巷道改造技术在矿井通风减阻中的应用研究_伊新.pdf

202313技术应用与研究105Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究105Modern Chemical Research当代化工研究巷道改造技术在矿井通风减阻中的应用研究伊 新（山西煤钢联正智煤化有限公司 山西 031400）摘要：对于矿井通风系统来讲，通风的风阻、网络复杂程度、风量以及局部阻力等均能够对其阻力产生影响，通过这些措施能够有效降低通风阻力。以实际煤矿为例，通过通风阻力及巷道长度测定，分析其通风阻力产生的主要原因，减少回风段通风长度、降低巷道局部通风阻力、增加巷道的有效通风面积能够有效工作面通风线路的通风阻力，降低投入成本，实现节能高效运转的目的。关键词：巷道改造；通风阻力；回风巷道；线路优化中图分类号：TD 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.13.035Research on the Application of Tunnel Transformation Technology in Mine Ventilation and Drag ReductionYi Xin(Shanxi Coal Steel Lianzhengzhi Coal Chemical Co.,Ltd.,Shanxi,031400)Abstract：For mine ventilation system,ventilation wind resistance,network complexity,air volume and local resistance can affect its resis-tance,and these measures can effectively reduce ventilation resistance.Taking the actual coal mine as an example,through the measurement of venti-lation resistance and roadway length,the main causes of ventilation resistance are analyzed.Reducing the ventilation length of the return air section,reducing the local ventilation resistance of the roadway and increasing the effective ventilation area of the roadway can effectively reduce the venti-lation resistance of the ventilation line in the working face,reduce the input cost and achieve the purpose of energy-saving and efficient operation.Key words：roadway renovation；ventilation resistance；return air tunnel；route optimization通风系统是在煤矿开采过程中确保井下开采环境安全性的重要辅助系统。通风系统的工作效率是随着煤矿开采深度的不断增加呈现出不断下降的现象，与此同时，在煤矿井下开采的过程中克服通风阻力的无用功所占比呈现出不断增加的现象。在煤矿开采过程中，为了能够提升通风系统的风压和系统总进风量，大部分煤矿采用的都是不断增大通风机运转效率的传统通风系统，通过这种方式来确保井下安全得生产环境1。但需要注意的是，虽然这种控制方法在很大程度上能够确保煤炭开采井下安全生产，但大功率的通风机也消耗了较多的电力资源，显著增加了开采成本，且部分通风机效能是用来克服风阻力，因此，造成了通风机的通风效能相对比较低，无法达到煤矿开采实际安全生产环境的需求。在煤炭开采过程中，通过对进风井或者回风井位置进行合理的调整，同时不断优化通风线路，能够有效的降低煤炭开采井下通风阻力，实现井下通风系统的高效运作2。煤炭开采过程中采用科学有效的措施降低通风系统通风阻力，通过减少回风段通风长度、降低巷道局部通风阻力、增加巷道的有效通风面积等措施，能显著提升煤炭开采矿井通风系统节能高效运作，实践证明，具有一定的使用价值。1.通风系统构成为了能够有效地达到减阻的目的，需要首先对矿井通风系统的结构和组成进行了解。矿井通风系统的组成三大要素包括网络、动力和控制设备，其中网络指的是矿井通风的风流通道，由矿井井下的诸多巷道组成；动力指的是矿井井下空气流动所需要的能量，动力由通风机和自然风压提供；控制设备这里主要指的是通风构筑物，例如风门、导风板等3。矿井主通风机给流入矿井的空气提供能量，使其能够以一定的速度和风量在矿井通风网络当中进行流动，控制设备对空气进行调节，满足矿井每个部位和井下工人最基本的空气所需保障。2.巷道改造降阻技术概述矿井通风阻力指的是由井筒、巷道及通风构筑物构成的通风网路所产生的通风总阻力，它是衡量矿井通风能力的重要指标，影响矿井通风阻力大小的因素很多，有井巷断面的大小、井巷支护状况、通风距离的长短、井下分区网络布置的合理性及风量调节方法的合理性等诸多因素。对于矿井通风系统来讲，通风的风阻、网络复杂程度、风量以及局部阻力等均能够对其阻力产生影响，因此这些都是矿井通风减阻措施的主要切入点。矿井通风系统当中，假定其他参数一定时，通风阻力与风量数值的平方呈正相关关系；假定巷道的支护参数一定时，通风阻力与巷道风阻呈正相关关系；对于矿井巷道来讲，断面突变、巷道拐弯202313技术应用与研究106Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究106Modern Chemical Research当代化工研究以及风流分汇处均能够产生通风风流紊乱，使得这些部位的局部阻力增大，进而导致该处的通风能量损失过大，可能无法满足井下通风保障，造成通风系统负担；通风网络越复杂，矿井通风系统的通风阻力越大4。本文主要从巷道改造技术方面出发，对相应的矿井通风减阻措施进行阐述和归结。（1）调整通风网络结构。对于矿井通风系统来讲，增阻调风措施应当尽力避免，通风网络应当坚持“早分晚合”，通过优化网络结构来实现降阻目的。对于废弃巷道，不仅增加漏风量，而且增加巷道通风长度，应当及时封闭并确保封闭质量来实现降阻的目的。（2）采用并联通风。当矿井实际生产需要增加巷道时，能够采用并联通风的应当尽量采用并联通风，因为串联通风增加了通风的巷道长度，而并联通风对风量进行了分流，能够降低巷道风阻5。（3）调整断面面积。巷道支护参数和风量一定的前提下，风阻与巷道断面大小呈现负相关关系。适当扩大巷道的断面面积能够有效地降低风阻。（4）降低局部阻力。小钝角转折巷道或者直角巷道常常存在于通风系统通风线路当中，这种设计形式最大的弊端就是其显著降低了风流的速度，严重损失了通风系统的工作效能。当矿井风流经过小钝角或者直角转折巷道的过程中，风流速度在风流流动方向会出现急剧减小的现象。风速在转折点处会形成较大的风流压力，进而形成压强相对比较大的空气团。这就造成了风流在转折点处的空气与在转折点处压强相对比较大的空气团之间形成较大的压力差，从而来不断的推动转折点之后的空气流动。但与此同时，转折点处所形成的空气团在很大程度上直接增加了煤炭矿井通风阻力，极大的阻碍了井下通风系统的通风条件。因此在巷道分叉、转角以及突变位置应当采取处理措施，例如在巷道突变位置采取断面渐变、采取双曲线型转弯等方式均能够有效降低局部阻力6。3.通风阻力测定图1 2302工作面矿井通风线路（1）工程背景。A矿井是一个低瓦斯矿井，其核定的年生产能力为2Mt/a。A矿井可以开采的煤层类型主要包括3#和7#两种。本文重点研究了降低3#煤层开采通风阻力的措施，3#开采深度为875m，A矿井采用的通风方式为中央并联抽出式。图1为3#井下2302开采工作面通风系统中通风线路的剖面图。（2）通风阻力监测。本文采用基点气压法对2302工作面的通风阻力进行测定，所用的设备包括CZC5矿井通风多参数测定器、干湿球温度计、空压盒、激光测距仪等。通风阻力测定值如表1所示。表1 2302工作面巷道长度和通风阻力测定值监测点位置巷道长度/m巷道长度占比/%通风阻力/Pa通风阻力占比/%进风井641 1273 7轨道大巷3746 9268 72302进风巷5060 12571 142302切眼4870 1192 22302回风巷7811 18544 13轨道大巷20978 482065 51回风井694 2269 7合计43800 1004083 100结合表1得到的2302工作面巷道长度和通风阻力实时监测数据，对其进行数据统计分析。在分析的过程中将进风段看作是轨道大巷和进风井通风阻力的组合体，将回风段看作是回风井和回风轨道巷的组合体，将用风段看作是煤炭矿井2302工作面回风巷、切眼和运输巷的组合体。通过这种归纳整理后，本文得到了2302矿井工作面的巷道长度和通风阻力实测数值，具体如图2所示。图2 2302工作面巷道长度和通风阻力实测数据柱状图如图2所示，对进风段、用风段和回风段的通风巷道长度进行分析，进风段通风长度为4837m，占比为10%；用风段通风长度为17741m，占比为41%；回风段通风长度为21672m，占比为49%。对进风段、用风段和回风段的通风阻力进行分析，进风段通风阻力为542Pa，占总的通风阻力的13%；用风段通风阻力为1207Pa，占总的通风阻力的30%；回风段通风阻力为2334Pa，占总的通风阻力的57%。通过对通风阻力实测202313技术应用与研究107Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究107Modern Chemical Research当代化工研究值进行统计分析可以发现，回风段的通风阻力较大，占到总通风阻力的57%，究其原因，与回风段通风长度占总的通风巷道长度的49%有很大关系。为了能够满足工作面所需风量和风速，通常做法是调节主通风机和局扇的功率，如此循环往复，会导致整个矿井系统的电能损耗占比不断增加，属于治标不治本的做法，应当通过分析通风巷道阻力产生的来源进行分析，并采取有针对性的减阻措施。4.巷道改造技术在通风减阻中的应用(1)减少回风段通风长度通过上文分析可以得知，回风段通风巷道的长度占总的通风线路的比重将近50%，回风段通风巷道通风阻力占总的通风阻力已经超过了50%。矿井巷道通风长度的增加是造成整个矿井通风阻力增加的最关键因素，为了减少回风段通风线路长度，使用数值模拟方法，在靠近2302回风巷的轨道大巷适当位置布置回风井，试验结果表明，减少回风段长度后，通风风阻显著降低，具有一定的使用价值。图3 2302工作面改造后的矿井通风线路(2)降低巷道局部通风阻力在进行通风阻力测定的时候就发现，大多数巷道都是直角巷道，这样的巷道布设形式会导致风能在此处得到大量损失，降低风能，增加局部通风阻力，因此对这些直角巷道进行了改造，将直接巷道改造呈双曲线性转弯形式。另外对联络通道风门处的漏风情况进行了检测，通过检测发现，联络通道风门处存在一定的漏风，特别是有人员通过的时候，个别双向风门的联动装置出现了损坏，增加漏风量。因此对漏风的部位进行有效封堵，对双向风门进行统一排查，确保双向风门联动装置处于有效的工作状态。(3)增加巷道的有效通风面积在对通风线路进行排查的时候发现，2302进风巷、切眼以及回风巷的巷道顶部及两侧都出现了不同程度的变形，这在很大程度上减少了巷道的有效通风面积，通过对这些巷道及时进行修复和支撑，确保其有效断面满足通风需求。另外，增加巷道支护的锚杆锚索间距，降低巷道修复的频次和频率。在进风巷和回风巷当中都长期堆积有钢筋网片、木材等材料，有些材料的周转时间较长，进一步造成了通风有效断面的减小。通过对材料进行统计分析，对那些已经无用的材料及时进行清理，并且根据材料的使用周期对巷道内的材料储量进行分析，减少有用材料的堆放数量，确保堆放在巷道内的材料能够及时完成周转。通过加快材料周转增加有效通风断面。通过对2302工作面通风系统进行优化处理后，其有效降低了2302工作面回风段通风阻力；通过调整运输巷和轨道大巷间的连接巷道布置形式不仅仅能够有效降低风流的动能损失，同时还能有效减少风流经过直角转弯巷道时的压强。因此，在A矿井2302工作面合理调整通风系统回风井位置、改造运输巷和轨道大巷连接巷道等措施能够有效的降低A矿井2302工作面通风系统的通风阻力，降低生产成本，提高2302工作面通风系统的工作效率。5.结论本文首先重点分析了A矿井3#井下2302工作面巷道长度和通风阻力及通风线路布置方式之间的关系，同时利用一些流体力学方面的理论知识阐述了煤炭开采过程中井下工作面通风线路通风阻力不断增加的原因，针对这些原因提出了降低煤炭开采工作面通风阻力的措施。即A矿井3#井下2302工作面可利用调整工作面通风系统回风井位置、降低巷道局部通风阻力、增加巷道的有效通风面积等方法来降低工作面通风线路的通风阻力，降低投入成本，实现节能高效运转的目的。【参考文献】1景巨栋.矿井风路中影响风流的因素及风量调节问题研究J.山东工业技术,2013(10):2.2李晓刚,王湘桂,胡永泉.矿井通风系统节能减阻研究J.金属矿山,2019(4):4.3卫丹.巷修降阻在矿井通风系统优化中的研究与应用J.卷宗,2016(10):712.4李鹏飞.矿井通风技术在煤矿安全中的应用研究J.矿业装备,2022(2):180-181.5袁相磊.矿井通风技术在煤矿安全中的应用研究J.内蒙古煤炭经济,2022(6):87-89.6朱冬.矿井通风系统节能减阻分析J.前卫,2022(4):3.【作者简介】伊新（1982-），男，本科，通风与安全工程师（中级），注册安全工程师（中级），研究方向：煤矿安全管理。