动时，井巷固定壁面会阻止风流流动，让风流产生内外摩擦，这样就会形成摩擦阻力。风流的流动具有一定特点，在实际生产中我们可把风流的流动状态大致分为：层流流动与紊流流动。其中层流流动指运动流体的各层质点彼此不融合，呈流束状流动，各流束的质点间几乎不存在能量交换。流体质点流动轨迹会大致平行于流体通道轴线，一般为直线流动轨迹或有规则的平滑曲线流动轨迹。而紊流流动正好相反于层流流动，这种流动方式流体各质点在流动时，一般会彼此发生碰撞并强烈混合，质点与质点间存在显著的能量交换，质点流动轨迹通常呈不规则状，总流方向存在流动，垂直总流方向或斜交总流方向也会存在流动，时常还会有涡流存在于流体内部。据以往实践经验，发现井巷风流一般不会处于层流状态，大多为紊流状。

2降低矿井通风阻力的方法

2.1降低摩擦阻力

2.1.1减小摩擦阻力系数。根据矿井的摩擦阻力公式，可以有效地降低阻力系数。因此，煤矿在设计通风巷道时，应采取措施提高巷道的表面平滑度，降低阻力系数。在控制矿井巷道的表面光滑度时应该采用光面爆破技术，将巷道表面的凹凸控制在50mm之内。同时还应该提高巷道的支架支护质量，在巷道内布设支架时应该进行刹帮背顶，并且支护密度不能过大，并且应该对遭到破坏的支架及时修复。如果矿井的巷道内没有设支护支架，那么应该彻底修整巷道的顶板、底板以及两帮。

2.1.2优化井巷风量选择。优化矿井巷道风量对于矿井通风非常重要。由公式可知矿井摩擦阻力与巷道内的风量平方成正比，因此在进行巷道的通风设计时必须严格控制巷道的风量，不能随意调整风量。在开采期间部分通风机实施通风作业时，应该根据矿井巷道的实际需求调整风量，不可盲目扩大风量。除此之外，还应该合理的布置通风机位置，避免通风机的相互位置不合理，造成风流相互之间形成阻力，过于集中或者过于分散。

2.1.3扩大井巷通风断面面积。根据巷道风流阻力公式可知，扩大巷道断面面积的三次方与巷道风流的摩擦阻力呈反比关系。因此，扩大巷道的断面面积能够明显降低巷道的通风阻力。但是在实际过程中，由于巷道断面面积很难改变，因此通过这种方法降低巷道的通风阻力难以实现，即使实现其投入的成本也相当大。在这种前提下，想要降低矿井巷道的通风阻力，则必须尽可能保持巷道矿井的断面面积保持100%利用，定期对巷道内的障碍物进行清除，确保矿井巷道畅通无阻。

2.1.4缩小井巷断面周界。巷道的横断面对巷道的浪漫阻力也有一定的影响。煤矿单位在设计矿井巷道时，应尽量选择环形巷道或拱形巷道。在巷道断面面积确定的条件下，巷道形状接近圆形，巷道周长较小。但是，巷道的断面在设计时越接近圆形其施工时的难度就越大，因此应该在控制成本的情况尽量保持巷道的形状接近于圆形。

2.2降低局部阻力的措施

2.2.1减少井巷周边的局部阻力地点。煤矿在生产作业的过程中，其矿井的四周常常伴有其他装备、装置。例如运输的车辆以及传送装置。当巷道在开挖时由于所需的材料较多，而且掘进的工期较长。在这一过程中，很容易导致物品的乱摆乱放对矿井的巷道形成额外的通风阻力。因此，为了确保矿井巷道的通风流畅，应该及时清理巷道中以及其周围的杂物，增加巷道通风面积的利用率。另外应该尽量保持巷道四周的干燥，对巷道内的渗水、漏水等问题应该及时解决。

2.2.2减少井巷正面阻力。降低矿井巷道的正阻力对降低巷道的通风阻力有直接的影响。矿井巷道中的物体，以及机械设备，都会阻碍矿井中的风流。在进行采矿作业时，应按照所需材料运输和储存。为了确保矿井巷道中的有效通风，煤矿管理部门应该严格执行“三无”措施，保持矿井巷道内“无杂物、无淤泥、无片帮”。另外，为了避免车辆及设备等阻挡风流，恶化通风环境，矿井通风巷道内严禁乱停车辆、乱放设备，片帮煤及杂物应当尽快处理干净，减少矿山通风阻力。

2.2.3应采用斜线或圆弧型边缘线来连接两断面大小不同的巷道。在巷道转弯时，布设的转角应尽量小，同时应把拐弯内侧设计为斜线型与圆弧型。巷道最好不要存在直角弯、不要突然分叉或突然汇合。

2.2.4巷道局部阻力地点通过的风流速度应尽量小，巷道的粗糙程度应尽量低。对于部分内部表面特别粗糙的巷道，必须适当降低风流速度以使通风阻力尽可能小。

结束语

保证矿井通风的安全性和有效性，对矿井的安全生产和经济生产具有十分重要的意义。矿井通风阻力的增加不仅会导致通风效率的降低，而且还会导致通风能耗的增加。分析了导致矿井通风阻力增加的主要因素，提出了有效降低矿井通风阻力的可行措施。只有将矿井的通风阻力降低到规定标准以下，才能保证矿井通风的经济性。这些措施的实施需要矿井下多名人员协助完成。所述内容可以为改善矿井的通风状况提供一些参考，具有一定的应用意义。

参考文献：

［1］黄显东，刘志梅.矿井通风阻力测定方法及应用［J］.煤矿安全，2018，35（8）：13-15.

［2］鲁义，钟万滋，盛真可.影响矿井通风阻力测定因素分析［J］.江西煤炭科技，2018（1）：80-82.

［3］廖礼，杨守国，罗培荣，等.矿井通风井巷断面优化研究与应用［J］.能源技术与管理，2018，41（1）：12-13.

［4］石乃敏.关于煤矿井下通风系统优化改造与安全管理［J］.科技通报，2018（11）：211-213.