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1、矿井通风阻力的影响分析和降阻措施研究矿井通风阻力的影响分析和降阻措施研究 李争光 【摘要】矿井通风阻力主要与通风距离、通风线路截面大小和气流摩擦阻力等因素有关，过大的通风阻力不仅会增加所需的通风量，增加通风系统能耗;同时也不利于风流的输送，造成井下某些风阻较大的地点出现通风量不足的情况，影响矿井安全生产。为了保证矿井安全通风、高效通风，采取通风降阻措施是十分必要的。 【关键词】矿井通风 通风阻力 分析 降组措施 矿井通风可以促进井下空气流通，避免人员窒息，同时也可以降低区域内粉尘和瓦斯的浓度，避免因瓦斯和粉尘聚积而发生事故。因此通风系统的合理设计和足够的通风量也是保证煤矿矿井安全生产的关键。矿
2、井通风阻力主要与通风距离、通风线路截面大小和气流摩擦阻力等因素有关，过大的通风阻力不仅会增加所需的通风量，增加通风系统能耗;同时也不利于风流的输送，造成井下某些风阻较大的地点出现通风量不足的情况，影响矿井安全生产。受资源储量的影响，郭二庄矿二坑进行了下组煤的开采，随着采面的延伸和通风线路的延长，下组煤采面一度出现了采掘工作面需风紧张的情况，这对矿井通风系统的合理设计也提出了更高的要求。为了保证矿井安全通风、高效通风，采取通风降阻措施是十分必要的。本文分析了矿井通风阻力的影响因素，对相关通风降阻措施进行了研究。 一、矿井井下通风阻力的影响因素分析 矿井通风阻力的来源主要有整体通风阻力、局部通风阻
3、力、摩擦阻力，各种通风阻力均会对导致矿井需风量增大，特别是摩擦阻力对矿井井下通风阻力影响最大。 （一）整体通风阻力 矿井通风总阻力是指风流由进风井口到扇风机风硐（抽出式）或由扇凤机风硐到回风井口（压入式）风流沿任一风路流动途中所产生的局部阻力和摩擦阻力之和。整体通风阻力受局部通风阻力、摩擦阻力和通风线路等多种因素的影响，特别是通风线路对整体通风阻力影响最为显著。随着采面和巷道的延伸，通风线路随之延长，较长的通风线路对矿井通风是十分不利的，通风系统需要更大的通风量才能使风流进入到工作面。这无疑对原有的通风系统提出了更高的要求，需要调整主通风机的运行功率;或者是根据生产与经济效益的最优化原则新掘回
4、风巷，以缩短通风线路，降低通风阻力。 （二）局部通风阻力 局部通风阻力是指在通风线路的局部区域，因巷道断面变化等原因造成的风流能量损失的增加。比如巷道断面突然变窄，巷道分岔等原因，都会使风流的运动方向、流动速度、流动形态等发生变化，进而产生能量的消耗，使风流减弱。煤矿井下地质条件复杂，巷道分布往往错综复杂，拐弯、分岔和断面变化的地方较多，有的巷道凹凸不平，有的堵塞不通，因而局部通风阻力也是广泛存在的。局部通风阻力可分为渐变型和突变型，当风流与巷道表面碰撞处于絮流状态时，如果遇到巷道断面突变的地方，风流会在絮流惯性与巷道断面阻力的双重作用下产生漩涡式的运动，而这些风流漩涡也造成了能量的损失。 （
5、三）摩擦阻力 摩擦阻力是风流在输送过程中，与巷道表面、井壁及设备产生相对运动和摩擦而形成的阻力。风流在运动中会不可避免地与各种表面产生接触，因而摩擦阻力也是不可避免的，而通风设计的重点之一就是要设法减少摩擦阻力。气体流动可分为层流流动和絮流流动，我们可以用雷诺公式来判断风流属于哪一种流动状态。由于井巷中要求最低风速为0.15m/s，因此絮流流动是通风井巷中风流最为普遍的状态。絮流流动时，流体的各体质点都会发生碰撞和混合的现象，其流动轨迹也不受任何制约，此时可通过摩擦阻力公式进行计算：h摩=aLUQ2/S3。式中a为巷道表面粗糙度、L为巷道长度、U为巷道断面周长、Q为巷道风量（m3/s）、S为巷
6、道断面面积。由公式计算可知，摩擦阻力的平方与风量是呈正比，与巷道断面是呈反比的，摩擦阻力越大则巷道需风量越大，巷道断面越大则摩擦阻力越小。 二、降低矿井通风阻力的措施 （一）降低摩擦阻力的措施 （1）改进支护设计。在保证支护稳定的基础上尽量选择摩擦阻力小的支护材料。同时，支架应保持整齐排列、密度适中;尽量选择光面爆破方式和喷砼封闭的施工方式，及时修復破损巷道，保持底板和两帮的平整，使巷道表面光滑，从而减少巷道表面和支护措施对风流的摩擦阻力。 （2）合理确定矿井通风风量。风量大小与矿井风阻是呈正比的，因此在通风设计时不可随意增加供风量，应在确保各处最小需风量的基础上尽量减少用风。从巷道截面与通风
7、量的关系来看，圆形和拱形断面的截面积最大，通风阻力是最小的。因此在巷道设计时，对于斜井、立井尽量选择圆形断面;对于石门、斜井、大巷尽量选择拱形断面。 （3）合理增加巷道断面积。巷道断面积越大则通风阻力越小，巷道断面增加30%即可使通风阻力降低50%左右，但巷道断面积的增大也会导致掘进施工量和支护难度的增加。因此，应综合考虑通风与经济效益等多方面因素，在条件允许的情况下尽量增大巷道断面积;必要时可采取双巷道并联通风的方式以降低通风阻力。此外，在日常工作中还要注意对巷道的修整和巷道内杂物的清理，保证巷道足够的通风面积。 （4）尽量缩短巷道长度。缩短巷道长度既可减少巷道掘进量，也可缩短通风距离，减少通风阻力。在巷道设计时应在满足生产的前提下尽量缩短巷道长度;同时，封闭废弃巷道，减少漏风。 （二）降低局部通风阻力的措施 巷道和通风构筑物设计时，应避免出现巷道断面突大或突小的情况，减少小直径风桥和调节风窗的使用。巷道过渡区域应力求平缓，连接两条不同断面巷道时尽量采用弧形和斜直线，避免使用直角转弯。在巷道粗糙面要适当调节风速，以减小风量损失。 3