鹤壁市许沟煤矿通风阻力测定报告.docx
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鹤壁市许沟煤矿通风阻力测定报告
鹤壁市许沟煤矿
矿井通风阻力测定报告
河南理工大学
二OO七年十一月
鹤壁市许沟煤矿
矿井通风阻力测定报告
课题组主要成员名单
河南理工大学：
高建良程磊张学博吴金刚田坤云
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6
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10
3.4矿井风量分配12
3.5通风阻力测定结论12
附件Ⅰ——矿井通风阻力测算表13
附件Ⅱ——矿井通风系统图和网络图18
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，受生产条件的制约，矿井井下自然灾害严重，伤亡事故较多。
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
鹤壁市许沟煤矿位于鹤壁市郊区上峪乡西北约3km处，矿区在冷泉井田的中西部边沿，东与鹤煤电股份有限公司第十煤矿相邻，南部与大河涧许沟煤矿相邻，地理坐标为东经114°07’30”，北纬35°59’08”。
南北长1.3km，东西宽0.7km，矿区面积0.6174km2。
矿区东距京广铁路线鹤壁火车站8公里，矿区公路与大白线相接，区内公路四通八达，东8公里与107国道连接，交通运输便利。
该矿区位于太行山东麓,西部为中低山区,东部为丘陵地。
区域地势西高东低。
许沟煤矿范围内最高海拔+192.2m，最低海拔+124.1m，相对高差68m。
矿井目前可采储量156.15万吨，设计生产能力21万吨/年，考虑储量备用系数1.3，矿井服务年限5.72年。
本区属北温带大陆性干燥季风气候，夏季干旱，冬季寒冷，春、夏、秋、冬四季分明，年降雨量变化较大，春旱显著，本区位于地震高频带的强震带，地震烈度为七度。
矿井开采二1煤，赋存于二叠系下统山西组的下部，广布全矿区。
根据钻探工程和矿井生产实际揭露，该煤层在矿区内厚度8.63m，煤层稳定,结构简单，不含夹矸。
该煤层底板标高+40～-260米,煤层走向北西350˚，倾角一般26˚，井田范围内大部分顶分层已开采，剩余可采厚度为6.43m。
二1煤为黑色，金刚光泽、条痕黑色略带浅灰色，属半光亮型，具均一状和带状结构，硬度较小，松软、易碎、机械强度较低，以镜煤为主，容重为1.38t/m3，呈小块状及粉状产出，煤质属中～低灰分、特低硫、热稳定性好、中高发热量的贫煤。
主要用作火力发电、动力用煤、配焦用煤及民用煤。
煤层顶板为灰黑色泥岩或砂质泥岩，含大量植物化石，底板为灰黑色泥岩或砂质泥岩，顶底板岩性特征明显，易于对比。
二1煤直接顶板主要为黑色及深灰色砂质泥岩或泥岩，厚度0～19.71米，平均厚5.69米；二1煤底板为黑色泥岩或少质泥岩，厚度为0.7～17米。
根据鹤许矿[2005]第14号文，该矿瓦斯相对涌出量为5.62m3/t，瓦斯绝对涌出量为1.87m3/min，二氧化碳绝对涌出量为2.3m3/min，二氧化碳相对涌出量为6.91m3/t，属低瓦斯矿井。
根据煤炭科学研究总院重庆分院2004年10月12日出具的煤尘爆炸性鉴定报告：
鹤壁市后沟煤矿：
二1煤层水分Wf0.61%，灰分Ag14%，挥发分Vf15.83%，爆炸性指数按公式Vr=Vf/（100-Ag-Wf）计算得，爆炸性指数18.5%，具有爆炸性。
根据煤炭科学研究总院重庆分院2004年10月12日出具的煤炭自燃倾向等级鉴定报告，二1煤层自燃等级属Ⅲ类，不易自燃。
但曾发生过煤层自燃现象，因此应加强管理。
据有关资料，本区地温低，梯度值小1.5～1.7˚C/hm，且矿层开采深度不大，地下采煤不会发生热害。
本区水文地质特征，以岩溶含水层为主的矿床，水文地质条件中等，矿区水文地质勘查类型确定为三类二型。
按照《矿井水文地质规程》的划分方法，本矿水文地质类型属中等。
矿井正常涌水量为100m3/h，最大涌水量为150m3/h。
由于该矿井井田内有断层穿过，在开采过程中应采取先探后掘的措施，防止水患。
矿井开拓方式为立井、单水平、下山开拓，全矿井划分为三个采区，矿井以一个回采工作面和两个煤巷掘进头，一个岩巷掘进头，保证矿井年产量。
首采12采区，设计采用走向长壁后退式采煤方法，放顶煤开采，人工打眼放炮落煤，溜槽运输。
单体液压支柱支护、全部陷落法管理顶板。
工作面铺设搪瓷溜槽，运输顺槽配备SGW-280/22刮板运输机和STJ-650/22型可伸缩胶带输送机。
目前矿井部署一个采煤工作面：
12040工作面，一个开拓掘进面：
11采区回风下山掘进面。
中央并列式通风方式、抽出式通风方法，主井进风、副井回风，风机房安装主要通风机型号为：
BDK54-6-№16两台，一台使用，一台备用，转速为980r/min，配用电机功率为2×55kw。
掘进工作面采用局部通风机压入式。
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）.有并联风路中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）.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）.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：
主井→运输大巷→12轨道下山→1204工作面机巷→12040工作面→12040工作面风巷→12回风下山→回风巷→副井。
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鹤壁市许沟煤矿通风系统图（2007.11）
附图2鹤壁市许沟煤矿通风网络图（2007.11）
2.2测定方法与仪器仪表
本次测定采用基点法，即用一台精密气压计放在副斜井口，另一台同型号的精密气压计在井下风路中的测点进行测定静压的方法。
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1块
秒表1块
皮尺2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：
中速风表，DFA-2，0311500V真=0.79V表+0.23m/s
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测点断面尺寸与风速风量测算表
附表4矿井各段位压与速压测算表
附表5矿井通风阻力测定汇总表
3通风阻力测定结果分析
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。
许沟煤矿风机房U型水柱计读数为1100Pa。
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：
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。
矿井通风三段阻力分布情况表3-1
区段
点号
划分
长度
（m）
阻力
（Pa）
占总阻力
百分比（%）
百米阻力
值（Pa）
进风段
1-3
292.0
177.6
14.97
60.82
用风段
3-11
1700.0
621.1
52.35
36.53
回风段
11-14
431.0
387.8
32.68
89.97
合计
2423.0
1186.4
100.00
48.97
从阻力分布图3-1和表3-1可以看出，鹤壁市许沟煤矿回风段阻力占总阻力的32.68%，未超过50%，进风段的阻力所占的百分比为14.97%，用风段的阻力占总阻力的52.35%，从这些数值上来看，矿井阻力分布基本合理。
从巷道百米阻力数值来看，回风段的值远大于进风段和用风段，这主要是风流比较集中所致。
但总的说来，许沟煤矿的矿井三段阻力分布状况基本合理。
3.3矿井等积孔与风阻
矿井等积孔计算公式：
（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。
副井总回风量为Q＝38.15m3/s，其通风阻力h=1186.4Pa，则矿井等积孔与风阻值分别为：
从矿井等积孔、矿井风阻值来看，许沟煤矿的矿井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，风量小于3000m3/min（50m3/s）时，矿井总阻力要小于1500Pa，许沟煤矿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。
矿井实测风量统计表表3-2
项目
风量Q（m3/s）
备注（Qm3/s）
主井总进
32.60
工作面总风量
6.72
1个采面
掘进面总风量
3.85
1个局部通风地点
硐室及其他地点风量
17.57
副井总回
38.15
风井风机排风43.61
从表3-2可以看出，矿井总进风量为32.60m3/s，矿井总有效风量为28.14m3/s，矿井内部有效风量率仅为86.32%。
根据主井的总回风量与风井风机排风量，计算出许沟煤矿风井外部漏风率为12.52%；《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%。
总的来说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4.87%，精度符合要求。
2）许沟煤矿的矿井总阻力为1186.4Pa，三段（进风段、用风段、回风段）通风阻力的占总阻力的百分比分别为14.97%、52.35%、32.68%，三段阻力分布基本合理。
3）.从矿井等积孔和风阻值来看，许沟煤矿的风井等积孔为1.32m2，总风阻为0.8152N·S2/m8，矿井通风难易程度为中等。
4）.矿井总进风量为32.60m3/s，矿井总有效风量为28.14m3/s，矿井内部有效风量率仅为86.32%。
5）.许沟煤矿的外部漏风率为12.80%，符合《煤矿安全规程》规定。
附件Ⅰ——矿井通风阻力测算表
表1精密气压计测压数据表
表1精密气压计测压数据表
时间
A仪器（基准）12#
B仪器21#
备注
测点
读数
备注
测点
读数
备注
2007.11.210:
40P绝=99490Pa，0标高，0档，P相12#-852，21#-852
10:
40
1
-852
1
-852
10:
50
2
1345
2
1369
11:
00
2
1324
3
1244
11:
10
2
1314
4
1053
11:
25
2
1270
5
-871
0→-3000档
11:
40
2
1228
8
-1220
11:
55
2
1190
7
-655
12:
05
2
1160
6
-568
12:
15
2
1110
9
-1251
12:
30
2
1079
10
516
-3000→0档
12:
40
2
1068
11
377
12:
45
2
1052
12
246
12:
50
2
1035
13
135
12:
55
13
81
13
131
副井底对表
13:
05
13
64
14
581
0→+3000档
风峒
1
-1319
+3000→0档
地面
风机房水柱计
1100Pa
表2空气密度测算表
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
15.6
7.4
99490
8.2
27.61
1770
1.1982
副井口
2
12.1
11
101711
1.1
87.73
1411
1.2366
3
10.3
9.9
101586
0.4
95.22
1253
1.2431
4
11.3
11.1
101395
0.2
97.65
1339
1.2359
5
15
14.1
102471
0.9
90.78
1704
1.2319
8
23
22.9
102122
0.1
105.35
2809
1.1882
7
22.3
22
102687
0.3
91.63
2861
1.1992
6
16.2
15.3
102774
0.9
91.17
1838
1.2299
9
19.1
19
102091
0.1
99.06
2210
1.2072
10
19.8
19.6
100858
0.2
98.21
2309
1.1893
11
19.4
19.2
100719
0.2
98.16
2252
1.1895
12
18.5
18.2
100588
0.3
97.18
2129
1.1923
13
18.3
18
100477
0.3
97.15
2102
1.1919
14
18.6
18.4
97927
0.2
98.18
2142
1.1599
1
19.4
12.0
99027
7.4
40.66
2252
1.1752
表3测点断面尺寸与风速风量测算表
表3测点断面尺寸与风速风量测算表
测点
断面
形状
支护
形式
巷宽
B（m）
高度
H（m）
面积
（m2）
周长
U（m）
表速（m/min）
V真
（m/s）
K
风速
V（m/s）
风量
Q（m3/s）
表号
备注
V1
V2
V3
V均
13′
三心
砌碹
5.40
9.53
484
493
494
490
6.69
0.9259
6.19
33.43
0311500
测风站
2′
三心
砌碹
6.40
10.37
390
388
389
333
4.61
0.9375
4.32
27.66
0311500
测风站
3′
三心
砌碹
2.12
2.24
4.43
8.63
195
188
190
191
2.74
0.9098
2.50
11.07
0311500
3′′
三心
砌碹
5.40
9.53
270
275
272
218
3.10
0.9259
2.87
15.49
0311500
测风站
4′
三心
砌碹
1.95
1.95
3.54
7.71
363
370
369
367
5.07
0.8869
4.49
15.89
0311500
4′′
三心
砌碹
2.20
2.78
5
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