矿井通风阻力测定报告

白果煤矿矿井通风阻力测定报告
一、矿井通风概况
白果煤矿矿井设计能力9万t/a，井田面积 (km)2，开采2#煤层，煤层平均厚度2.3m。

矿井采用平峒开拓，三条平峒进风，2#回风斜井主扇分盘区抽出式通风，主扇型号为1K58No.27，电机功率240 kw，叶片安装角度为35°，总排风量为7470m3/min，矿井负压986Pa。

矿井瓦斯相对涌出量为1.41m3/t，二氧化碳涌出量为1.44 m3/t；瓦斯绝对涌出量为5.92 m3/min，二氧化碳绝对涌出量为6.06 m3/min，为低瓦斯矿井。

该矿井未发生自然发火事故，但煤层具有自燃倾向性，自燃发火期为6～8个月，属于一类容易自燃煤层。

本井田煤尘具有爆炸危险性，煤尘爆炸指数为37.74。

某煤矿目前矿井共有3个综采工作面，一个准备面，2个生产面。

共有掘进工作面9个：即404运顺、404回顺、西一轨道巷、西一皮带巷、西一回风巷、三盘区进风巷、三盘区2＃皮带巷、三盘区2＃回风巷、301回顺。

各采掘面通风情况如下（参照2004年8月份测风报表）
1、210停采面配风587 m3/min，由副一、二平峒进风，经二盘区回风巷回到2#回风井。

2、204综采面配风1127 m3/min，进风均由副一、副二平峒进风，经二盘区皮带巷到采
面，回风经二盘区回风巷到2#回风井。

3、402综采面配风912 m3/min，由二盘区轨道巷进风，经二盘区回风巷回到2#回风井。

4、404运顺掘进工作面采用一台28 kw风机供风，工作量风量180 m3/min。

5、404回顺掘进工作面采用一台22×2 kw对旋风机供风，工作面风量278 m3/min。

6、300运顺掘进工作面采用一台22×2 kw对旋风机供风，工作面风量371 m3/min。

7、300回顺掘进工作面没有掘进生产，采用一台30X2 kw对旋风机供风，工作面风量
255 m3/min。

8、西一开拓三个掘进工作面，各由一台11 kw局扇供风，工作面风量分别为210 m3/min、
204 m3/min、201 m3/min。

9、三盘区二个掘进工作面各由一台11 kw局扇供风，工作面风量分别为224 m3/min、
205m3/min。

二、矿井通风阻力测定内容及测定方案
1. 测定内容
根据某煤矿与某大学达成的协议，双方共同组成了矿井通风阻力测定课题组，对该矿通风系统中的主要巷道通风阻力进行了测定。

本次矿井通风阻力测定工作的主要内容是测定矿井通风总阻力以及测定并计算井下主要巷道通风摩擦阻力系数。

2. 测定方案
2.1测定方法
矿井巷道通风阻力的测定方法都是根据能量守恒定律（即流体力学理论的伯努利方程）建立起来的，目前，煤矿井下通风阻力测定方法通常有压差计法和精密气压计法。

其中压差计法测量精度较高，但费时费工，工作量大；精密气压计法测量操作简便，但测量结果精度比压差计法低。

考虑到某煤矿矿井通风路线长（10000m 左右）的实际情况，以及进行矿井总的通风阻力测定的技术要求，即要在尽可能短的时间内完成全矿井主要巷道的阻力测定工作，以避免因为地面气候条件变化（这里主要是指地面空气压力和温度）而造成的比较大的测量误差。

因此，我们采用精密气压计法来进行某煤矿井下各通风参数的测定。

本次矿井通风阻力测定采用的是气压计逐点测定法，将基点定在副一平峒峒口。

把两台同型号的精密气压计放置在平峒口基点处，同时读取绝对压力值后，再将仪器切换到相对压力测量状态，一台气压计留在基点，每隔5分钟记录一次气压计变化值；另一台气压计用于井下沿预定测定路线逐点测压，记录测压时间并读取压力变化值，待全部测定完毕，重新回到基点，再校对气压计的读数。

在测压的同时，测量其它通风相关参数。

2.2 测量参数
（1）、各测点的干、湿球温度：可以通过温湿度传感器、毛发湿度计以及干、湿球温度计等仪器测量。

测定数值除了能够反映矿井通风巷道环境状态外，还用于计算通风巷道的空气密度。

（2）、各测点的风速：主要通过现场常用的机械师风表进行测量，其它测量风速的仪表还有矿用风速传感器、热球式风速计等。

测定的数值除了能够反映矿井通风巷道的风速情况外，还用以计算巷道风量。

（3）、各测点的静压：主要是指绝对静压（巷道空气的绝对压力），可以通过空盒气压计、绝对压力传感器或者绝对压力传感器配合相对压力传感器（或压差计）等一起进行测量。

测定的数值除了反映通风巷道的能量损失之外，还用来进行巷道通风阻力的计算。

（4）、各测点的巷道断面几何参数，用皮尺、巷道断面几何测定仪等工具进行测量。

所测的数值除了反映通风巷道的断面状况外，还用来进行计算巷道的风量。

（5）、各测段距离，主要用皮尺、测绳或者全站仪等工具进行测量，主要用来计算矿井通风巷道的摩擦风阻和摩擦阻力系数等。

2.3 测量路线
矿井通风阻力测定路线的选择，是根据通风流程最大、通风阻力最大的原则进
行确定。

结合某煤矿通风系统的实际情况，该矿通风系统为中央分列、盘区并列
混合式通风，现有三个进风井筒和一个回风斜井。

依据上述原则，我们选择了如
下通风阻力测定路线：
副一平峒（平峒口）—→副一平峒（措施井）—→副一平峒（七盘区）
—→二盘区轨道巷（车场）—→二盘区轨道巷（2#进风井—→三盘区轨道
巷—→三盘区1#皮带巷—→300准备面—→三盘区1#回风巷—→总回风巷
（404运顺）—→总回风巷（206回风）—→回风斜井—→风峒口测定路线见图1：某煤矿通风阻力测定路线图。

在具体实施测定过程中，由于矿井进风平巷为三个平峒（主平峒、副一平峒、副二平峒）平行进风，并且通过联络巷相互联通，因此在测定过程中，我们选择了副一平峒作为测定巷道，逐段测定每两个联络巷之间的平巷。

2.4 测定组织
根据测定内容，参测人员分别负责指挥、测压、测风、测断面、记录、协调等工作。

为了更好的进行现场实际的测定工作，我们在进行井下测定工作之前，对测量小组人员进行了培训，使每个工作人员明确了工作内容，熟悉了所用仪器的作用，并且让他们掌握了有关仪器的使用方法，为下井实测做好了充分的准备工作。

2.5 测量仪表
所用仪器仪表主要有：
JYF-1精密气压计2台
风扇式干湿温度计1个
机械式风表1套（高、中、低速各1个）秒表2块
三、矿井通风阻力有关参数的计算方法
1. 井下大气物理参数
用通风湿度计测量各测点空气的干、湿温度，用气压计测量各测点静压，计算空气相对湿度和密度，具体计算方法如下。

1.1 空气相对湿度的计算
(1) 干、湿球温度下空气的饱和水蒸汽压为：
kPa td td
EXP Psat )
3.23727.17(
6099.0+= (1)
kPa
tw
tw
EXP Psat )
3.23727.17(6099.01+= (2)
式中 P sat ——在温度t d 下空气的饱和蒸汽压，kPa ； P sat1——在温度t w 下空气的饱和蒸汽压，kPa ；
t d ——干球温度，℃； t w ——湿球温度，℃。

(2) 矿井空气的实际水蒸汽压为：
)(24.0)6.024.04.371(11tw td P tw td Psat F ---+= (3)
式中 F1 ——干球温度下水蒸汽饱和蒸汽压；
P ——大气压力，kPa ；
tw
td F 4.004.04.3712-+= (4)
式中 F2——湿球温度下水蒸汽饱和蒸汽压。

(3)空气相对湿度为：
Psat
F F 21100
=ϕ (5)
1.2 空气密度的计算
3
)
100/3779.0(15.273484
.3m kg Psat P td
ϕρ-+=
(6)
式中 P ——大气压力，kPa ；
φ——空气相对湿度，%；
P sat ——在温度t d 下空气的饱和蒸汽压，kPa ；
t d ——干球温度，℃； t w ——湿球温度，℃。

2.巷道断面参数与风量
2.1 巷道断面积 (1) 面积计算公式：
半圆拱形状： 2
)
108.0(m a H a S -= (7)
式中 S ——巷道断面面积，m 2；
H ——巷道全高，m ；
a ——巷道宽，m 。

三心拱形状： 2
)073.0(m a H a S -= (8) 梯形形状： 2
2
m H b
a S += (9)
式中 S ——巷道断面面积，m 2；
a ——巷道宽，m ；
b ——为巷道顶宽，m 。

(2) 周长计算公式：
半圆拱形状： m a H U 66.12+= (10) 或者： m S U 84.3= (11) 三心拱形状： m
a H U 35.12+= (12) 或者： m
S
U 1.4= (13)
梯形形状： m
a b H H b a U 22)(-++++= (14)
或者： m S U 16.4= (15)
式中 U ——巷道周长，m ； 其余符号意义同上。

2.2 风量
采用线路法用风表测量风速，计算通过井巷的风量：v 以及测点巷道的断面面积S 算出：
s m Sv
Q 3= (16)
式中 Q ——巷道风量，m 3/S ；
S ——巷道断面面积，m 2；
v ——测点实际平均风速，m/S 。

3. 通风阻力及自然风压
3.1 通风阻力计算
(1) 各测段巷道通风阻力计算公式为：
)
(2/2/)()(11~2
112'1'2111~+++++++-+-+---=i i i i i i i i i i i i i i Z Z g v v P P K P P K h ρρρ (17)
式中 1~+i i h ——i ，i+1测段通风阻力，Pa ； P i P i+1——测点空气绝对静压，Pa ；
P ’i P ’i+1——分别为读取P i 和P i+1压力值时，基点校正气压计的相应测值，Pa ； K 1 K 2——分别为井下测量用气压计与基点校正气压计的校正系数； 其余符号意义同前。

(2) 总阻力计算
通风系统总阻力为测定路线各测段通风阻力的累加。

3.2 自然风压测算
某煤矿地处山区，进、回风井井口不在同一个水平，进、回风流有温差，应考虑矿井自然风压的影响。

自然风压是在井下最低标高的巷道以上，进风与回风两列垂直空气柱的重力压强之差，用公式表示为：
...)
(...)(151615161615161532322121++-++=--------g Z g Z g Z g Z h N ρρρρ (18)
式中 Z ——第i 与i+1个测点的高差，m ；
ρ——第i 与i+1个测点的平均空气密度，3/m kg 。

某煤矿通风阻力测量路线上的主（副）平峒峒口标高为+937.5m ，回风井出口标高为+1095.0m ，井下最低点在三盘区1#回风巷（46#测点），标高+882.0m 。

进风侧高程分
为55.5m ，回风侧高程也为213.0m 。

结合测定数据表（表1~5）的有关大气条件参数数据，由公式（18）计算得到的矿井自然风压为96.2Pa ，计算结果表明，目前矿井自然风压会对于通风阻力产生一定影响。

这是因为进风井口在山沟、回风井口在山上，气候条件变化作用的结果。

此外，由于该矿井的煤层埋深比较浅，巷道风流温度还是会受到地面气象条件的影响，所以，在气候有较大变化的情况下（如冬季），自然风压对于矿井通风阻力的影响还会增大。

4. 风阻及摩擦阻力系数
4.1 风阻的计算
巷道风阻计算公式为：
(19)
式中 R i~i+1——巷道两测点之间风阻，Ns 2/m 8； h i~i+1——测定得到的巷道通风阻力，Pa ； 风量由下式计算：
s
m s v s v Q i i i i /2
/)(311+++= (20)
式中 v i ,v i+1——巷道两测点位置风速值，m/s ； s i ,s i+1——巷道两测点位置断面积，m 2。

巷道的标准风阻：
8
21
~1~01~//m s N R R i i i i i si ⋅=+++ρρ (21)
式中 0ρ——为井下空气标准状态的密度，30/2.1m kg =ρ；
1~+i i ρ——为实测巷道的平均密度，3/m kg 。

巷道的百米风阻计算式为：
8
21~100//100m s N L
R R i si s ⋅=+ (22)
式中 L ——测段巷道的长度，m ；
R si~i+1——巷道的标准风阻，Ns 2/m 8。

4.2 摩擦阻力系数的计算
计算公式为：
8
22
1~1~//m s N Q h R i i i i ⋅=++
4
23
1~/m s N LU
S R i i ⋅=
+α (23)
式中 R i~i+1——巷道风阻，Ns 2/m 8； 其余符号意义同前。

标准巷道摩擦阻力系数计算公式：
4
21
~0/m s N i i s ⋅⋅=
+ρραα (24)
式中 αs ——巷道标准摩擦阻力系数，Ns 2/m 4； 其余符号意义同前。

四、矿井通风阻力测定结果及其检验
1. 矿井通风阻力测定计算结果
根据第三章所述的测定计算方法，我们通过精心的计算，完成了某煤矿通风系统中各类参数的计算，其测定记录及计算结果详见如下各表：
表1 风机静压记录表；
表2 井巷规格参数记录表；
表3 基点气压计测压记录表；
表4 测点绝对静压及测点标高表；
表5 测点风速、湿度、密度记录表；
表6 井巷通风阻力计算汇总表；
表7 矿井主要巷道摩擦风阻和摩擦阻力系数计算汇总表。

表3 基点气压计测压记录表
13
表4 测点绝对静压及测点标高表
注：基点气压计压力值919.8hPa，校正值：+4.8hPa；
测点气压计压力值920.5hPa，校正值：+4.2hPa。

表5 测点风速、湿度、密度记录表
表6 井巷通风阻力计算汇总表
表7 矿井主要巷道摩擦风阻和摩擦阻力系数计算汇总表
2. 测定精度检验
由于仪表精度、参数测量技巧和其它因素的影响，测定时总会产生各种误差。

检验方法有风量检验法和阻力检验法，此处采用阻力检验法进行主干线的阻力测定精度检验，检验公式为：
%5%100|
|≤⨯-∑t
r t h h h (25)
其中 N
c c s t h v h h +-
=2
2
ρ (26)
式中 h t ——矿井通风总阻力， Pa ；
h s ——通风机风流入口处测点的静压，Pa ； h N ——矿井自然风压，Pa ；
∑h r ——主干测线各测段阻力之和，Pa ；
c ρ——通风机风流入口处测点断面的空气密度，3/m kg ；
v c ——通风机风流入口处测点断面的平均风速，m/s 。

进行全矿阻力测定的过程中，同时记录了矿井主要通风机入风口相对静压h s ，平均值为1055Pa, 以及其它与通风机装置静压相关的参数，见表8：
表8 某煤矿通风阻力测定时主要通风机装置通风参数表 风机相对静压（Pa ）
风峒静压断面积
（m 2）
风机风量 （m 3/s ） 空气密度(kg/m 3) 1055
13.45
124.68
1.07
矿井通风总阻力为：
h t = 1055 – 1.07 * 9.272 / 2 + 96.2= 1105.2 Pa
由于安全方面原因，在实际测量过程中没有对风硐的通风阻力进行实际测定，这里根据风硐几何参数进行了估算，风硐的断面积13.45m 2，其周长14.15m ，长度20米m ，巷道砌碹支护，则其风阻约为0.00115Ns 2/m 8，在结合表8中的风机风量，计算出风硐的通风阻力为17.8Pa 。

因此，某煤矿矿井通风巷道实际测定的通风总阻力应为1102.5+17.8=1120.3（Pa）。

其中1102.5（Pa）为表6（表7）中井下巷道通风阻力合计值。

现将某煤矿实际测定的通风总阻力值代入（25）式来计算测量误差η，即：
η= （︱1105.2 – 1120.3︱）/ 1105.2 * 100% = 1.36% 可见，测量误差在允许范围之内（＜5％），满足通风阻力测定精度的要求。

根据我们分析，能够造成这一阻力测定误差的部分原因主要有以下几点：
1、巷道面积测量的误差直接影响风量计算的准确程度；
2、局部地点风流不稳定；
3、测点标高数据的误差；
4、测量方法本身系统误差；
5、测定仪器、仪表的误差。

五、矿井通风阻力测定结果分析
1. 通风阻力分布
1.1 通风阻力分布情况
矿井通风系统中风路可分为进风段、用风段和回风段。

我们所测定的某煤矿通风路线上通风阻力分布情况（百分比）详见表9。

一般合理的矿井的进风段、用风段和回风段阻力分配比例应为3:3:4，而某煤矿实际矿井通风路线阻力分配比近似为4:2.5:3.5。

可以看出，目前该矿矿井通风阻力主要集中在进风段，原因是进风路线长(约5300m)，同时皮带输送机布置在进风大巷，也增加了矿井通风阻力。

1.2 通风阻力坡度图
本次所测定的某煤矿矿井各通风路线上通风阻力坡度图参见图2。

由图2中的曲线可以看出：矿井有两个阻力升幅比较大的区域：二号进风斜井与二盘区轨道巷交汇处以及300准备工作面之后的总回风巷。

其中二号进风斜井与二盘区轨道巷交汇处由于两股风流流动方向有部分相向，此外，巷道布置造成局部阻力增大，从而造成该处通风风量大、通风阻力增大的结果；而300准备工作面之后的总回风巷则是由于矿井总回风风量在较短的距离有较大增加之故。

2. 摩擦阻力系数
本次测量计算得到了某煤矿部分巷道摩擦阻力系数，大部分属于正常值范围。

引起异常值的主要原因是测定时读数误差、一些巷道内有堆积物、巷道长度取值与实际长度值的偏差等因素造成的结果。

图2 某煤矿实测通风阻力坡度图
3. 矿井等积孔
矿井等积孔的计算公式为：
189
(27)
.1
A/
h
Q
式中A——等积孔，m2；
Q——风量，m3/s；
H——巷道阻力，Pa。

某煤矿矿井等积孔的计算参数和计算结果见表10。

表10 某煤矿矿井等积孔计算结果表
通风阻力（Pa）巷道风量（m3/s）等积孔(m2)
1110.3124.7 4.45
可见，某煤矿矿井等积孔大于1，表明目前该矿井通风处在容易时期。