陶二矿通风阻力测定方案.doc

通通 风风 阻阻 力力 测测 定定 方方 案案 通风阻力测定内容通风阻力测定内容 按 MT/T440-2008矿井通风阻力测定方法进行测定。 测定内容主要测定以下五项数据。 ①矿井总进风 m/min ②矿井总回风 m/min ③矿井通风总阻力 Pa ④矿井自然风压 Pa ⑤矿井等积孔 ㎡ 目目 录录 1 概述概述......................................................................................................................................1 1.1 测定的意义及目的......................................................................................................................................1 1.2 测定的技术依据..........................................................................................................................................1 1.3 测试内容......................................................................................................................................................1 1.4 测定方法......................................................................................................................................................1 2 通风阻力测定的方案通风阻力测定的方案 ...........................................................................................................3 2.1 矿井概况......................................................................................................................................................3 2.2 测定原理......................................................................................................................................................3 2.3 测定时间......................................................................................................................................................4 3 通风阻力测定的准备工作通风阻力测定的准备工作....................................................................................................4 3.1 资料的准备..................................................................................................................................................4 3.2 确定测点和选择路线..................................................................................................................................5 3.3 记录表格....................................................................................................................................................10 3.4 仪器及仪表................................................................................................................................................10 3.5 人员安排....................................................................................................................................................10 3.6 测量方法....................................................................................................................................................11 3.7 测量操作程序............................................................................................................................................11 4 数据处理数据处理............................................................................................................................13 4.1 巷道几何参数的测定................................................................................................................................13 4.2 井巷内风量的计算....................................................................................................................................13 4.3 巷道内空气密度的计算............................................................................................................................15 4.4 巷道断面速压的测定................................................................................................................................15 4.5 巷道通风阻力的计算................................................................................................................................15 4.6 测量路线阻力计算....................................................................................................................................16 4.7 两点间风阻计算........................................................................................................................................16 4.8 计算井巷摩擦阻力系数............................................................................................................................16 4.9 计算巷道百米风阻....................................................................................................................................16 5 原始数据及测算结果原始数据及测算结果 .........................................................................................................17 5.1 测定原始数据............................................................................................................................................17 5.2 测算结果汇总............................................................................................................................................17 5.3 自然风压的测算结果................................................................................................................................22 1 1 概述 1.1 测定的意义及目的 矿井通风阻力测定是矿山通风与安全技术管理工作的重要内容之一，是获取实际井巷 风阻和矿井阻力分布的唯一手段，是进行矿井通风系统优化和改造的基础工作。煤矿安 全规程（2012版）第119条规定新井投产前应进行1次矿井通风阻力测定，以后每3年 至少进行1次；在矿井转入新水平或改变一翼通风系统后，都必须重新进行矿井通风阻力 测定。通过阻力测定不仅可以了解矿井通风系统现状（阻力分布状况、通风功耗情况和风 机运行工况等），实现矿井通风的科学管理，而且为矿井通风系统调整、优化以及各项安 全技术措施的制定与实施提供了可靠的技术基础资料。 为了满足陶二煤矿通风系统优化和改造的需要，掌握通风系统的阻力分布和井巷通风 参数，科学、安全、经济地进行矿井通风管理，以保证矿井安全，陶二煤矿预计2015年07 月初对井下通风路线用气压计法进行阻力测定。以便从中获取了大量可靠、较详实的原始 测量数据，为矿井通风系统分析与管理、优化和改造奠定良好的技术基础。 1.2 测定的技术依据 MT/T440-2008矿井通风阻力测定方法 煤矿安全规程 （2012 版）第 119 条规定新井投产前必须进行 1 次通风阻力测定， 以后每 3 年至少测定一次，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。 1.3 测试内容 1）测试地面基点的大气压力变化（每隔五分钟记录一次） ，井下沿测定线路上测点的 绝对静压、点风速、干湿球温度、与测点相连的各分支巷道断面的风速、几何尺寸。 2）计算矿井通风系统各条巷道分支的风量大小和阻力大小。 3）分析矿井通风系统阻力分布状况及其所存在的问题。 4）评价所测矿井的通风系统现状和通风难易程度。 1.4 测定方法 本次测定采用气压计基点测定法。基点法是将一台气压计放在井上或井下某基点处， 2 每隔一定时间测取气压读数并记录测定时间以监测地面大气压力的变化，进而对井下测定 的气压数据进行校正；另一台气压计沿事先选好的路线逐点测定气压值并记录测定时间。 采用基点法测定时两测点间的通风阻力计算公式为  2 1 22 2121 2 22 2 11 21221112 ZZg VV PPKPPKh ccRR   式中 K1，K2分别为两台测定气压计的校正系数； Pc1，Pc2分别为基点校正气压计在测定气压计读数 PR1、PR2测值时的读数，Pa； PR1，PR2分别为测量气压计在上风测点和下风测点的读数，mmH2O； ρ1，ρ2分别为测段前、后测点的空气密度，kg/m3； V1，V2分别为测段前、后测点的风速，m/s； g重力加速度，m/s2； Z1，Z2分别为测段前、后测点的标高，m。 基点法测定时，两台气压计独立作业互不干扰，测定速度快。 3 2 通风阻力测定方案 2.1 矿井概况 陶二煤矿井田位于河北省邯郸市西北部，距邯郸市 15 公里，行政区划属河北省邯郸 县康庄乡管辖。地理坐标为东经 1141922″，北纬 36 3942″，占地面积约 39.5265km2， 东边为未开采区，西边与陶一矿相邻，南边与陶一矿和亨健矿相邻，北边与永年县焦窑矿 相邻。陶二矿于 1975 年建井，1982 年开始投产，矿井设计能力为 90 万 t/a。通过对主要 生产系统的技术改造和采掘机械化水平的提高，2014 年核定矿井生产能力为 120 万 t/a。 根据石家庄煤炭设计院编写的陶二煤矿扩大区补勘资料，在矿井-711m 井底车场水平 1煤层瓦斯含量为 10.195m3/t，2煤层瓦斯含量为 13.102m3/t；1煤层原始瓦斯压力为 1.86MPa，2煤层原始瓦斯压力为 1.51MPa，属于煤与瓦斯突出矿井。经河北煤田地质研 究所鉴定，矿井 1、2煤层的自燃倾向等级均为Ⅲ类不易自燃，煤尘均不具爆炸性，投产 以来未发生过煤尘爆炸和煤层自燃事故。 本井田煤系地层赋存可采和局部可采煤层共 6 层，其中可采和大部可采煤层为 1、2、9煤层，4、6、8煤层为局部可采煤层，其余煤层为不可采煤层。现开采 1、2 两个煤层，矿井开拓方式副立井与暗斜井混合开拓。该矿具有 30 多年开采历史，矿井通 风方式为中央边界混合式，通风方法为机械抽出式。目前矿井共有 5 个立井井筒，分别为 主井、新副井、东副井、中央风井和北风井，其中主井、新副井、东副井为进风井，主井 担负煤炭提升，新副井和东副井负责提矸、运料和进人，中央风井、北风井为回风井。 2.2 测定原理 矿井通风阻力测定的常用方法有压差计法压差计法和气压计法气压计法两种。本方案采用压差计法压差计法测量 矿井通风阻力，压差计测量方法在铺设胶皮管的工作量大，费时较多，但在测定过程中无 需测点标高，测量精度高，数据整理也较简单。根据矿井巷道的类型，支护形式，断面大 小，选取阻力测定段巷道，将测定段的阻力转化为类型、支护形式、断面大小相同的巷道 的百米风阻，并以此对标准风阻及阻力系数进行标定。 气压计法则不需要铺设胶管和静压管，省时省力，操作简便，但这种测量需要测点的 准确标高。故在无法收放胶皮管的巷道、井筒、阻力比较大的巷道、构筑物等测段中采用 气压计法作为补充，以更好的获得全矿井通风参数。 4 压差计法测定法基本原理为用倾斜压差计测出测段前后两测点间的静压差和位压差， 用精密气压计测量出测段前后两测点的绝对静压，同时测量测段内巷道风速、断面、干湿 温度等参数，从而计算出两测点间的通风阻力。 用下式计算两测点间的压差hij hkLg ij  式中 两测点间压力差，Pa；hi j 倾斜压差计系数；k 倾斜压差计读数，mm；L 重力加速度，m/s2。g 两测点间摩擦阻力和局部阻力均按下式计算 hhhh riji jvivj  两测点间的通风阻力，Pa；hrij 测点 的动压值，Pa；hvii 测点 的动压值，Pa。hvjj 2.3 测定时间 预计从方案制定、系统普查、参数测试等工作，最后分析处理了大量数据得出矿井通 风阻力报告，大概需要 5 天。 3 通风阻力测定准备工作 矿井通风阻力测定是一项细致的技术工作，首先，通风区必须认真组织参测人员的培 训，其次，做好所用仪器仪表的检修校正和有关图表资料的准备，详细了解井下巷道的状 况、通风设施和通风情况等。 3.1 资料的准备 为做好矿井通风资料测定工作，测前要收集矿井开拓开采工程平面图、通风系统图、 采区布置图以及地质测量标高图，收集井下通风设备、设施的安装布置情况，生产作业轮 班情况，矿井瓦斯涌出情况，以及通风报表、主要通风机运转、井下漏风、井巷规格尺寸、 矿井自然通风等资料。根据有关图纸和巷道布置绘出矿井风网图，风网图既要反映矿井的 实际情况同时又允许进行适当的简化。因此要详细了解井下巷道的实际分合情况、风量大 小、通风设备和通风构筑物的位置以及其它生产设备的安装使用情况。风网图既是通风阻 力测定的蓝图，也是上机解算的依据，需要认真做好节点的合并和取舍，节点编号应与原 5 图一致，要求风网图中的节点既能在通风系统图中找到，也能在井下准确定位。对较复杂 的风网应考虑绘制风网图和选择阻力测定路线与测定点同步进行。 3.2 确定测点和选择路线 1.测点的命名规则 在阻力测定过程中，为了方便对测定数据的查询、辨别和数据处理，对众多测点采用 统一的命名规则，测点标识以阿拉伯数字加“”的形式表示，具体如下表示 单独出现的数字表示用精密气压计测量绝对静压的测点，如 15、16、112、113 等； 15-1，112-2表示风速断面测点，其中 15、16、112 表示巷道两端的气压计测点， “- 1”表示风流从 15 流向 16 测风速断面的点靠近 15， “-2” 表示风流从 112 流向 113 测风 速断面的点靠近 113。 2.测点布置 选择测点的条件是由这些测点构成的风网应能反映矿井巷道系统的实际状况，两测点 之间不易太近，否则难以准确测定两测点之间的阻力。井下测点要做出明显的编号标记。 为了取得可靠的测定数据，在测定路线的风流分岔点之前或后及局部阻力大的地点前 后均布置了测点，测点的位置选择在巷道支护完好、断面规整、前后无杂物、风流稳定的 断面内。 3.测定路线 根据陶二煤矿的具体情况，经过分析确定出如下三条主要路线 通风路线说明通风路线说明始节点末节点 巷道名称 （（1）经）经 12430 工作面主要路线工作面主要路线 123456 东副井井筒东副井底（北巷）北大巷12430 泄水巷坡底12430 泄水巷 78910 12430 下巷12430 工作面12430 上巷12430 上巷回风联络巷 111213 四采回风巷首采辅助回风平巷新南总回风巷 14 中央风井井筒 6 （（2）经）经四采煤柱四采煤柱工作面主要路线工作面主要路线 12345 东副井井筒东副井底（南巷）首采轨道2214 车场 6789 首采辅助皮带平巷四采大煤皮带巷煤柱皮带巷煤柱工作面煤柱轨道巷 10111213 11421 下回风联巷四采回风巷首采辅助回风平巷 1415 新南总回风巷中央风井井筒 （（3）经）经 22202 外工作面主要路线外工作面主要路线 123456 主井井筒井底车场井底车场（南巷）井底车场（北巷）井底车场（北巷） 7891011 北翼运输大巷北翼运输大巷北翼运输大巷北翼运输大巷北二强皮带联巷 121314 北二强皮带联巷北二采轨道中部车场上口北二采轨道中部车场下口 15161718 -450 车场北二采轨道下山北二采轨道下山202 下车场 19202122 22202 下巷22202 外工作面22202 上巷北二采回风暗斜井 232425 北二采回风暗斜井北风井底北风井筒 7 10 3.3 记录表格 通风阻力测定的数据量大，井下巷道情况复杂，为完整、准确地记录各类测定数据合 有关情况，应准备以下记录表格 （1）气压计法测试记录整理表； （2）巷道断面与风量测试记录表； （3）大气物理参数记录表。 3.4 仪器及仪表 根据确定的方案，本次测定井下分为 3 组。为此，需要准备的主要仪器仪表列表如下 表表3-2 测试仪器仪表名称、型号测试仪器仪表名称、型号 序 号 名称 单 位 数 量 型号量程范围用途 1 精密气压 计 台3JFY-2 绝对压力800～1200hPa 相对压差400mmH2O 测绝对压力 2 通风干湿 表 台3DHM2 温度-35℃～50℃，湿度 10～100RH 测干湿温度 微速风表台3 DFA- III 0.3～5.0m/s，起动风速≤0.2m/s测风 中速风表台3DFA-II0.5～10.0m/s，起动风速≤0.4m/s测风3 高速风表台3 DFA- IV 叶轮0.8～25.0m/s，起动风速≤0.6m/s； 杯式1.0～25.0m/s，起动风速≤0.8m/s； 测风 4秒表块3503/054延续走时6h；最小刻度0.1s测风 5钢卷尺个315m0.0～10.0m，最小刻度 1.0mm测量几何尺寸 3.5 人员安排 为搞好测阻工作，测前通风区应对参测人员进行培训，使参测人员了解通风阻力测定 的目的、意义，测定方法与仪器的操作使用以及测定注意事项，充分发挥参测人员的主动 性，同时要对参测人员提出明确要求、下达任务，以便有组织、有计划、有秩序地，高质、 高效完成测定工作。通常，参测人员可划分3个小组，各组之间要明确分工、密切合作。 具体如下 （1）基点组 基点仪器能够显示气压数据，工作人员要每隔一定时间记录基点气压值； （2）井下测压组 11 负责测定气压、温湿度、测点风速并量取测点顶、底及垂高，气压计需指定专人读数 及携带； （3）测风组 主要负责测点附近相关巷道的风速和断面测量并做临时记录。 每组需要委派一名指挥、调度全测组人员活动的负责人，并负责领路和找测点，专职 记录全部测量数据、绘制测点附近相关巷道的布置，各巷道的风向，测风点的位置与编号 以及其他需要记录和注明的内容。 3.6 测量方法 在矿井通风阻力测定过程中，因多种干扰因素的影响，使测定值存在一定误差，如果 测定方法选择得当，可以在满足精度的情况下提高测定速度，并能给测定工作带来方便。 常用的几种测定方法如下 （1）压差计法 在巷道的前后两测点各设置一个皮托管，用胶管把前后两测点连接起来，用压差计测 量前后两测点的压差，用风速表测量各测点的风速，通过计算可得出该段巷道的阻力。该 方法的测定精度高，但在现场铺设、收放胶管费时费力，工作量大适用于井下局部区域阻 力测定。 （2）基点法 将通风多参数检测仪置于地面井口附近作为基点气压计，用来监视地表气压的变化情 况，基点检测仪每隔 5 分钟进行大气相对压力变化情况的测定和记录；另将便携式多参数 测定器携至井下，沿预先选定的测定路线按测点依次进行测定。井下测定器在各测点进行 矿井各项相关数据的采集，通过修正地面气压变化对井下测点测定器读数的影响，保证测 定结果的可靠性。在各测点测定风流压力的同时，测量同一测点的风速、断面尺寸、气象 参数等数据，并做好记录。如此依次测完全部的测点，待井下测定器回到井口时再重新校 对仪器读数，以检查仪器的误差。这种方法的优点是测定方便，省时省力，数据处理工作 简单，适合于全矿性的大规模测量，缺点是误差较大。其测定结果能够满足一般性要求。 要掌握全矿井的通风阻力分布情况，须对全矿井各个采区的通风阻力进行测定，同时， 由于测定路线长，测量范围大，所以本次通风阻力测定选用了基点法进行测定。 12 3.7 测量操作程序 测定顺序可以从进风到回风，也可以从回风到进风逐段进行。在平巷和倾斜巷道测量 时，测量的具体操作程序是 （1）压差测量 用气压计测量出巷道风流前后两测点的静压差，填入表中； （2）风速测量 用风表测量风速，需测量三次，计算其平均值作为该测点的风速值，填入表中； （3）大气物理参数测量 用精密气压计测量大气压力，用通风干湿球温度计测量空气的干球温度和湿球温度， 并填入表中； （4）巷道断面测量 按测风点的巷道断面形状，用皮尺进行测量，并填入表中； （5）测点间距测量 用皮尺量取两测点间的距离，并填入表中。 13 4 数据处理 在获取所有测点的原始测量数据后，首先应对气压计、矿井通风参数检测仪、风表、 干湿温度计的读值进行校正，然后才能利用计算机进行数据处理与结果汇总，各主要参数 的计算方法和公式分述如下 4.1 巷道几何参数的测定 阻力测定中风量的误差除因附近巷道风门开启等偶然因素影响外，断面测量不准是其 主要原因。对巷道断面和周界采用下面公式计算 ① 三心拱巷道 断面积 周长 0867 . 0 BHBSSU85 . 3 ② 半圆拱巷道 断面积 周长 1073 . 0 BHBSSU90 . 3 ③ 梯形巷道 断面积 周长 HBSSU16 . 4 ④ 矩形巷道 断面积 周长 HBS 2BHU ⑤ 圆形巷道 断面积 周长 2 RSRU2 式中S巷道断面面积，m2； 巷道宽度或腰线间宽度，m； B 巷道高，m。 H 以上有关参数均通过实测获取，而巷道各分支长度由地测部门提供。对于锚喷支护巷 道的断面其测量的准确度与施工质量有极大的关系，尤其是裸巷断面更难测准。 4.2 井巷内风量的计算 （1）两测点之间巷道通过的风量按如下原则确定 ① 两测点之间没有分支巷道如图（a）所示，则巷道通过的风量可取两测点风量的平 均值，即 14 Q QiQi1/2 式中i测点号。   i i 1 a ② 若测点之间有一条分支巷道，测段巷道的风量取代表该段巷道风量的测点风量。 如在巷道风流的分、汇点之前设置测点，如图（b）所示，则该巷道的风量可取后一测点 的风量，即 Q Qi1     i i1 b ③ 若在巷道风流的分、汇点之后设置测点，如图（c）所示，则测段巷道的风量可取 前一测点的风量，即 Q Qi   i i1 c （2）井巷内风量、风速按以下公式计算 QL SLVL aX b （4-1） L V S S4 . 0 式中QL井巷内通过的风量，m3/min； SLS井巷断面面积，m2； VL井巷内平均风速，m/min； X表风速，m/min； a、b风表校正系数。 4.3 巷道内空气密度的计算 湿空气密度用下列公式计算 15 i （4-2） d bii t15.273 P379 . 0 P00348 . 0   式中i测点 i 处湿空气密度≠0， kg/m3； i  Pi 测点 i 处空气的绝对静压大气压力，Pa； td 测点 i 处空气的干温度，℃； i测点 i 处空气的相对湿度，﹪； Pb测点 i 处 td空气温度下的饱和水蒸气压力，Pa。 4.4 巷道断面速压的测定 井巷断面的速压有其空气密度和平均风速确定，即 hv i VL2/2 （4-3） 式中hv 巷道断面的速压，Pa； i巷道断面的空气密度，kg/m3 ； VL巷道断面的平均风速，m/s。 4.5 巷道通风阻力的计算 巷道两测定断面 i 与 j 之间的通风阻力计算公式如下 （4-4） ,,,,jivjizjisji hhhh 式中断面i与j之间的静压差，Pa； ,jis h ,jijijis PPPPh 、测定仪器在i、j测点测定时刻基点A号仪器的读数（可通过A号仪器的读数测 i P j P 定的曲线查得），Pa； 、测定仪器在i、j测点的读数，Pa； i P j P 断面i与j之间的位压差，Pa； ,jiz h 2 81 . 9 , ji jijiz ZZh   断面i 与 j 之间的速压差，Pa。 ,jiv h 16 4.6 测量路线阻力计算 从进风井口到通风机入口前风硐内测点的全矿井通风阻力，等于一条主要通风路线上 各条巷道通风阻力之和，即 （4-5）   ,jir hh 4.7 两点间风阻计算 两测点间风阻 （4-6） 2 , ij ji ij Q h R  标准状态下风阻计算 （4-7） ij ij sij RR  2 . 1  式中测点 、间的风阻，。 sij R i j 82 /msN  4.8 计算井巷摩擦阻力系数 （4-8） LU SR L L L 3  式中L 任意一条井巷的摩擦阻力系数，kg/m3； UL 该条井巷的周长，m ； L 该条井巷的长度，m； 其它符号意义同前。 4.9 计算巷道百米风阻 R100 RL/L100 （4-9） 以上各项计算已经编制成基于Windows平台的矿井通风阻力计算机处理软件。将测量 获取的原始数据基点气象参数、测点气象参数、巷道几何参数等，按照一定格式、一次 性输入计算机，经计算机处理，获得风网通风阻力测定结果。 17 5 原始数据及测算结果 5.1 测算结果汇总 将测定的数据整理汇总统计制作成表。 18