降低煤矿矿井通风阻力技术研究

通常情况下，矿井通风阻力可以分为局部通风阻力和总通风阻力。局部通风阻力是指组成通风网络的每条巷道的阻力，而总通风阻力是指通风网络的阻力。下面将对影响局部通风阻力和总通风阻力的因素进行分析。

1.1 矿井局部通风阻力

矿井通风是通过煤矿井下巷道来完成的，每条巷道自身的通风阻力称为局部通风阻力。通常，巷道的通风阻力指的是巷道的摩擦阻力 hf，可以表示为hf=α LUS3Q2，

(1)式(1)中，α 为巷道的摩擦阻力系数，kg/m3;L 为巷道的长度，m;U 为巷道的周长，m;S 为巷道的断面面积，m2;Q 为巷道的风量，m3 /s。通过式(1)可以发现，巷道的通风阻力与多种因素有关，主要有巷道的长度、断面面积、周长、表面光滑程度以及通风量。当巷道的几何参数确定时，巷道的通风阻力与风量和摩擦阻力系数有关。若在巷道中堆放大量的材料及设备，会影响巷道的有效面积 S 和通风阻力系数 α，会导致通风阻力增大。此外，在某些情况下，巷道的连接处会形成涡流或紊流 (如图 1 所示)，这会导致巷道通风阻力增大。图1 中的 a)，c)，e)，g)属于突变型，b)，d)，f)，h)属于渐变型，渐变型通风在局部地区容易形成涡流，而突变通风在局部地区容易形成紊流。在形成紊流或涡流后，巷道风流的能量会损失，导致局部通风阻力增大。

1.2 矿井总通风阻力

矿井通风时不仅要关注巷道的局部通风阻力，还要关注巷道形成网络的通风阻力。通风网络总阻力的确定并不能简单地对巷道的通风阻力进行叠加，还要注意巷道之间的连接方式。通常情况下，巷道的连接方式有串联型、并联型和角联型。角联型连接方式指的是同时存在巷道的并联型和串联型连接方式。串联型通风网络的阻力等于各条巷道通风阻力的和，而并联型通风网络的阻力要小于任意一条巷道的通风阻力。也就是说，巷道串联增大了总通风阻力，而巷道并联减小了总通风阻力。角联型通风网络的总通风阻力很难确定，需要根据具体的实际情况来核定。在矿井生产初期，通风网络比较简单，但是随矿井的加深，通风网络变得复杂，通风阻力会增大为此，不得不对矿井的通风网络进行优化，从而降低总通风阻力。

2 降低矿井通风阻力的技术措施

若矿井通风阻力增大，一方面会影响到煤矿井下风量的分配，从而影响安全生产;另一方面会改变矿井通风机运行的工况点，导致通风机的运行状态变差，大量的电能被浪费。因此，必须采取有效的措施来低矿井通风阻力，保证煤矿安全高效地生产[3]。下面将对降低矿井通风阻力的技术措施进行具体的分析。

2.1 测定矿井通风阻力

在真实情况下，很难知道矿井通风阻力的增加况，这是由于每条巷道的通风阻力并没有参考标准。通常情况下，可以通过矿井通风难易程度来衡量矿井通风阻力是否增加，而等积孔是反映通风难易程度的一个指标。等积孔 A 可以表示为：A=1.19QN姨hRM(2)式(2)中，QN 为矿井的总风量，m3 /s;hRM为矿井的总通阻力，Pa。一般地，当等积孔 A>2 m2 时，矿井通风处于容易时期;当 1 m2当 A<1 m2 时，矿井通风处于困难时期。为了了解矿井通风的难易程度，就要进行矿井通风阻力测定，核算矿井的总通风阻力。通过核算矿通风过程中的通风网络情况，找出导致总通风阻力过大的原因，从而采取措施来降低局部通风阻力。

2.2 维护和维修巷道

巷道的通风阻力与巷道表面的光滑系数及巷道的有效通风面积有很大的关系。当巷道表面出现破损或渗水时，巷道表面的光滑系数会大大降低，导致巷道的通风阻力增大。针对这种情况，要对巷道的破损区域或渗水区域采取一定的措施进行处理。当巷道中堆积大量的材料和杂物时，会严重缩小巷道的有效通面积。通过式(1)可知，巷道的通风阻力与巷道断面面积的三次方成反比，当巷道断面面积缩小时，会导致通风阻力大幅度增大。针对这种情况，要及时地清理巷道内的材料和设备，从而保证巷道的有效通风面积。

2.3 优化矿井通风网络

矿井通风网络是影响矿井通风阻力的重要因素，其主要是指巷道的连接方式。在矿井开采早期，矿井通风网络比较简单，通风线路也比较短;而在开采后期，矿井通风区域增加，通风网络变得极为复杂，通风线路非常长，对矿井的通风十分不利。矿井通风网络复杂程度的提升，会导致通风阻力增大，因此必对矿井通风网络进行优化[4]。常用的优化方式主要有改变巷道的连接方式、采用一些废弃的巷道来进行通风、关闭某些巷道以及减少巷道的漏风量，甚至重新开掘风井。

2.4 减少巷道的漏风量

在矿井的中后期开采过程中，采空区的面积会增加，由于很难保证采空区的密封性，巷道漏风的情况严重。当巷道大量漏风时，会导致矿井的风量分配难以保持原有的平衡，这种情况下会出现某些巷道的通风阻力增大，而某些巷道的通风阻力减小，非常不利于矿井通风的正常进行。因此，非常有必要减少巷道的漏风量。针对采空区的漏风情况，要及时地采取措施来密封一些与采空区接触的边界，例如砌密闭墙、向采空区中注黄泥浆等。而对于一些无关紧要的巷道，一旦出现漏风情况，则要及时地进行封闭。

3 结语

在矿井通风系统运行过程中，由于通风网络的改变，矿井通风由容易逐渐变得困难。为此，必须采取有效的技术措施来降低矿井的通风阻力，维持通风系统良好的运行状态。通常情况下，矿井通风阻力可以分为局部通风阻力和总通风阻力。局部通风阻力是指组成通风网络的每条巷道的阻力，而总通风阻力是指通风网络的阻力。矿井通风阻力增大后，一方面会影响到煤矿井下风量的分配，从而影响安全生产;另一方面会改变矿井通风机运行的工况点，导致通风机的运行状态变差，大量的电能被浪费。降低矿井通风阻力应该从测定矿井通风阻力、维护和维修巷道、优化矿井通风网络以及减少巷道漏风量等方面出发。