摘要：矿井通风阻力是影响矿井安全生产的一重要因素，探究矿井通风阻力影响因素，研究降低矿井通风阻力的方法，以期有助于矿井通风工作者降低矿井通风阻力，让矿井实现有效通风，更好地保障矿井安全生产。
关键词：矿井；通风阻力；影响因素；降阻方法
引言
在煤矿井下开采过程中，会产生大量有毒有害气体以及粉尘，这会严重危害矿工的身体健康。若不及时降低粉尘及有害气体的浓度，还可能引发爆炸等事故，威胁矿工的生命安全，给企业带来巨大的经济损失。因此，有效的矿井通风是必须的，矿井通风不仅要保证通风的质量，即将有害气体和粉尘浓度降到规定的标准以下，还要将矿井的通风效率控制在合理的范围内。在实际生产过程中，通风的质量很容易保证，而矿井的通风效率则很难保证，这是因为矿井通风线路会随着时间的改变而改变，导致矿井的通风阻力增加，矿井的通风效率降低。
据有关部门统计，很多煤矿矿井通风所消耗的电能占到矿井生产总耗电量的 50％以上，所以，提高矿井的通风效率不仅能保证矿井的安全性，还能提高矿井的经济效益[1]。为此，本文分析了煤矿开采过程中导致矿井通风阻力增加的原因，然后提出了降低矿井通风阻力的一些措施。
1 矿井通风阻力增加的原因
煤矿每年都要进行矿井通风阻力测量，其主要的目的是发现矿井通风阻力的变化情况，优化矿井的通 风状况。一般导致矿井通风阻力增加的因素有三个方面，即矿井的通风网络变差、矿井的局部阻力增加和风流紊乱。下面着重对这三个方面进行分析和说明。
1.1 矿井通风线路边长 通风网络阻力增加
随着开采的进行，煤矿井下回风巷道长度逐渐增加。风机的风量是按照巷道网络进行设计的，但是随着开采的进行，通风巷道增加，通风回路变得复杂，这在无形之中增加了矿井通风的阻力。在通风过程中，由于采空区的密封性较差，巷道漏风严重，这在某种程度上也会增加巷道的通风阻力。
总而言之，矿井通风网络的改变是由简单的网络变成复杂的网络，这是造成矿井通风阻力整体增加的主要原因。矿井通风阻力的增加是十分不易察觉的，需要对矿井整个通风系统相关量进行计算才能得到。对于通风网络阻力的增加，最主要的解决措施是核定矿井通风阻力。
1.2 局部通风阻力增加
矿井通风主要是通过巷道来完成的，因此巷道对风流的阻力对矿井的通风阻力起到决定性作用。巷道中的通风阻力可用以下公式表示[2]：
h= αLUQ2/S3， (1)
式(1)中，h 为巷道的摩擦阻力，Pa；α 为巷道表面的粗糙程度，μm；L 为巷道的长度，m；U 为巷道的周长，m；Q 为巷道的风量，m3 /s；S 为巷道断面的面积，m2。
由公式(1)可知，巷道的通风阻力与巷道的长度、断面形式以及面积、风量存在很大的关系。为此，可以利用公式(1)来分析矿井局部通风阻力增加的原因。当巷道的长度固定时，巷道的通风阻力与巷道表面的光滑程度存在很大的关系。当巷道年久失修时，巷道表面的粗糙程度会增加，由此会导致矿井的通风阻力增加。此外，当巷道表面渗水时，同样也会增加巷道表面的粗糙度。当矿井的通风阻力增加时，势必会导致巷道的风量、风速下降。由公式(1)可知，矿井通风阻力与巷道风量的二次方成正比，即风量增加会导致通风阻力增加。当巷道中堆放较多的杂物时，一方面增加了巷道的周长，另一方面会减小巷道的截面面积。由公式(1)可知，巷道的通风阻力与巷道截面面积的三次方成反比，这说明减小巷道的截面面积，能大幅度提高矿井的局部通风阻力。
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1.3 风流紊乱导致矿井通风阻力增加
风流在井下巷道正常流动时，当遇到巷道通风条件发生变化时，其速度会发生巨大的变化，例如巷道的断面突然增大、突然减小等。由流体力学可知，当巷道的断面突然增大时，风速突然改变，而且在截面突变处会形成涡流，改变了风速的方向，降低了风速。当紊流流体流过巷道突变部位时，在惯性作用的影响下，流体很难跟随边壁的突然变化而变化，致使主流与边壁迅速脱离，使主流与边壁间产生涡流区。主流会不断带走这些涡流，补充到主流中的流体又易形成新涡流，损失部分能量[3]。
2 降低矿井通风阻力的方法
2.1 增加巷道表面的光滑度
在支护时，尽量将支护部件露在巷道表面的部分降到最低，最大限度地提高巷道表面的平整度。在巷道施工时，有条件的情况下，尽量使用圆形或拱形巷道断面，以此减小巷道的断面周长。在巷道施工完成后，应该在主巷道表面喷一层水泥浆，这样能最大程度地提高巷道表面的光滑程度。在选用支护设备时，应尽量选择设备表面光滑、表面积较小的设备。此外，还应定期对巷道进行检修，对于损坏的巷道或表面出现漏水情况的巷道，要及时采取措施，降低这些情况对通风的影响。
2.2 合理选择巷道断面形式 减少巷道断面突变
在巷道施工时，有条件的情况下，尽量选用圆形或拱形巷道断面，以此来减少巷道断面的周长。在巷道的断面面积相同时，圆形断面的周长最小，其次为拱形断面，矩形和梯形巷道的断面面积相对较大。虽然矩形和梯形断面巷道容易施工，但是对于那些服务年限较长的巷道，例如大巷、回风巷，还是要尽量选择圆形或拱形巷道断面。对于需要改变位置的巷道截面，尽量采用渐变式的巷道来连接两个不同截面的巷道，这样有助于降低巷道断面突变带来的乱流效应，将矿井的局部通风阻力降低到可接受的范围内。
2.3 利用废弃巷道通风 增加通风的有效面积
由公式(1)可知，巷道的通风阻力与巷道断面面积的三次方成反比，若巷道断面面积增加 10％，则巷道的通风阻力减少 25％以上，因此，增加断面面积是降低矿井通风阻力的有效方法。在一般条件下，增加巷道的断面面积是不经济的，主要是因为大断面会显著增加支护成本。因此，比较经济的方法就是利用废弃 的巷道进行并联式通风，这样不仅能有效利用废弃巷 道，还避免了废旧巷道瓦斯聚集的情况。然而，并不 是所有区域都有这样的条件，在通风阻力特别大的区域，可以掘进一条并联通风巷，这对于降低通风阻力来说是一种十分经济的做法。
2.4 减少巷道内构筑物降低局部通风阻力
在煤矿正常生产过程中，不可避免地会出现运输施工材料的情况。在巷道掘进时，需要的材料较多，而且掘进的工期较长。因此，在使用材料时，尽量避免长期堆积在巷道中，以免增加矿井的通风阻力。鉴于此，为了保证巷道通风的有效性，应定期清理巷道中的杂物，增加巷道的有效通风面积，降低巷道的通风阻力。在巷道服务年限以内，应尽量做到巷道无杂物、 无淤泥、无大面积片帮以及漏水渗水情况。另外，为避免矿车阻挡风流，恶化通风环境，矿井主要通风巷道最好不要长时间停放成串矿车[4]。
3 结语
确保矿井通风的安全性和有效性，对于矿井的安全、经济生产具有十分重要的意义。矿井通风阻力的增加，不仅会导致通风的效率降低，还会导致通风耗能增加。因此，分析了导致矿井通风阻力增加的主要因素，并针对这些因素提出了一些有效可行的措施，以此来有效地降低矿井的通风阻力。只有将矿井的通风阻力降低到规定标准以下，才能保证矿井通风的经济性。这些措施的实施需要矿井下多名人员协助完成。所述内容可以为改善矿井的通风状况提供一些参考， 具有一定的应用意义。
参考文献
［1］黄显东，刘志梅，陈世龙，等.矿井通风阻力测定方法及应用 ［J］.煤矿安全，2004，35(8)：13-15.
［2］韩路.煤矿通风阻力影响因素及降阻方法研究［J］.能源与节 能，2018(5)：8-9.
［3］李明耀.坑柄煤矿通风阻力现状分析及降低通风阻力对策［J］. 能源与环境，2016(6)：96-97.
［4］黄俊升，李宗远，韩永强.矿井通风阻力测定数据的综合分析［J］.中州煤炭，2010(12)：82-84.
论文作者:马斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/29
标签：巷道论文; 矿井论文; 阻力论文; 断面论文; 面积论文; 表面论文; 煤矿论文; 《基层建设》2019年第21期论文;