第31卷第5期辽宁工程技术大学学报（自然科学版）
2012年10月Vol.31No.5Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ）Oct.2012
收稿日期：2012-05-12
基金项目：河北省应用基础重点研究资助项目（11965629D ）
丽
文章编号：1008-0562(2012)05-0737-05
程根银1，孙凯2，李
波2，朱锴3，姚宏章2，张景钢3，王文永3
(1.华北科技学院科技管理处，北京101601；2.上海大屯能源股份有限公司姚桥煤矿，江苏徐州221611；
3.华北科技学院
安全工程学院，北京101601)
摘
要：针对姚桥煤矿通风系统现状，选定12条主要测定线路，采用精密气压计逐点测定法，对其通风系统阻
力进行测定，全面掌握了矿井通风系统的阻力分布情况.分析结果表明：姚桥煤矿通风系统阻力分布基本合理，风量能够满足矿井实际生产的需求，矿井通风阻力主要集中在回风段.该阻力测定分析方法对其他矿井阻力测定有着重要要借鉴和指导意义.
关键词：通风系统；逐点测定法；通风阻力；系统优化；自然风压；风井；工作面；回风中图分类号：X 962
文献标志码：A
Measurement and analysis of air resistance in Yaoqiao Coalmine
CHENG Genyin 1,SUN Kai 2,LI Bo 2,ZHU Kai 3,YAO Hongzhang 2,
ZHANG Jinggang 3,WANG Wenyong 3
(1.Administr ative Office,North China I nstitute of Science and Technology,Beijing 101601,China;2.Yaoqia o Coa lmine,Shanghai Datun Energy Resour ces Co.,Ltd,Xuzhou 221611,China;
3.School of Safety Engineer ing,North China I nstitute of Science and Technology,Beijing 101601,China)Abstra ct:In terms of the current situation of Yaoqiao ventilation system,this study selected 12main measurement lines to measure the ventilation resistance in the ventilation system using precision barometer point test method.Through the measurement,a comprehensive understanding on the distribution of ventilation resistances over the coalmine was achieved.The analysis results show that the distribution of ventilation resistances in Yaoqiao ventilation system is basically rational;the air quantity is able to meet the requirement of actual coal production;and the resistances are concentrated in the return airways.
Key words:ventilation system;point-to-point test method;ventilation resistance;system optimization;natural wind pressure;ventilation shaft;working face;return air
0引言
中煤集团大屯公司姚桥煤矿位于苏鲁交界的微山湖西岸，是闻名全国的特级安全高效矿井和环境优美化矿井.井田走向长13km ，倾向宽度5.35km ，井田面积56.7km 2，矿井地质储量5.4亿t.矿井原设计能力为年产120万t ，1972年3月动工，1976年12月投产，1990年进行改扩建，原煤设计能力年产300万t ，2008年生产原煤380万t ，是江苏省境内规模最大的特大型矿井.
姚桥煤矿是简易设计、简易投产的矿井，边生产、边扩建，通风系统存在诸多先天不足.在二期改扩建工程实施之前，矿井采用东—西两翼对角式通风方式，其中东风井(即现今的东一风井)位于井田
中央边界，西风井位于井田西翼边界.为了扩大生产规模，并解决矿井东翼回风能力不足，二期改扩建工程在井田东翼边界湖区补凿一新东风井(即现今的东二风井)，在井田中央补掘一650m 新主副井，于是扩井通风方式演变成-400m 和-650m 两对主副井进风，东二风井、东一风井和西风井三个风井回风的混合式通风.本次采用基点测量法进行全矿井通风阻力测定.
1阻力测定方法及测定路线选取
1.1
阻力测定方法
矿井阻力测定主要有气压计法和压差计法；针对姚桥矿通风系统复杂、范围大，通风路线长的特
辽宁工程技术大学学报（自然科学版）第31卷738
点，为达到测定效果同时还考虑到减少工作量，此次测定选用精密气压计逐点测定法.
1.2测定仪器
测定的参数主要有：绝对静压；干、湿温度；大气压力；巷道断面、风速；测点标高；测点间巷道长度.本次测定所使用的各种仪器、仪表见表1.
表1测定仪器
Tab.1instrument
仪器名称规格型号数量
精密数字气压计JFY-2型6
风表高、中、微速风表各3块9
湿度计3
秒表3
皮尺3
1.3测定路线及测点布置
选择测定路线原则：反映矿井通风系统特征的主要通风路线作为测定路线，其他通风路线则列为辅测路线[2].测定路线选定之后，即在通风系统图上初步确定测点的位置和数量，并依次编号.测点布置原则：
（1）测点布置位置应能控制主要井巷和工作面的阻力分布情况;
（2）风流分、汇点之前应设置测点;
（3）局部阻力大的地点前后应设置测点;
（4）需要控制的典型巷道的首末均应设置测点;
（5）测点尽量地布置在巷道平直，支护良好、断面规则、前后无杂物、风流稳定、且易于确定标高的地点;
（6）井下实测过程中，可根据井巷的具体条件，对个别测点进行适当增减[3-6].
最终确定12条主要测定路线.即-400西六掘进通风系统；7253工作面通风系统；7269工作面通风系统；-
850西六掘进通风系统；中央采区下山通风系统；7539工作面通风系统；7519工作面通风系统；东五下山通风系统；-650改皮带大巷（西）通风系统；7711工作面通风系统；7717溜子道通风系统；8503溜子道通风系统.
1.4测定步骤
（1）将2台型精密气压计放置地面井口附近作为基点，其中1台备用；监视地面气压变化情况；
（2）另外4台气压计沿测定路线按选定的测点依次进行测定；
（3）在各测点测定风流压力的同时应测量巷道的风速、断面尺寸、气象条件等.
2通风参数测定及计算
2.1空气密度
在矿井通风范围内，空气密度按下式计算：
sat
0.377
3.48(1)
(273)
P
P
t P
，（1）
式中，ρ为空气密度，kg/m3；P为测点大气压力，kPa；t为空气温度，℃；Φ为测点相对湿度，%；
P
sat
为水蒸汽饱和蒸汽压，kPa；
2.2井巷参数
用皮尺测量出各测点的巷道参数，然后按巷道形状为梯形、半圆拱、三心拱等用公式计算出巷道的净断面及周长[5].
2.3测点风速、风量
按预定线路对各测点用风速表测定风速，计算出平均风速，再计算各点的风量.
2.4两测点间巷道阻力的计算
两测点间的通风阻力计算按下式：
h r(i，i+1)=h s(i，i+1)+h z(i，i+1)+
h
v
(i，i+1)Pa，（2）
式中，h s(i，i+1)为静压差，Pa；h z(i，i+1)为位压差，Pa；h v(i，i+1)为速压差，Pa；B i，B i+1为前后测点的气压计读数，Pa；B'i，B'i+1为读取B'i，B'i+1时，基点气压计的读数，Pa.
2.5系统阻力的计算
1
n
r rj
j
h h
，（3）式中，j为巷道号，j=1，2，…，n.
2.6矿井自然风压的计算
按下式计算：
00
1
n
n zj
j
h g Z h
，（4）
第5期程根银，等：姚桥煤矿通风阻力测定及分析739
式中，ρ0为地面空气平均密度，kg ／m 3
，Z 0为风峒测压处标高与进风井口标高之差，m.
3测定数据处理及分析
3.1
数据处理
将各测点的原始记录数据和风速表校正曲线输入计算机，并对测定数据进行分析与处理[7-10].各通风系统阻力测定结果如表2.
表2
各测定线路通风阻力
Tab.2air resistance of every test line
测定线路
测定区间通风阻力/Pa -400西六掘进通风系统101--8011720.9727253工作面通风系统201--8011702.2187269工作面通风系统201--8011707.077-850西六掘进通风系统301--8021692.125中央采区下山通风系统301--8021730.2817539工作面通风系统401--8032368.1777519工作面通风系统401--8032361.181东五下山通风系统
401--8021757.397-650改皮带大巷（西）通风系统
401--8021799.8427711工作面通风系统601--8032411.7117717溜子道通风系统601--8032478.5708503溜子道通风系统
601--803
姚宏2417.560
3.2测定分析
因仪器本身精度及人为等各种因素的影响，测
定过程中难免存在一定的误差.3.2.1
系统阻力测定误差计算
系统阻力测定误差是按通风机房水柱计读数
计算出系统理论通风阻力与实测系统通风阻力相比较而得出的相对误差，其值可按下式计算：
'1
'
100%
r
r r h h h ，
（5）
式中，h r 为系统实测通风阻力，Pa ；h 'r 为由通风机房水柱计读数计算出的系统理论通风阻力，Pa.3.2.2测定精度检验
各风流路线的测定误差如表3.主要测定路线各风流路线的测定误差均小于10%.误差计算结果表明，本次各通风系统的测定误差精度均在允许范围内，符合实际要求，可以认定本次的测定数据结果可靠、有效.3.3
结果分析（1）
通风系统阻力分析
将矿井通风系统的各段风路，分为进风段、用风段和回风段.本次所选12条通风系统阻力分布如表4.从表4计算结果可以看出，井下各系统阻力分布基本合理，用风段阻力分布所占比例超过45%.
（2）矿井通风难易程度分析
西风井回风井内风量Q=67.3m 3/s ，通风阻力H rm =1707.889Pa ，等积孔为1.94m 2.按等积孔数值判断，该风井通风系统目前通风难易程度属于“中等”.东一风井回风井内的风量Q=55.59m 3/s ，通风阻力H rm =1762.51Pa ，等积孔为1.58m 2.按等积孔数值判断，该风井通风系统的目前通风难易程度属于“中等”.东二风井回风井内的风量Q=141.70m 3/s ，通风阻力H rm =2393.79Pa ，等积孔为3.45m 2.按等积孔数值判断，该风井通风系统的目前通风难易程度属于“容易”.矿井的等积孔见表5.
表3并联系统测值比较
Tab.3
measured value comparison of parallel system
系统名称
实测值/Pa 平均值/Pa
绝对误差/Pa
相对误差/%
-
400西六掘进通风系统1720.9715.370.907253工作面通风系统1702.22-3.38-0.207269工作面通风系统1707.08 1.480.09-850西六掘进通风系统1692.131705.60-13.47-0.797539工作面通风系统2368.18-25.61-1.077519工作面通风系统2361.18-32.61-1.367711工作面通风系统2411.7117.920.757717溜子道掘进通风系统2410.3116.520.698503溜子道通风系统2417.562393.7923.770.99东五下山通风系统
1757.40-5.11-0.29-650改皮带大巷掘进通风系（西）
1799.8437.33 2.12中央采区下山通风系统
1730.28
1762.51-32.23
-1.83
辽宁工程技术大学学报（自然科学版）
第31卷
740表4通风系统阻力分布
Tab.4
resistance distribution of ventilation system
系统名称
区段测段通风阻力/Pa 占系统总阻力的/%
进风段101~105214.7612.48用风段105~117143.88.36回风段117~8011362.4179.17-400西六掘进通风系统
合计1720.97100进风段201~205319.9618.80用风段205~108190.1411.17回风段108~8011192.1270.037253工作面通风系统
合计1702.22100进风段201~205319.9618.74用风段205~224192.4111.27回风段224~8011194.769.997269工作面通风系统
合计1707.08100进风段301~305228.6113.51用风段305~238138.478.18回风段238~3021325.0578.31-850西六掘进通风系统
合计1692.13100进风段301~305228.6113.21用风段305~326212.5912.29回风段326~8021289.0874.50中央采区下山通风系统
合计1730.28100进风段401~405389.2216.44用风段405~628444.2218.76回风段628~8031534.7464.817539工作面通风系统
合计2368.18100进风段401~405389.2216.48用风段405~636642.9627.23回风段636~803132956.297519工作面通风系统
合计2361.18100进风段601~606305.5612.67用风段606~712941.2739.03回风段712~8031164.8848.307711工作面通风系统
合计2411.71100进风段601~606301.8912.52用风段606~717911.6837.82回风段717~8031196.7449.657717溜子道掘进通风系
统
合计2410.31100进风段601~606302.3712.51用风段606~7381106.8645.78回风段738~8031008.3341.718503溜子道通风系统
合计2417.56100进风段401~405389.2222.15用风段405~416593.5433.77回风段416~802774.6444.08东五下山通风系统
合计1757.4100进风段401~405389.2221.63用风段405~509643.2735.74回风段509~802
767.3542.63-650改皮带大巷掘进
（西）
合计
1799.84
100
表5
矿井总风阻和等积孔
Tab.5
total resistances and equivalent orifice of mines
通风系统总阻力/Pa 总风量/(m 3s -1
)等级孔
/m 2
风阻/(kg m -7
)总等积孔/m
2
备注
西风井1707.88967.30 1.940.38东一风井1762.5155.59 1.360.57东二风井
2393.79
141.70
3.45
0.12
6.89
总阻力平均值
按照姚桥煤矿实际情况.矿井排风量取回风井内的风量（扣除矿井外部漏风量），Q 总=264.62m 3/s ，矿井通风总阻力（取最大阻力路线的阻力值），H rm
总
=2086.07Pa ，则矿井总等积孔为6.89m 2.按等积
孔数值判断，该矿井通风系统的目前通风难易程度属于“容易”.而且符合《中华人民共和国安全生产行业标准》AQ1028-2006（煤矿井工开采通风技术条件）的要求（矿井风量在5000~10000m 3/min 时，矿井通风阻力应小于2500Pa ）.
4结论
通过对姚桥煤矿通风系统阻力测定和数据分
析，得出如下结论：
第5期程根银，等：姚桥煤矿通风阻力测定及分析741
（1）姚桥煤矿矿井通风系统总体布局基本合理可靠，生产水平和采区分区供风，采掘工作面及主要硐室能够独立通风.矿井通风设施较齐全，通风管理水平较高.总进风量比矿井需风量大，能够满足目前矿井生产的需风量的需求，井下风量分配基本合理.矿井通风总阻力为2086.07Pa，矿井等积孔为6.89m2，即为通风容易矿井.
（3）从巷道百米风阻排序表中可看出，矿井主要大巷、采区巷道等巷道断面均在12m2以上，百米风阻较小，其中-400西进风大巷由于有机车和施工人员，其百米风阻在0.0028~0.0219kg/m7之间，但在回风段由于断面缩小，其百米风阻在0.02835kg/m7左右；-400东进风大巷的百米风阻在0.0039~0.0492 kg/m7之间，回风段百米风阻在0.0070kg/m7以上；-650西进风大巷由于有机车和施工人员，其百米风阻在0.0028~0.01273kg/m7之间，回风段其百米风阻在0.0194kg/m7左右；-650东进风大巷由于巷道内有列车停放，其百米风阻在0.0028~0.0374kg/m7之间；回风巷的百米风阻为0.0070kg/m7以上；中央采区进风巷的百米风阻在0.0025~0.0364kg/m7之间；回风巷的百米风阻在0.0352kg/m7以上.最大阻力线路为东六采区通风系统，2393.79Pa，主要原因是进风线路过长，通过风量较大.
（4）从全矿阻力分布上看，该矿的通风阻力主要集中在回风段.大巷通风路线长.因此，建议必须采取措
施降低这些区段的通风阻力，加强巷道维护，保证风流畅通，以降低通风系统阻力.
（5）该矿井通风线路长，进回风巷相距近，通风设施多，调节风墙37处之多，永久风门78处之多，调节风门达89处之多，增大了矿井内部漏风，增加了矿井管理难度，建议在现场管理中，应加强对这些通风设施的管理，以提高矿井的有效风量[11].鉴于防火要求，同时为提高有效风量率，建议提高风门密封质量及采空区的密封质量.
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