鹤壁王河煤矿通风阻力测定报告.docx
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鹤壁王河煤矿通风阻力测定报告
鹤煤集团王河煤业分公司
矿井通风阻力测定及系统优化研究
报告
鹤煤集团王河煤业分公司
河南理工大学
二OO九年元月十二日
鹤煤集团王河煤业分公司
矿井通风阻力测定及系统优化研究
报告
课题组主要成员名单
鹤煤集团王河煤业分公司：
李现民卢纪周李德平张炎星刘西党尚水平侯昭局张彦明陈新雨李桂峰
河南理工大学：
魏平儒郝殿苟红松
目录
0引言1
1矿井概况2
2矿井通风阻力测定4
2.1测定路线的选择与测点布置4
2.1.1测定路线的选择原则4
2.1.2测定路线的确定4
2.1.3测点布置4
2.2测定方法与仪器仪表4
2.3测定数据的整理与计算5
2.3.1井巷断面尺寸计算5
2.3.2空气密度计算5
2.3.3测点风速风量计算5
2.3.4测定段位压差及矿井自然风压计算6
2.3.5通风阻力计算7
2.3.6巷道风阻值计算7
2.3.7巷道摩擦阻力系数计算7
2.3.8测定结果整理计算表8
3通风阻力测定结果分析与建议9
3.1阻力测定精度的评价9
3.2矿井通风阻力分布状况10
3.3矿井等积孔与风阻11
3.4矿井风量分配13
3.5通风阻力测定结论14
3.6存在问题及建议14
附件Ⅰ——矿井通风阻力测算表15
附件Ⅱ——矿井通风系统图和网络图22
0引言
煤矿井下生产包括采煤、掘进、提升、运输、通风、排水等多个生产环节，通风是整个生产环节中保障矿井安全生产的一个重要环节。
众所周知，矿井井下自然灾害严重，又受生产条件的制约，安全生产事故较多。
而及时、准确地获得和控制全矿井通风环境技术参数，则是实现安全生产和提高生产效率的重要保障。
一个良好的矿井通风系统是保证矿井安全高效生产的前提与基础。
矿井通风系统是由通风机装置、通风网路及各种通风设施等所组成的。
而通风系统是否合理，与通风机装置的性能及与之匹配的井下网路系统有着密切的关系。
要保证矿井通风系统处于良好的运行状态，就必须使矿井主要通风机在最佳工况点运行，就必须掌握全矿井井下通风网路中的各种通风基础技术参数。
全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。
随着矿井开采过程的变化，矿井通风阻力的大小和分布也会发生变化。
因此，经常了解和掌握矿井通风阻力大小和分布状况，是进行矿井通风科学管理、风量调节和通风设计的根本依据。
所以，《规程》第119条明确规定：
新井投产前必须进行1次矿井通风阻力测定，以后每3年至少进行1次。
矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定。
通过矿井通风阻力测定，可以达到下列目的：
1）了解通风系统中阻力分布情况，发现通风阻力较大的区段和地点，了解矿井井巷的维护状况，了解矿井通风能力与潜力，便于正确调节风量以满足生产的需要，确保矿井通风系统经济合理地运行；
2）提供紧密结合矿井实际的井巷通风阻力系数和风阻值，使通风设计与计算更切合实际，使风量调节有可靠的依据；
3）为调节风压法控制火灾提供必须的基础资料，使这一方法的应用更合理、有效；
4）为发生事故时制定灾变处理计划提供重要的基础资料；
5）为矿井通风自动化及矿井通风系统优化、改造提供基础数据等。
1矿井概况
王河煤矿于1969年建矿，76年简易投产，后经技术改造，生产能力核定为30万吨/年，本矿位于荥阳市刘河镇境内，井田东西走向长6km，南北倾向宽1.6km，井田面积约11km2。
井田南部以风氧化带露头为界，北部以一1煤底板-150m水平及坐标圈定，东部以114勘探线为界，西部以荥巩自然边界为界。
截止2005年底矿井剩余可采储量453.28万吨。
本矿单一开采石炭系太原群一1煤层，本煤层厚度在0.8～1.2米之间，平均厚度1.09米，煤层大致走向N105°E，倾角14°左右，煤层顶板为L1-2灰岩，平均厚度10.44米，煤层底板为铝土泥岩厚度在3.2～33.69米之间，平均厚度9.18米，下部为奥陶系O2灰岩，平均厚度130米。
一1煤层具黑色块状，属无烟煤，以亮煤为主含夹矸一层（0.05～0.1米）分析煤样灰分1.98，干燥煤样灰分12.23，可燃机灰分4.16，分析煤样全硫3.05，原煤磷分0.002，发热量7303卡/克，灰熔融性1190℃。
井田内无大的地质构造，但受燕山运动影响，造成上覆岩层滑动使本矿二1煤层基本缺失，一1煤层顶板受到破坏，且节理发育并伴有小型断裂。
矿井水文地质类型三类、二至三型，主要含水层为顶板L1-2含水层和老底O2灰岩含水层。
矿井正常涌水量一般在800～1000m3/h，最大涌水量可达2000m3/h。
矿井为立井、单水平上下山开拓，目前±0水平以上资源已基本开采完毕，主要生产区域均在±0水平以下，即东翼109采区和西翼106采区。
一1煤层属低沼气矿井，瓦斯绝对涌出量为0.77m3/min，相对涌出量2.56m3/t。
煤尘爆炸指数4.39%，无煤尘爆炸性，煤炭自燃等级为Ⅲ级。
自建矿以来无发现煤层自燃现象。
矿井通风方式为两翼对角式，即工业广场主井、副井进风，东翼任湾立井回风，西翼徐沟斜井回风。
主要通风机工作方式为抽出式，东翼风井采用型号为BD-Ⅱ-4-№17主要通风机两台，功率为2×90kw，转速988r/min，20~65m3/s，通风负压750～3150Pa，采用电动机反转反风，风机反风能力在60%以上；西风井安装两台型号为FBCDZ6-6-№17主通风机，功率2×90KW，转速990r/min，风量20~65m3/s，矿井东翼通风流程为7700m；其中进风流程3500m，回风流程4200m。
矿井西翼通风流程为6500m；其中进风流程3300m，回风流程3200m。
矿井下主要的机电硐室及井下炸药库，全部设置在巷道进风侧，采用全风压通风方法。
井下各个采区、各个采掘工作面、主要机电设备硐室全部独立通风。
2矿井通风阻力测定
2.1测定路线的选择与测点布置
2.1.1测定路线的选择原则
1）有并联风路时应选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路作为测定路线。
2）选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路作为测定路线。
3）选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为测定路线。
2.1.2测定路线的确定
根据本矿通风系统的具体情况，选择的测定路线为：
主测路线一：
副井→东翼运输大巷→111采区皮带下山→111070工作面→111采区轨道下山→东翼回风大巷→东翼总回风上山→任湾回风井。
主测路线二：
副井→西翼运输大巷→14050工作面→西翼回风大巷→西翼总回风上山→徐沟回风井。
2.1.3测点布置
根据矿井通风阻力测定测点布置的一般原则，本次测定测点的具体布置情况详见附图1、附图2。
附图1鹤煤集团王河煤业分公司通风系统图（2009.1）
附图2鹤煤集团王河煤业分公司通风网络图（2009.1）
2.2测定方法与仪器仪表
本次测定除副井段采用两点同时法测定外其余各段均采用基点法，即用两台同型号精密气压计一台放在井底，另一台在井下风路中测定静压。
所用的仪器仪表有：
BJ-1型精密气压计2台
DHM-2型通风干湿球温度计1台
风表2块
秒表1块
皮尺1个
2.3测定数据的整理与计算
2.3.1井巷断面尺寸计算
梯形：
S=H×B（2.1）
U=4.16
（2.2）
半圆拱：
（2.3）
（2.4）
式中：
S——井巷断面积，m2；
B——巷道宽度（梯形为平均宽，即上底加下底除以2），m；
H——巷道高度，m；
U——巷道周长，m。
2.3.2空气密度计算
ρ=0.003484
（1-
）（2.5）
式中：
ρ——空气密度，kg/m3；
P——空气绝对静压，Pa；
φ——空气相对湿度，%；
Psat——饱和水蒸气分压力，Pa；
T——绝对温度，K,（T=273+td）；
td——干球温度读数，℃。
2.3.3测点风速风量计算
风表校正公式：
V真=aV表+b（2.6）
式中：
V真——表测风速，m/s；
V表——表读数，m/s；
a，b——常数。
实际采用风表编号及校正公式分别为：
微速风表，1168V真=0.42V表m/min
中速风表，5027V真=0.87V表m/min
井巷实际风速：
V实=k·V真（2.7）
式中：
V实——实际风速，m/s；
V真——表测风速，m/s；
K——测风方法校正系数；
（2.8）
式中：
S——实测断面，m2；
c——常数，正常取0.4，巷中有皮带时取0.8。
井巷风量：
Q=V实·S（2.9）
式中：
Q——井巷风量，m3/s。
2.3.4测定段位压差及矿井自然风压计算
测段A-B的位压差计算：
ΔhZ
（2.10）
式中：
ΔhZ——两测点的位压差，Pa；
——两测点的标高，m；
——两测点的空气密度，kg/m3；
g——重力加速度，取9.8m/s2。
矿井自然风压计算：
HN=
=∑（ΔhZ）（2.11）
式中：
HN——矿井自然风压，Pa。
2.3.5通风阻力计算
两测点A-B间的通风阻力h阻AB为：
h阻AB=ΔhS+ΔhZ+ΔhV（2.12）
式中：
h阻AB——两测点A-B间的通风阻力，Pa；
ΔhS——两测点A-B间的静压差，Pa；
ΔhS=PA-PB+ΔP（2.13）
式中：
PA，PB——A,B两测点上仪器的读数值，Pa；
ΔP——仪器的基准及变档差值校正，Pa；
ΔhV——两测点A,B间的速压差，Pa；
（2.14）
式中：
vA,vB——A,B两测点断面上的平均风速，m/s。
主测路线上的矿井通风总阻力为：
h阻测=∑h阻AB（2.15）
式中：
h阻测——矿井通风总阻力，Pa。
2.3.6巷道风阻值计算
巷道风阻值由下式计算
（2.16）
式中：
RAB——巷道实测风阻值，N·S2/m8；
hAB——实测巷道AB段的通风阻力，Pa；
QAB——通过巷道的平均风量，m3/s。
2.3.7巷道摩擦阻力系数计算
对于实测巷道的摩擦阻力系数由下式计算
（2.17）
式中：
α——实测巷道的摩擦阻力系数，N·S2/m4；
S——实测巷道的断面积，m2；
L——实测巷道的长度，m；
U——实测巷道断面的周长，m。
同时为便于与同类巷道相互比较，以及为计算或设计后期通风系统，需要将实测的α换算为标准状态下的值，其换算公式如下所示：
（2.18）
式中：
α标——标准状态下（ρ=1.2kg/m3）巷道的摩擦阻力系数，N·S2/m4；
α——实测巷道的摩擦阻力系数，N·S2/m4；
ρ——实测巷道的空气密度，kg/m3；
h阻AB——主测路线上各段间的通风阻力，Pa。
2.3.8测定结果整理计算表
矿井通风阻力测定结果详见附录中各表。
附表1精密气压计测压数据表
附表2空气密度测算表
附表3－1~3－2测点断面尺寸与风速风量测算表
附表4－1~4－2矿井各段位压与速压测算表
附表5阻力测定汇总表
3通风阻力测定结果分析与建议
3.1阻力测定精度的评价
主测路线实测矿井通风总阻力：
h阻测=∑h阻AB（3.1）
式中：
h阻测——实测矿井的通风阻力，Pa；
h阻AB——实测巷道AB段的通风阻力，Pa。
主测路线实测阻力的相对误差：
（3.2）
本矿为抽出式通风，根据矿井通风阻力与风机装置压力关系，由风机房水柱计读数推算的矿井通风阻力h阻j为：
h阻j=HS+HN=hS2-hV2+HN（3.3）
式中：
HS——风机装置静压，Pa；
HN——矿井自然风压，Pa；
hS2——风机房静压仪（U型水柱计）读数，Pa；
hV2——风峒中传压管处断面上的速压，Pa。
鹤煤集团王河煤业分公司东翼任湾风井风机房U型水柱计读数为1000Pa，西翼徐沟风井风机房U型水柱计读数为800Pa。
因此，由矿井通风阻力测定汇总表可得主测线路线的精度为：
主测路线一（东风井担负区域）：
主测路线二（西风井担负区域）：
从上述测定结果可以看出，主测路线上阻力测定相对误差小于5%，故本次测定结果满足矿井通风阻力测定和通风系统分析的精度要求，可以作为矿井通风系统改造、优化和管理的依据。
3.2矿井通风阻力分布状况
矿井通风阻力沿程分布状况如图3-1所示。
矿井三段（进风段、用风段、回风段）通风阻力的百分比情况见表3-1。
表3-1矿井通风三段阻力分布情况
区段
点号
划分
长度L（m）
阻力h（Pa）
占总阻力百分比（%）
百米阻力
值h100（Pa）
东风井担负区域
进风段
1-4
485
223
21.68
45.98
用风段
4-9
3750
377
36.63
10.05
回风段
9-12
914
429
41.69
46.94
合计
5149
1029.1
100.00
19.99
西风井担负区域
进风段
1-103
1300
287
34.66
22.09
用风段
103-107
2889
273
32.95
9.45
回风段
107-109
1366
268
32.39
19.65
合计
5555
828.8
100.00
14.92
从阻力分布图3-1和表3-1看出：
鹤壁煤业（集团）有限责任公司王河煤矿东风井担负系统回风段阻力占总阻力的41.69%，未超过50%，进风段的阻力所占的百分比为21.68%，用风段的阻力占总阻力的36.63%，阻力分布状况合理；西风井担负系统回风段阻力占总阻力的32.39%，未超过50%，进风段的阻力所占的百分比为34.66%，用风段的阻力占总阻力的32.95%，阻力分布状况合理。
3.3矿井等积孔与风阻
矿井等积孔、风阻计算公式：
（3.4）
（3.5）
式中：
A——矿井等积孔，m2；
Q——矿井总回风量，m3/s；
h——矿井通风阻力，Pa。
东风井总回风量为Q＝30.12m3/s，其通风阻力h=1029.11Pa，则东风井担负区域的矿井的等积孔与风阻值分别为：
从矿井等积孔、矿井风阻值来看，东风井担负区域的通风难易程度属中等。
西风井总回风量为Q＝28.23m3/s，其通风阻力h=828.79Pa，则西风井担负区域的矿井的等积孔与风阻值分别为：
从矿井等积孔、矿井风阻值来看，西风井担负区域的通风难易程度属中等。
根据AQ1028-2006煤矿井工开采通风技术条件中规定，矿井风量在<3000m3/min（50m3/s）时，矿井总阻力要小于1500Pa，鹤煤集团王河煤业分公司的通风系统风量与通风阻力满足要求。
3.4矿井风量分配
矿井风量分配参见表3-2。
表3-2矿井实测风量统计表
项目
风量Q（m3/s）
风量Q（m3/min）
备注
总进风量
57.45
3447.0
东风井总回
30.12
1807.2
风机排风31.17m3/s
西风井总回
28.23
1693.8
风机排风29.24m3/s
矿井总排
60.41
3624.6
工作面
28.21
1692.6
共2个工作面
掘进头及硐室
24.82
1489.2
共3个局部风机
矿井有效风量率是矿井有效风量Qe与矿井总进风量之比，计算公式：
（3.6）
式中：
Pe——矿井有效风量率
Qr——矿井的总进风量，m3/s。
Qe——风流通过井下个工作地点（包括独立通风采煤工作面、掘进工作面、硐室和其他用风地点）实际风量总和。
一般要求矿井有效风量率不应低于85%。
从表3-2可以看出，矿井总进风量为57.45m3/s，矿井总有效风量为53.03m3/s，矿井内部有效风量率为92.3%。
矿井外部漏风率是矿井外部漏风量与主要通风机的总排风量之比，计算公式：
（3.7）
式中：
PL——矿井外部漏风率，%；
Qh——矿井的总回风量，m3/s；
Qf——风机主要排风量，m3/s。
《煤矿安全规程》规定：
装有通风机的井口必须封闭严密，外部漏风率在无提升设备时不得超过5%，有提升设备时不得超过15%。
东风井总回风量为30.12m3/s，风机排风量为31.17m3/s，东风井外部漏风率为3.37%，西风井总回风量为28.23m3/s，风机排风量为29.24m3/s，西风井外部漏风率为3.45%，该矿的矿井外部漏风率符合要求。
3.5通风阻力测定结论
1）阻力测定相对误差为东翼为2.09%，西翼为3.09%，满足测试精度要求。
2）鹤煤集团王河煤业分公司东风井担负系统回风段阻力占总阻力的41.69%，未超过50%，进风段的阻力所占的百分比为21.68%，用风段的阻力占总阻力的36.63%，阻力分布状况合理；西风井担负系统回风段阻力占总阻力的32.39%，未超过50%，进风段的阻力所占的百分比为34.66%，用风段的阻力占总阻力的32.95%，阻力分布状况合理；
3）从矿井等积孔和风阻值来看，东风井等积孔为1.12m2，总风阻为1.1344N·S2/m8，东风井担负区域的通风难易程度属中等。
西风井等积孔为1.17m2，总风阻为1.0400N·S2/m8，西风井担负区域的通风难易程度属中等。
4）矿井总进风量为57.45m3/s，矿井总有效风量为53.03m3/s，矿井内部有效风量率为92.3%。
5）东风井总回风量为30.12m3/s，风机排风量为31.17m3/s，东风井外部漏风率为3.37%，西风井总回风量为28.23m3/s，风机排风量为29.24m3/s，西风井外部漏风率为3.45%，该矿的矿井外部漏风率符合要求。
3.6建议
1）通风系统总体布局较为合理，通风线路顺畅，断面较大，但存在部分断面不规整的情况，建议予以改善。
2）西风井防爆门前设置有风门，有碍于防爆门起到正常的防爆效果，建议拆除。
附件Ⅰ——矿井通风阻力测算表
表1精密气压计测压数据表
时间
A仪器（移动）21#
B仪器（校正）16#
测点
读数
备注
测点
读数
备注
2009.1.813:
40P绝=97170Pa
13:
45
1
-1503
0档
1
-1505
13:
50
2
1221
1
-1510
14:
05
2
1201
2
1080
14:
10
3
1164
2
1075
14:
40
5
1149
2
1072
14:
45
4
1123
2
1076
14:
50
13
954
2
1073
15:
15
6
942
2
1082
15:
25
9
702
2
1096
15:
40
8
-1078
0档→－3000档
2
1122
15:
50
7
-612
2
1156
16:
50
10
811
－3000→0档
2
1273
17:
15
11
-1212
2
1271
18:
00
12
761
0档→+3000档
2
1347
18:
05
1
1771
风机房
2
1361
水柱计
1000
时间
A仪器（移动）21#
B仪器（校正）16#
测点
读数
备注
测点
读数
备注
2009.1.108:
45P绝=100210Pa
8:
45
2
1509
0档
2
1510
9:
10
101
1488
2
1532
9:
15
102
1435
2
1553
9:
25
103
1398
2
1612
9:
40
104
1321
2
1664
9:
55
107
1072
2
1632
10:
20
105
1181
2
1638
10:
30
106
1023
2
1655
11:
00
108
845
2
1669
11:
40
109
1132
0档→+3000档
2
1655
11:
50
1
-1054
+3000档→0档
2
1626
水柱计
800
表2空气密度测算表
测点
原始记录
Δt
（℃）
Ф
（%）
Psat
（Pa）
ρ
（kg/m3）
备注
td（℃）
tw（℃）
P（Pa）
1
11.4
5.8
97170
5.6
41.74
1348
1.1871
井口加热
2
9.6
6.0
99894
3.6
58.26
1196
1.2276
3
9.4
5.2
99857
4.2
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1180
1.2285
4
10.4
6.2
99816
4.2
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5
10.8
6.6
99842
4.2
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6
16.2
14.6
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1.6
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7
19.2
17.4
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8
21.0
20.4
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9
20.4
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10
19.0
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0.4
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2012
1.1853
1
1.2
-2.0
97464
3.2
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