矿井通风难易程度评价指标及分级方法

矿井通风难易程度评价指标及分级方法

张再华

雅安天坤煤业有限公司天坤煤矿 四川 雅安 625000

摘要：煤矿井下生产包括采煤、掘进、提升、运输、通风、瓦斯抽采、排水等多个生产环节，其中矿井通风是通过地面风机向井下连续输送新鲜空气，不仅供工作人员呼吸使用，还可稀释有毒、有害气体以及调节井下气候，它是整个生产环节中保障矿井安全生产的一个重要环节。随着矿井生产布局和生产条件发生变化，矿井通风需求也随之变化，只有及时调整矿井通风系统，才能满足矿井生产变化的需求。因此，寻求合理的矿井通风难易程度评价指标是准确调整和优化矿井通风系统的重要依据。本文针对矿井特殊的开拓条件探寻合理的矿井通风评价指标，并分析提出优化对策。

关键词：矿井通风；难易程度评价指标；分级方法

中图分类号：TD72 文献标识码：A 文章编号

1评价矿井通风难易程度的指标等积孔

1.1评价矿井通风难易程度的一项重要指标

在煤矿开采长河中，人们习惯用等积孔来评价矿井通风的难易程度，等积孔是衡量矿井或井巷通风难易程度的假想薄板孔口的面积值。其计算如式(1)。

(1)

式中:Q—通过矿井井巷的风量，m³/s;A—矿井等积孔，m²;Ｒ—矿井通风风阻;h—矿井通风阻力，Pa。

从式(1)不难看出，A和Q成正比，A和Ｒ的平方根成反比。

1.2等积孔分级方法的失效

在100多年前提出矿井等积孔时，也提出了等积孔的分级方法，根据等积孔的大小将矿井通风难易程度也相应地分为3个级别:等积孔A＞2 m²时矿井通风难易程度为容易;等积孔A在1.0～2.0m²时矿井通风难易程度为中等;等积孔A＜1 m²时矿井通风难易程度较为困难。由此可知，用等积孔值的大小来评价矿井通风难易程度非常直观，相比较用矿井风阻值来评价矿井通风难易程度则显得非常抽象。等积孔被各个国家煤矿开采行业中广泛应用，说明其在煤矿开采的一定历史条件下是比较适用的，但随着时代进步，科技发展，煤矿生产也在逐步迈向现代化，对通风系统的要求也在变化，因此等积孔的这种分级方法在现在的煤矿通风实践中，特别是在大型的、现代化程度比较高的矿井通风实践中，已经越来越显得与矿井的实际通风难易不一致，不对应。现实中，有的矿井实际是矿井风量不足，通风网络相对较复杂，感觉通风相当困难，但其矿井等积孔远大于2 m²。因此，对于大型的现代化煤矿矿井通风的难易程度的评价，现有的矿井等积孔分级方法并不能准确地给予评估。

2通风难易程度基准评价指标选择及分级方法

现有通风难易程度评价指标与分级方法不同条件下标准不统一，且难以对矿井通风难易程度进行有效评价，有必要从根本上找出更科学的具有普遍性的能够较准确评价矿井通风难易程度的新评价指标或新分级方法。

2.1矿井通风的“难”与“易”

现代汉语词典中对“困难”的释意为：不容易，做起来费事或不大可能办到，阻碍多，对“容易”的释意为：做起来不费事，与“困难”相对。如果矿井通风能做到满足需风量要求，漏风少、不易引起自然发火，通风经济合理，管理简单，那么通风就不困难，反之，通风就困难。什么指标能够反映以上几方面，值得深入研究。反映矿井通风难易的指标要能反映以下几个方面：包括等积孔或风阻、需风量等因素的影响；反映自然发火的井下负压及漏风情况；反映通风经济合理方面，即通过单位风量消耗能量情况；通风设施两端压差小，漏风少，风机负压小，风机叶片不至于毁坏，对风机性能要求低，反映管理复杂性。

2.2反应矿井通风难易的基准指标

评价矿井通风难易程度时，必须考虑通过通风系统风量大小，如果不考虑风量，那么说明同一个通风系统通风难易程度和风量大小无关，风量大或风量小通风难易程度大小一样，这与实际情况不符。由前面分析可知，矿井通风难易程度既和矿井通风系统本身风阻或等积孔等固有属性有关，又和风量相关，相关的主要常用指标有线性风导CL（1/RQ）、功率N（RQ³/1000）、通风阻力h（RQ²）等，经MVSEC检验法检验可知线性风导CL评价方法和功率N评价方法均失效，使用通风阻力h（RQ²）进行评价时，如公式2可知A，B两个矿井合并成矿井C后通风阻力不变，A，B，C这3个矿井通风难易程度相同，通过MVSEC检验法的检验。

(2)

从能量角度来说，通风阻力h本质上是平均单位风量通过通风系统后消耗的能量（N/Q＝RQ³/Q＝RQ²＝h），显而易见，MVSEC检验法中矿井通风系统等效合并前后，平均单位风量通过通风系统后消耗的能量不变，即通风阻力h（RQ²）可以通过MVSEC检验法检验，RQｘ形式的通风参数中，当ｘ≠2时，不能通过MVSEC检验法检验。因此RQｘ形式的通风参数中能通过MVSEC检验法检验的只有通风阻力ｈ（RQ²），如公式（3）所示，包含了等积孔和风量的影响，通风阻力的大小基本反映了风机风压的大小和对风机性能的要求，同时通风阻力就是单位风量通过通风系统所损失的能量，大小上等于单位风量的风流功率，因此通风阻力恰好能够反映以上四个方面内容，综合反映了等积孔（或风阻）、矿井规模、风量（包括与风量相关的因素）等的影响。

(3)

式中：h为通风阻力，Pa；R为风阻，N·s²/m⁸；Q为风量，m³/m；A为等积孔，m²。

2.3通风难易程度分级方法研究

通风阻力上限阈值hmax确定后，按照习惯将0～hmax区间划分为通风容易、通风中等、通风困难三个区间。矿井通风困难或容易是一种主观感觉，很难精准定量划分。经过大量调研、试验及合理性分析，采用黄金分割法进行划分较为合理，黄金分割法已经在建筑、美学、音乐、工业设计等领域得到了广泛应用，同时也应用在复杂系统优化问题上并且取得了良好效果。黄金分割法又称“0.618法”，是一维搜索方法中的经典算法。因为其算法简单、效果显著成为很多优化算法的基础，本文采用“黄金分割法”进行通风阻力区间划分，其结果符合工程实际，具体进行两次分割，第1次对0～hmax进行分割，将0～0.618hmax区间定为通风容易，将剩余的部分0.618hmax～hmax再进行第2次黄金分割，将0.618hmax～0.854hmax区间定为通风中等，将剩余的0.854hmax～hmax区间定为通风困难，超过hmax的定为通风很难。根据使用习惯将0.618hmax，0.854hmax按照0.05倍数取整，调整为0.60hmax，0.85hmax。为保持和其他标准的一致性，在实际评价过程中可以将通风困难、通风很难两个区间合并为通风困难区间。可以初步对通风难易程度进行分级，当hmax＝2940Pa时，通风难易程度分级标准如表1所示。

表1依据h_max的通风难易程度分级

3结束语

通风难易程度分析主要是为了便于进行通风技术改造。评价为高风阻通风困难的矿井,应通过进行通风技术改造扩大矿井的等积孔；作为中风阻高效通风矿井是较为容易的通风矿井要注意保持这种状态；而作为低风阻低效通风矿井尽管风机运行稳定矿井供风量充足然而风机运行效率很低必须应该采取措施改善通风状况。矿井通风难易程度的评价是一个复杂而不断发展和变化的过程。尽管在将来的煤矿通风难易程度评估分析手段会出现日新月异的发展包括计算机软件综合评价系统的出现，通风困难h_max阈值的确定，可以结合具体国家或煤矿企业的实际安全、经济、技术、管理等情况，通过专家确定。

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