采矿巷道掘进通风系统压能分布分析
摘 要：随着能源的不断消耗，对能源的开采工作也变得频繁起来。在科技的发展进步下，技术和装备的进步，大大提高了采矿巷道掘进作业的效率。但由于采矿巷道在掘进时，很容易形成循环风，可能对煤矿开采工作带来危害。文章分析了掘进通风系统和矿井通风主系统的关系，并通过压能分布对循环风的形成条件进行了分析，为采矿事业的安全性提供了参考。
关键词：煤矿；巷道掘进；通风系统；压能分布
1 我国采矿巷道掘进技术和设备的现状
在我国，煤巷在煤矿掘进巷道里占有70%的比例，是巷道掘进技术的重点发展方向，主要的煤巷掘进技术有以下几种。
1.1 煤巷综合机械化掘进
煤巷综合机械化掘进组成设备有：悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等。悬臂式掘进机从上世纪60年代发展而来，是一种小功率掘进机。为了适应我国的煤矿生产，经过研究并开发了具有国际水平的EBJ-120TP型掘进机，具有整体结构紧凑、机身矮小、高稳定性、破岩能力强、适用范围广等特点，成为我国新一代煤巷掘进机。
1.2 大断面煤巷连续采煤机高效掘进
连续采煤机是一种综合机械化掘进设备，可以同时进行采煤和运送，能有效提高采煤量，适用于在矩形断面的双巷、多巷、短壁上进行开采，但不适合单巷开采。该采煤机是在1979年从国外引进，国内还不具备生产的能量。
1.3 掘锚一体化掘进
掘锚一体化设备的开发和研制，创造出了更为高效的掘锚机组，可以同时进行掘进和支护，但由于机组结构庞大，对巷道要求高，因此适用范围还不是很广。
2 掘进通风系统和矿井通风主系统
掘进通风系统属于矿井通风系统的一部分，掘进工作面一般聚集着大量的井下工作人员，局部通风系统的好坏直接影响着矿井生产的安全与否。为了保护生产的安全稳定进行，常常要进行局部通风，一般情况下，局部通风机及其附属设备的安装位置是在距离巷道掘进口10m外的进风侧。利用风筒把新鲜的风流传输到掘进工作面附近，而有害的风流则沿着掘进巷道排出。由于局部通风机受主系统的影响很大，因此在局部通风机前布置了两道风门。如果在主系统的巷道里增设一道风门，则主系统的风压也会随着增大，但风压增加的数值要小于增设的风门风压值。产生的风压特性曲线如图1所示。
如图1所示，曲线1表示局部风压机的风压特性曲线，曲线2表示主扇的风压特性曲线，B是主系统巷道增设风门前的矿井风阻特性曲线，B1是主系统巷道增设风门后的矿井风阻特性曲线。A是增设风门前主扇的实际工况点，A2是局部风压机的实际工况点，h表示分压值。当矿井的总风阻比较小，则会出现矿井风阻特性曲线在B曲线下方，则得到的局部风压机的实际工况点的风压可能出现负值，此时的局部通风机不再提供向掘进巷道的工作面提供风流，反而会阻碍主风机的正常运行。
3 通风系统的压能分布
3.1 通风系统
矿井的通风系统的要求有：
3.1.1 矿井具有独立的通风系统，且通风系统的总阻力小于3920Pa。
3.1.2 设置的进风井口，要布置在不易受到粉尘、煤尘、有害气体影响的地方，且要考虑全年的风向频率。
3.1.3 多风机的通风系统，各风机的工作风压大致一样，提供的风量适合掘进巷道工作面需求。
3.1.4 每一个煤矿开采点都要有回风巷道，实行分区通风。
3.1.5 通风系统总体结构简单，经济效益高，风流易于控制管理且稳定。
3.2 巷道通风阻力
巷道两端断面之间的通风阻力：
h=hs+hz+hv
其中，hs是始断面静压和末断面静压的差；hz是始断面和末断面之间的位压差；hv是始断面和末断面之间的动压差。
其中，Bi，Bj是始断面和末断面气压计静压差的读数，mmH2O；Bi"，Bj"是读取Bi，Bj时，基点气压计静压差的读数，mmH2O。
3.3自然风压计算
自然风压的计算可以采用平均密度法，通过测取的空气密度和标高值，求每一段的位压差代数和。
其中，Z0是風洞内测压处标高和进风井口标高之间的差，m；？籽0是地面空气的平均密度，kg/m3。
3.4 通风系统的压能分布分析
掘进巷道通风时，风流的能量主要由机械能和内能组成。机械能包括位能、动压能、静压能。但在流动时，空气受到自身因素和流动环境的影响，将会使风流的能量发生改变，变化后的能量流动趋势是从总能量大的地方向总能量小的地方流动，由此，可以比较始末两端的总能量大小来判断风流的方向。
通风压能曲线图可以显示风流在流动过程中的压能变化规律，反映出通风压力和阻力之间的相互转化关系。通过局部风流系统，描绘了压能分布变化曲线，如图2所示。
图2 通风压能分布曲线
从图2可以看出，当风流从风点1流向风点2，由于存在的通风阻力，使得风流的能量逐渐减小，到达风点2的时候，风点2的断面能量明显比风点1小。在风点2设置局部通风机，在通风机的作用下，给风流提供了动力使风流的能量急剧上升。由于风流在风筒中流动，受到阻力影响降低了能量，后沿着掘进巷道继续向风点4流动，能量持续降低。但由于在风点2的局部通风机为风流提供的能量与风流在风筒中受阻力影响和在掘进巷道中流动所消耗的能量之间的大小关系无法确定，如果只考虑理想上的可能，则提供的能量和消耗的能量应该持平，则风点2断面能量和风点4断面能量应该是相等的。然而，实际上，这两个风点处的能量大小关系是不定的，随时保持变化。图2就显示了风点4的断面能量高于风点2的断面能量，因此出现了局部通风机的循环通风现象。如果风点4的断面能量小于风点2的断面能量，风流就直接从风点2流向风点4，不会出现循环通风现象，保证了通风质量。
由于局部通风机提供的风量超过需要的风量而引起的循环通风现象，可以将局部通风机设置的位置往后移动，或直接更换通风机。对于初次使用局部通风机进行掘进通风时，可以人为的增加通风阻力，进而减小实际的等效风压和风量，防止循环风流的产生。
4 结束语
局部通风机应提供足够的风流给掘进巷道的工作面，且要保证适量，避免循环风的形成。对掘进巷道的压能分布分析能一定程度的改善矿井供风能力不足、矿井通风阻力、井巷风阻等情况，减少事故的发生，保证矿井的正常生产工作和井下作业人员的安全健康，增加经济效益。
参考文献
[1]许君民，黄寿元，王鹏.某矿盲斜井掘进局部通风系统设计.现代矿业[J]，2013（04）.
[2]刘进平，卢志刚.矿井掘进通风循环风形成条件分析[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2011（S1）.
[3]国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京：中国法制出版社，2010.