常用矿井风量计算方法问题的剖析.pdf

[ f 7／ 0 o o ， f 6 ／ l l 一 2 0 0 0年 儿 月 第 2 9卷第 6期 有色矿山 Nx f e r musM i n罄 Nov ． 20 0O 2 9 No 6 常用矿 井风 量计算 方法 问题 的剖 析 暨 朝 颂 北京科 夭孚而l O O O S 3 [ 关键词 】矿井通风； 通风等效装药量 ； 大爆破后采区通风 ／ “ Z ， 唛 携 望， 觏 洒 ． 【 摘要】对矿井风量计算 的 通 甩 公 式 Q N1 5 、 1 8、 1 9、 2 1 ． 1 , 2 4 、 2 5 ． 5 、 4 0 3 、 5 0 ． 进行 了详细的剖析。指 出了用沃洛宁矿井通风基础理论推导 的公式 ， 包括鲁郭夫斯基大爆破 后 的通风风量计算公式都是错误的。 [ 中 图分类号】TD 7 2 2 [ 文献标识码】A[ 文章编号】1 0 0 2 - 8 9 5 1 2 0 0 0 0 6 - 0 0 0 1 - 0 5 Anal y s i s on t he i s s u e s o f c o mm on m e t ho d f o r mi ne a i r v o l u m e de t e r m i n at i o n J I ch a 0 _ s 0 n g 1 3 e i j i n g Un i v e r c i t y o fS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3， C h i r a Ke y wo r d s m i n e v e n t i l a t i o n； v e n t i ht i o n e q u i v a l e n t e x p l o s i v e c h a r g e ； mi n i n g s e c t i o n v e n t i l a t i o n Mt e r ma j o r b l a s t i n g A l tr a c t 1 e g e n e r a l f o r mu l a f o r mi n e a i r q u a n t i W d c u 1 a t j o n Q N1 5 、 1 8 、 1 9 、 2 l l 、 2 4 、 2 5 5 、 4 0 ． 3、 5 0 i s a na l y s e d c o mp r e h e n s i ve l y ． I t h a s b e e n p o i n t e d o u t t h a t t h e f o r mu l a s de r i v e d f r o m W o l o n i n s b a s i c t h e o r y o f mine v e n t i l a t i o n． a n d t h e c a l c u ht i o n me t h o d o f Lu g o v s k e y s v e n t i l a t i o n v o l u me a f t e r ma j o r b l ast i n g a r e wr o n g ． 1前 言 矿井风量计算公式是各种各样 的， 但最 常用的为 Q一1 “4 的形式。沃洛宁的公 式 包 括其 他 人 利用 沃 氏的 矿井 通 风基础 公 式推 导的一 切理 论 公式 ． 其 中的系 数 N 可 等于 1 5 、 1 8 、 1 9 、 2 1 1 、 2 4 、 2 5 5 、 4 0 ． 3 、 5 0等 ， 分别用来计算独头巷道 、 贯通巷道型采场和 大爆 破后采 区通风 的风 量 。在 中国的矿 井通 风教材 和采 矿 手 册 等书 刊 中 ， 没 有注 明这 些 公式的出处和作者 ， 人们不了解它们 的由来 ， [ 收稿日期】 2 o 0 0 7 1 4 【 作者简介】 暨朝颂 1 9 2 8 一 ， 男 ， 湖南制 阳人 北京 科 技 大学 教 授 。 误把理论公式中的 N 值都称之为试验系数 ， 造成 思想上 的混乱 。 笔者 曾发表文章 ， 对沃洛宁矿井通风 基础理论 的错误进行 了全面的剖析 ， 指 出用 此基础理论推导出的通风风量计算公式都是 没有正确理论依据 的 ， 因而是 不能利用 的。 但由于 这些 公 式 不 易 见 到原 作 者 的 推 导 方 法 ， 故人们 无法 了解 它们 的错 误实质 。为此 ， 本 文准备就 此问题 进行详 细 的剖析 。 2 贯通巷道型采场的风 量计算公式 沃洛宁的贯通巷道型采场风量计算公式 初见于苏联 采矿手册 ， 其形式如下 Q 掣 佩 1 ‘ 式 中 A 同时消耗 的炸药量 ； 一 、 一 维普资讯 2 有色矿山 2 0 o 0年 s 采 场 的截 面积 ； 通 风时 间 ； 卜__从爆破 地点至 回风道 的采 场长度 。 从 沃洛宁发 表 的文 献 中 ， 现 在 还 未发 现 1 式 的 推导 方 法 ， 因此 有 人 就 无 根 据 地 把 N 当作试 验 系数 来 使 用 。其 实 这 个 公 式 只 要 用沃 氏的巷 道 风速 分布 函数 2 式 ” 即 可 推 导出来 “ [ 1 2 3． 8 。。。⋯ 3 5 8 , ／ 1 一r 2 V 0 式 中 ” 巷道截 面上任一 点的风速 ； w巷道截面的平均风速； a 巷道 的摩 擦阻力 系数 ； r 该 点至巷道 中心线 的距离 ； r 。 巷道的折 算半径 。 根据 沃洛宁 的其 它公 式 推导 方法 得 知 。 他把 n 值取为 0 ， 0 0 1 7 5 ， 故 2 式可简化为 W [ 3 5 - 8 ／ 卜 ] 3 Y 巷道型采场的通 风过程如 图 1 所 示， a b c d为炮烟抛掷带 ， 长度为 L， 通 风 时间 后 ， 炮烟的两个端面均按 3 式的规律位移变 形 。任取 一 巷 道 截 面 c C 。 。炮 烟 位 移 后 的 内锥体在 上的半径为 r ． ， 外锥体 的为 r ， 位移距离分 别为 和 。 如 [ 3 5 ． 8 1 一 ] 由于 一L， 故可由上式求得 J “O 3 5 8 wt 5 j ． √口 设 c ． C ． 截 面上炮 烟 的平 均浓 度 为 c， 炮 烟 的 初 始浓度 为 c 。 ， 则 有 6 将 6 式代 人 5 式 ， 得 C O 3 5 8 wt 7 ] ． ， a 7 式中 2 ／a L≥L ， 略去 L 项 。 简化为 C O 3 5 8 8 ．√口删 8 式两边开平方 ， 并乘以巷道的截面积 S， 整理后 即得 Q _ ／ c o 3 2 5 8 L S2 9 。 Ab 1 0 0 ％ 式中 A炸药消耗量 ， k g ； 6 每 k g 炸药产生的有毒气体体积 ， ] k g 。 按 照沃洛 宁惯 用 的取值 方 法 b0 1 ， C 0 ． 0 2 ％ ， 口0 ． 0 0 1 7 5， 代人 9 式 即得 Q 1 o 式中 ‘ 炮烟抛 掷带 逆风端 面到 回风道 的距离 。 沃洛宁用 代替 ． 。由于 ． ， 故上式 需 乘 以校正 系数 1 ． 2 。于是 即可 由 1 O 式 得 出 1 式Q 掣 。． A、 A斯阔琴斯基 在其 矿 内通风学 中， 引用了沃洛宁贯通巷道型采场 的风量计 算公式 ， 并将其改写成 Q 甄 1 1 ⋯ 式中 用分钟表示 ， 而 Q 的单位仍为 m ／ s 。 如果按 沃 洛 宁 的 习惯 ， 将 用 秒 表示 。 则 N 2 4； 另 一个 不 同点是 ， 1 1 式 中的 为采 场 维普资讯 第 6期 暨朝颂 常用矿井风量计算方法 问题的剖析 3 长度 ， 故斯 氏的 N 略小 于 2 5 ． 5 。 从 上述推 导过程 可以看 出 ， 1 式 和 1 1 式均 是沃 洛 宁的理 论公 式 ， 故 N 2 5 5和 N 2 4都是理 论 系数 。此 外 ， 由于沃 氏 的矿 井 通 风基础理 论公 式 2 式是 属 于概 念性 的错 误 ⋯ ， 故 1 式 和 1 1 式 都失去 了正确理论 依 据 ． 因而不 能利 用 。 有人 为其辩解 说 ， 沃 氏的 1 式或 斯 氏的 1 1 式不 是 理论 公 式 ， 而 是 实验 公式 。是 否 真是这 种情 况 ， 让 我们 引用 A r 阿里 科 夫 在电耙道 中的实验 资料 和 回归法 求得 的实验 公式来 回答 此 问题 ” 。 请注 意 阿氏试验是 在沃 氏公式 发表 1 1年后 做的 。 阿 氏的试验 情况是 1 二次爆破作业前 ， 在电耙道 中进行过 空 白对照试验 ， 证明放矿时无炮烟从矿房中 泄 人 电耙道 ； 2 折 算成 一 氧化 碳 的有 毒气 体 进行 取 样分析时 ， 其精度为 0 ． 0 0 1 ％； 3 爆破作业后 在电耙道的回风道 中测 定有毒气体浓度的变化过程。测得的数据标 在纸上 ， 如 图 2所 示 。 图 2表 示 爆破 后 电耙 道通风时， 一氧化碳初始浓度与当前浓度 比 值 跟换风系数 I 的关系图。 考虑 到 J ， 故 1 2 式 可写成 Q 0 6 2 c o Y L 将 1 0 0 ％ ， co ． 0 2 ％代 人上 式得 Q 瓦 1 3 比较 1 、 1 1 式 和 1 3 式 ， 可 以看 出 ， ① 前两者与后者的系数 N值相差悬殊 ； ②后者 是对 污染空 间 LS换气 ， 而前两 者则 是对 LS 空问换气 ， 显 然不 符合 实验 时 换气 系数 ，的 定义 ， 故 1 和 1 1 式 都不是 实验公式 从 这 点说 明 ， 沃 氏和斯 氏的公式 都是错误 的公式 。 3 大爆破 后采区通风风量计算公 式 沃洛宁没有对大爆破后采区通风进行 过 研究 ， 是后来 C ． H ． 鲁郭夫斯基利用沃氏的 1 式改 造而成 的。 3 ． 1 贯 通峒室型 采区的风量计 算公式 贯通峒窒型采矿法等采 区的风量计算公 式为 Q 掣 1 4 式中 A。 通风等效装药量 ， A i A； 采 区巷道 群 的炮 烟 污 染 空 间 的 体积 ； 通风等效装药量系数 ， 用实验方法 求 ； A实际装药量。 鲁郭夫斯基说 根据活洛宁的资料 l ， 当折 算 成 一 氧 化 碳 的 许 可 浓 度 降 低 到 0 ． 0 2 ％时， 系数 N 2 5 ． 5 。但如果要把大爆 破后 的一 氧化碳 降到 0 ． 0 0 8 ％时 ， Ⅳ 应 为 4 0 ． 3 。实际上 ， 只要按沃 氏的习惯取值法 0 ． 0 0 1 7 5 ， 60． 1， c0 ． 0 0 8 ％ 和 校 正 数 1 2， 则 可由 9 式 推导 出采 区巷 道所 需风 量 的公 式 1 4 ， 其 中 V ∑S ， 1 5 式中下标 J表示采区被 炮烟污染巷 道 编号 。 维普资讯 4 有色矿山 2 。 o o年 从上面可以看出， 鲁氏的 1 4 式 即沃洛 宁的理论公 式 。同时 ， 用采 区总污 染空 间体 积 ∑S ， ‘取代 1 式 中的 s ， 也只有 当所 有采 区巷道 成一 串联 ， 或 者成 简单 并 联且 风 量 按 需 分配时 才有 1 4 式 的形式 。实际 情况 是 ， 采 区巷道联 接非常 复杂 ， 每条巷道 的长度 、 截 面积和 a值都不可能相 同， 无法调节风量。 显然 ， 鲁氏的 1 4 式既无正确 的理论依据又 不切合实际的条件 ， 故毫无使用价值 3 ． 2阶段崩落 法采 区通风 风量计算 公式 阶段 崩 落 法 采 区通 风 风 量 计 算 公 鸯 为 Q 1 6 鲁郭夫斯 基诸 在 1 6 式 中， 系数 Ⅳ 的数值要比 1 4 式中的增大 2 5 ％。显然 ， N 系数增 大 2 5 ％是毫 无 根据 的。第 一 ， 大爆 破 时涌人巷道里 的炮烟 ， 已用通风等效装药量 系数加以修正 了。放矿时期析出的炮烟应与 二次破碎装药量的炮 烟一并考虑 ， 用来计算 正 常通 风 的风 量 ． 它 与大爆 破 后加 强 通 风 风 量计算公式 中的系数 N 无关。第二， 从 9 式 可 以看 出 ， 系 数 Ⅳ 只与下面 的因素有关 1 单位 炸药量 产生 的有毒 气体 量 6 值 ； 2 巷道中风流速度的分布函数， 即巷道 摩擦 阻力系数 a的函数； 3 炮烟有毒气体的许可浓度 c 值 。 从上面两点可 以得出结论， 将 N 值改写 成 5 0 是没有道理的， 1 6 式仍为沃氏的理论 公式 ， 故不能利用 。同时 ， 由于采区巷道联接 复杂 ， 各巷道长度和风速各异 ， 排烟过程也不 尽相同， 从这点来看 ， 1 6 式也是不切合实际 情况 的 ， 下 面举 例说 明。 某 采 区 由两条 截 面 积 S 和摩 擦 阻力 系 数C t 都相 同的并联 巷道 组成 ， 总风量为 Q， 风量 自然分 配 ， 如图 3所 示 。 1 设巷道 1 的长度为寺 m ， 巷道 2的长 田 3采 区通风 暴统 圈 度为鲁 m ， 通风等效装药量为 A k g 。大 爆破后， 炮烟充满两条巷道 。故巷道 1的通 风负荷为毒A k g ， 巷道2 的通风负荷 为 鲁A k g 。根据 1 2 式计算巷道2的风量 Q 立 √ 了2 ． 2 s √ 号 A s 由于是 自然分配风量 ， 故巷道 1 的风量为 Q 1 1 ． 4 1 Q 2 1 ． 4 1 X 4 0 ． 3 ／ 4 v A Sg 采 区的 总风 量 由下式求 得 QQ Q 如果按 1 4 式计算总风量 ， 则 Q 掣 b 比较 a 、 b 两式可以看出 ， 分别计算的总风 量是一次计算 总风量 的 1 ． 6 倍 。显然 ， 按鲁 氏方法计算的风量还不能满足采区通风的需 要 。如果 对 巷道进 行 按 需风 量 调节 ， 则 两 种 计算方法的结果才相同。在巷道 1中装置调 节风 窗 ， 理 论上 是 完全 可 行 的 。但 由于 大 爆 破 ． 冲击 渡和 冲击气 流非常强 烈 ， 风窗 易被 冲 毁 铜矿 峪铜 矿一 次 7 5 t 级 大 爆 破 ， 直 径 为 l 2 m 的采 区风机 被 冲毁 ， 耙道 中一 台 5 5 k W 重 2 4 t 的电耙绞车 ， 经 由几十米巷道喷出坑 外 。同时 ， 凡采用太爆破落矿的采 区， 绝 不 只有 两条 简单 的并 联 巷 道 ． 而是 许 多 巷 道联 接成复杂的立体网格系统 ， 除了串并联外 ， 还 可 能出现角联 ， 无法 一一加 以调节 。因此 ， 简 单地将 沃洛 宁公式 改成大爆破 通 风公式是行 不通的， 何况沃氏的公式本 身就是错误 的公 式 。 ～ 维普资讯 第 6期 暨朝颂 常用矿井风量计算方法问题的剖析 5 4独 头 巷道 通 风风 量 计算 公 式 沃洛 宁对独头 巷道 的通 风进行过详 细的 研 究 ， 得出 了抽 出式 、 压 人式 和混合式通风 的 全 套计 算公 式 ， 其 中抽 出式 和混 合式 中的抽 风 风量计算 公式取 下面 的形式 Q 1 7 式中 N系数 。抽出式通风时 ， 当风管末 端 至作 业面 的距 离≤0 54 - s对 ， N 1 5 。 当 距离 0 ． 54-S时 ， Nl 8 。混合式的 N l 8 s 巷道 的截面积 ； 曲出式通风时， 为炮烟抛掷带 的 长度 。混合式时 ， 为 吸风管人 口至作业 面 的 距离 。 上式 公 式 的 理 论 推 导 ， 可 从 有 关 书 刊 【 中查阅 ， 这里不 重复 。 沃洛 宁不用 1 7 式的形式来 表示压 八式 的风量计算公式 ， 故这里也不予 以讨论。 吴中立教 授曾利用 沃洛宁 的矿井 通风基 础公式 ， 在假定 风管末端敷设到作业面的条 件下 ， 推导出压人式通风计算公式 Q A, ／ X 1 8 1 8 式的推导方法可参见吴教授的著作 。 也可将 图 l的 曲 面看作 独头 巷道 的作 业面 ， 压人式 风 管末 端接 至 6面上 ， 然 后参 考 1 0 式的推导方法求得 1 8 式。 矿井通 风教 材 和采矿 手册 中的压人式风 量计算公式为 10一 Q S 1 9 1 9 式的推导方法 不 清 楚 ， 但 如 果 取 6 0 ． 0 8 ， c 0 0 2 ％， 口0 ． 0 0 1 7 5 代人 9 式 即 可获得 。 无论是 沃氏 自己推 导 的 1 7 式 ， 还 是 他 人根据 沃洛 宁 的矿 井 通 风基 础 公 式 推 导 的 1 8 和 1 9 式 ， 它们都是建立在错误 的理论 基础之上的 ， 因此毫无利用价值 。 5结束 语 凡 用沃洛 宁矿井通风基 础公式 推导 的矿 井风量计算公式 ， 都是没有正确理论依据的 ， 故都属于错误的公式 ， 不能利用。 采用大爆破落矿 的采 区， 栗准巷道 多且 联接复杂， 炸药耗量大 ， 致使研究工作非常困 难， 放研究 的人很少 。目前 只有 前苏联 c． H． 鲁郭夫斯基对这方面进行过研究 ， 取得 了 初 步进展 ， 他 提 出的通 风 等效 装 药量 概 念 很 有参考价值。但遗憾的是 ， 他的理论和公式 是建 立在错 误 的沃洛 宁理论 基础之 上 的。 由 于本底公式错误 ， 使鲁氏的风量计算公式失 去了理论依 据 ， 而 毫无 实 用价 值 。 同时 鲁 氏 对于复杂的采 区阿路 ， 只简单地用总污染空 间的体积来表示， 显然是错误 的。故 大爆破 采 区的通 风过程 有待进 一步研究 。 [ 参考文献] [ 1 ]暨朝颈 关于抚洛 宁矿井通风基础理论问题的 剖析[ J ] ． 有色金属 季刊 ， 1 9 9 7 ， 2 1 ． [ 2 ] m A． M p a e B H． A c p a Ⅱ 0 F0 p H o p y o M yⅡ 唧． M e T a T ， 1 9 5 2 [ 3 J B a o p p m B． H ． O l O U 7 o t p y m曲 ， Aa P OF A 3 0B I HAMI I KI L， y r m- r e m3丑 A T， 1 9 5 1 ． [ 4 ]C K o m , mc m． A． A． 。 Ko mo ．B ． B． ． 1 5 “ v a v - 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