神东煤炭分公司哈拉沟煤矿 陕西 榆林 719317
摘要：煤矿通风是煤矿在生产中将地面新鲜空气传输至矿井中各个作业区域，是矿井正常生产的重要前提。煤矿通风系统是营造良好工作环境的基础，是让地面空气顺利进入井下，使得风流在井下定量定向流动的系统。矿井通风阻力是影响矿井安全生产的一重要因素，探究矿井通风阻力影响因素，研究降低矿井通风阻力的方法，以期有助于矿井通风工作者降低矿井通风阻力，让矿井实现有效通风，更好地保障矿井安全生产。
关键词：煤矿通风；阻力影响因素；降阻方法
1、前言
由于开采煤矿会产生大量粉尘及有毒有害气体，若不及时排除这些粉尘及有毒有害气体，不仅会严重危害矿工身体健康，而且易引发瓦斯爆炸，威胁矿井安全生产。要想及时排除这些粉尘及有毒有害气体，必须给矿井提供足够的风源，但矿井通风又会消耗大量电能，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。
2、矿井通风阻力影响因素
一般将矿井通风阻力细分为两类：摩擦阻力与局部阻力。这两种阻力都受到风流状态的影响，通常摩擦阻力对矿井通风总阻力影响最大。
2.1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。当井巷风流处于完全紊流状态时，可以按下式来计算摩擦阻力：
(1)
式(1)中，α为巷道粗糙度，μm；h摩为巷道摩擦阻力，Pa；S为巷道断面面积，m2；U为巷道周长，m；L为巷道长度，m；Q为巷道风量，m3/s。由上式可知巷道摩擦阻力主要受巷道粗糙度度、巷道长度、断面周长、面积等因素影响。当上述这几个因素都确定的情况下，巷道摩擦阻力正比于风量平方。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2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[4]。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，图1为这两种类型的具体示意图，其中图1a)、图1b)为突变型，图1c)、图1d)为渐变型。
图1 巷道的渐变与突变示意图
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。
3、降低矿井通风阻力的方法
3.1降低摩擦阻力
a)努力减小摩擦阻力系数。在设计矿井通风时，选用的支护方式摩擦阻力系数应尽可能小，并且施工质量一定要有保障。为使井巷壁面更平整更光滑，应优先选用光面爆破技术，让井巷壁面凹凸度控制在50mm内。同时应提高巷道支架支护质量，布设的支架应整齐一致，必要时还应进行刹帮背顶，且支护密度不应过大，遭破坏的支架要应及时修复。对于不设支架的巷道，为使摩擦阻力尽可能小，必须彻底修整好顶板、两帮及底板；
b)应选择好井巷风量。由于矿井摩擦阻力正比于风量平方，因此在进行通风设计与实施技术管理时，不能随意调大供风量，应在确保可以安全生产的前提下尽量调小各用风处的供风量。在掘进初期采用局部通风机实施通风作业时，应科学、合理控制风量，特别是应及时调整主通风机的运行工况，让矿井富裕风量尽可能少。同时应避免巷道内出现风量过于集中现象，尽量早分开矿井的总进风、晚汇合矿井总回风；
c)布设的井巷断面周界应尽量小。当井巷断面相同时，由于周长最小的断面为圆形断面，其次为拱形断面，而矩形断面与梯形断面周长都相对较大。因此，在设计矿井通风断面形状时，对于立井井筒可布设为圆形断面，可把一些辅助井巷如斜井、石门、大巷等布设为拱型断面；服务年限不要求太长的次要井巷，可以把巷道断面布设为矩形断面或梯形断面；
d)井巷通风断面应足够大。由于巷道摩擦阻力反比于通风断面的三次方，因此，可以通过尽可能扩大通风断面的方式来有效降低通风阻力。在井巷通风量一定的情况下，让井巷断面扩大33%，可使矿井通风阻力大幅缩减50%，此减阻方法在矿井主要通风路线上高阻力段减阻中应用较多。当遇到受技术条件及经济条件的影响，井巷断面很难再继续扩大的情况下，也可以用双巷并联通风法来有效降低巷道摩擦阻力。此外，为确保巷道断面足够，在日常生产中，还应及时修整巷道，定期清除巷道堵塞物，使巷道畅通无阻；
e)缩短巷道长度。由于巷道摩擦阻力正比于巷道长度，因此在设计、管理矿井通风系统时，在满足开拓开采需求的情况下，应尽可能缩短风路长度，同时将废弃的旧巷与采空区全部封闭好，重视改造矿井通风系统，选用的具体通风方式应科学、合理。
3.2降低局部阻力的措施
a)井巷存在的局部阻力地点数应尽量少。小直径的铁风桥最好不要在井下使用；应尽量少布设调节风窗；井巷断面不要突然扩大或突然缩小，各断面比值应尽量小；
b)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；
c)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；
d)井巷正面阻力物要少。应把巷道中的无用堆积物及时清理干净，采掘工作面施工作业所需材料应按需运输存放，严禁在井下巷道集中堆放。为确保有效通风，应使巷道做到“三无”：无杂物、无淤泥、无片帮。另外为避免矿车阻挡风流，恶化通风环境，矿井主要通风巷道最好不要长时间停放成串矿车。
4、结语
矿井通风是矿井生产中的一项重要耗能环节，仔细分析矿井通风阻力产生的原因，并采取有效措施降低矿井通风阻力，不仅能降低矿井通风能耗，提高企业经济效益，而且能确保井下各用风点有足够的风量，及时稀释煤矿开采作业产生的粉尘和排出有毒有害气体，更好地保障矿井安全生产。
参考文献
[1]陈醉.关于煤矿通风系统安全运行的相关影响因素的探讨[J].科技资讯，2012(22)：101.
[2]李小亮.煤矿通风系统安全运行的相关影响因素的探讨[J].装饰装修天地，2015(z1)：308.
论文作者:常海龙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/19
标签：巷道论文; 矿井论文; 阻力论文; 断面论文; 风流论文; 摩擦论文; 风量论文; 《防护工程》2018年第27期论文;