适用读者： 煤矿矿长、总工程师、通防副总、通风科长、测风主管、主要通风机房负责人

作者： 张洁贞｜中矿天智信息科技（徐州）有限公司高级销售经理｜中国矿业大学安全工程学院矿井通风重点实验室技术合作支持

一、行业痛点与法规监管：通风阻力过大与电耗超标危机

矿井通风系统被称为煤矿的“呼吸系统”。在陕西榆林、神木、府谷、彬长以及山西各大型矿区，随着矿井开采范围不断拓展、采区多水平接续延深，矿井通风网络日益庞大复杂。

矿井在长期运行中普遍面临“三大通风痛点”：

  1. 通风阻力分布严重失衡：进回风井筒断面受限、拐弯多、巷道失修冒顶断面收缩（局部阻力占全矿总阻力比例高达 $30\% \sim 50\%$），导致矿井总阻力突破 $3500 \sim 4500\text{ Pa}$ 超限运行；
  2. 主通风机高耗低效运行：主要通风机常年偏离高效工况点在“喘振区”或低效区运行，全矿通风吨煤电耗高达 $4.5 \sim 8.0\text{ kWh/t}$，年耗电费数千万元；
  3. 法规刚性周期核验要求：国家矿山安全监察局《煤矿安全规程》第一百五十八条与 AQ 1025-2006 明确规定：生产矿井每 3 年必须进行一次矿井通风阻力测定；新水平、新采区投产或通风系统发生重大改变时，必须重新测定并开展全矿网络解算。
矿井开采延深 + 巷道断面收缩失修
  ↓ 通风阻力异常升高（总阻力 H_total > 3500 Pa）
主要通风机负压过大，电机常年超载在低效区运转（年电耗数千万元）
  ↓ 采煤工作面有效风量不足，角联分支风流紊乱甚至风流逆转
落实《规程》与 AQ 1025-2006 法定标准
  ├── 采用精密气压计基点法实测全矿通风阻力路线
  └── 运用三维网络仿真优化风门/风窗调控，将等积孔扩大至 A ≥ 1.5 m²

因此，开展正规的矿井通风阻力测定与三维通风网络解算优化，是总工程师精准掌控井下风流分布、消除瓦斯积聚死角与实现通风节能降本的法定基础工作。

二、流体动力学与风阻网络方程：阻力损失与等积孔物理模型

风流在井下巷道内的流动遵循不可压缩流体纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程与能量守恒伯努利（Bernoulli）方程。

1. 巷道摩擦阻力与局部阻力计算方程

风流在巷道中的摩擦阻力 $h_f$ 遵循阿特金森（Atkinson）公式：

$$h_f = \alpha \cdot \frac{L \cdot U}{S^3} \cdot Q^2 = R_f \cdot Q^2$$
$$R_f = \alpha \cdot \frac{L \cdot U}{S^3} \cdot \frac{\rho}{1.2}$$

式中：$\alpha$ 为巷道摩擦阻力系数（$\text{N} \cdot \text{s}^2/\text{m}^4$）；$L$ 为巷道长度（$\text{m}$）；$U$ 为巷道周长（$\text{m}$）；$S$ 为巷道净断面积（$\text{m}^2$）；$Q$ 为通过该分支的风量（$\text{m}^3/\text{s}$）；$\rho$ 为井下空气密度（$\text{kg/m}^3$）；$R_f$ 为分支摩擦风阻（$\text{N} \cdot \text{s}^2/\text{m}^8$）。

局部阻力 $h_c$ 由局部阻力系数 $\xi$ 确定：

$$h_c = \xi \cdot \frac{\rho \cdot v^2}{2} = R_c \cdot Q^2$$
井下煤矿通风网络拓扑模拟与阻力分布图
图2：矿井通风网络拓扑拓扑解算、阻力损失节点分布与主要通风机工况运行匹配图

2. 矿井通风难易程度与等积孔（Equivalent Orifice）模型

全矿井通风难易程度采用假想孔口面积——等积孔 $A$ 进行定量评价：

$$A = \frac{1.191}{\sqrt{R_{total}}} = \frac{1.191 \cdot Q_{total}}{\sqrt{H_{total}}}$$

式中：$Q_{total}$ 为矿井总进风量（$\text{m}^3/\text{s}$）；$H_{total}$ 为矿井通风总阻力（$\text{Pa}$）；$R_{total}$ 为矿井总风阻。

矿井等积孔范围 ($A$) 通风难易程度等级 通风阻力特征与风压状态 矿井通风工程优化策略
$A > 2.0\text{ m}^2$ 容易通风 (Easy) 矿井总阻力小（$H < 1500\text{ Pa}$），风流畅通 维持现有通风系统，定期巡查风门密闭质量
$1.0 \le A \le 2.0\text{ m}^2$ 中等通风 (Moderate) 阻力正常（$1500 \le H \le 2940\text{ Pa}$），主扇运行工况良好 局部优化转弯拐角，定期清理回风水沟与杂物
$A < 1.0\text{ m}^2$ 困难通风 (Difficult) 阻力过高（$H > 2940\text{ Pa}$），主扇电耗大，风量调节困难 必须开展全矿通风阻力改造（扩修大巷、并联回风井、拆除阻风设施）

三、AQ 1025-2006 阻力测定标准与基点法实施SOP

依据行业标准 AQ 1025-2006《矿井通风阻力测定方法》，矿井采用精密气压计基点法（双气压计同步观测法）：

SOP 1：测定路线规划与测点选定（选取 1~3 条阻力最大、通风线路最长的代表性测定主路线）
  ↓
SOP 2：地面与井下基点设立（地面设立基点气压计，每 10min 记录一次大气压变化，消除气象波动误差）
  ↓
SOP 3：路线测点参数连续采集（使用巡回数字气压计、超声波风速表测量各测点绝对静压 P、风速 v、干湿球温度与瓦斯浓度）
  ↓
SOP 4：空气密度与位能高程修正（结合全站仪高程测定，精准计算巷道两端位能差与重力附加压力）
  ↓
SOP 5：计算各区段摩擦阻力与摩擦阻力系数 α（绘制全矿井通风阻力沿程损失累积分布曲线）
  ↓
SOP 6：通风网络三维数值解算与优化模拟（利用 3D-Vent 软件解算主通风机最佳工况叶片角度与调节风窗开度）
  ↓
SOP 7：出具法定 CMA 检测报告与节能降阻改造方案（由专家组签署正式鉴定意见书）
井下通风测风站与风速气压现场测定实景
图3：通风检测工程师在井下主要风道测风站操作精密气压计与数字风速表采集通风参数

矿井各区段通风阻力合理比例分布基准表

通风区段划分 包含主要巷道 占矿井总阻力合理比例 异常超标原因与工程治理措施
进风段 (Intake) 主副斜井/立井、集中进风大巷、采区进风顺槽 $25\% \sim 35\%$ 井筒罐道梁阻风、进风大巷皮带机支架密集阻风 $\to$ 实施导风罩改造
用风段 (Working Face) 综采工作面、掘进迎头、硐室 $15\% \sim 25\%$ 工作面上隅角挡风帘过紧、支架后方落煤堆积 $\to$ 优化截割工艺与断面维护
回风段 (Return) 采区回风顺槽、集中回风大巷、回风井筒及风硐 $45\% \sim 60\%$ 断面受采动挤压收缩、风硐弯头阻力过大 $\to$ 实施挑顶扩帮、风硐流线型导流板改造

四、主要检测仪器与测试装备配置

开展 AQ 1025 标准通风阻力测定必须依托高灵敏度防爆仪器：

精密气压计与超声波风速表等检测仪器特写
图4：实验室与现场标定台配备的数字精密气压计、超声波风速仪与微压差计特写
设备名称 规格型号 核心功能与技术指标 检定与精度要求
矿用数字精密气压计 D-3 型本安防爆型 测定测点绝对大气压力，量程 $600 \sim 1200\text{ hPa}$ 分辨率 $0.1\text{ Pa}$（$0.001\text{ hPa}$），精度 $\pm 10\text{ Pa}$
超声波三维风速表 CF-10 型智能风速仪 非接触高精度测定巷道截面平均风速，量程 $0.2 \sim 30.0\text{ m/s}$ 启动风速 $\le 0.15\text{ m/s}$，测量误差 $\le \pm 1.0\%$
微压差与皮托管测试组 DP-2000 型数字微压计 测定风硐局部阻力、风窗及主要风门两侧静压差 测量范围 $-5000 \sim +5000\text{ Pa}$，精度 $\pm 0.5\% \text{ FS}$
矿用通风多参数测定仪 JFT-4 多功能测定仪 实时联测风速、温度、相对湿度、大气压与标况风量 本安防爆认证，配备数据蓝牙导出与网络解算接口

五、工程案例复盘与经济造价：陕北神木石岩沟煤矿通风阻力测定项目

以下结合神木市店塔镇石岩沟煤矿及四门沟矿业的通风技术服务项目进行深度对账。

矿长总工与通风专家在网络解算优化评审会
图5：中国矿业大学通风科研团队与煤矿总工程师在矿区调度室审查通风网络解算与降阻方案

1. 工程概况与技术难点

神木石岩沟煤矿核定生产能力 120 万吨/年，开采 4-3 煤层：

  • 通风瓶颈：随着主采区向南翼延深，回风路线长达 4800m，矿井总阻力高达 $3180\text{ Pa}$，等积孔仅为 $0.98\text{ m}^2$（属于困难通风）；
  • 能耗负担：地面 2 台对旋轴流主通风机（电机功率 $2 \times 400\text{ kW}$）全负荷高风压运转，吨煤通风电耗达 $5.2\text{ kWh/t}$；
  • 优化目标：通过实测查明阻力主要损失段，实施网络优化解算，将矿井总阻力压降至 $2200\text{ Pa}$ 以下，等积孔提升至 $1.5\text{ m}^2$ 以上。

2. 项目造价与实施周期（合同金额：12.0 万元）

神木石岩沟煤矿通风阻力测定与网络优化项目（合同总额：120,000 元）
  ├── 井下 3 条主通风路线精密气压计基点阻力实测（含 45 个测点联测）：60,000 元
  ├── 全矿井通风三维网络解算与主通风机工况匹配优化模拟：35,000 元
  └── 降阻节能工程方案设计与出具法定 CMA 鉴定报告：25,000 元

3. 降阻技术方案与节能效益

  1. 阻力瓶颈破除：实测发现南翼总回风大巷 3 处拐角及风硐闸门局部阻力高达 $860\text{ Pa}$（占总阻力 27%）。矿方实施了风硐流线型导流板改造与大巷扩帮挑顶 120m；
  2. 网络优化解算：调整对旋主通风机叶片安装角度由 $38^\circ$ 降至 $32^\circ$；
  3. 改造后实测成效：
  • 矿井总阻力由 $3180\text{ Pa}$ 降至 $2050\text{ Pa}$（降幅达 35.5%）；
  • 矿井等积孔由 $0.98\text{ m}^2$ 跃升至 $1.65\text{ m}^2$（由困难通风转变为容易通风）；
  • 主通风机年节约运行电费 85.6 万元，并在 1 个月内顺利通过国家矿山安监局陕西局防突与通风达标验收。

六、矿长与总工通风管理迎检自查清单

总工程师在组织通风阻力测定报告归档与安监局迎检时，必须核验以下 6 项核心指标：

  • 法定 CMA 通风阻力测定报告原件：具备国家认证资质检测机构出具的正式测定报告及专家评审意见书。
  • 矿井通风网络拓扑图与阻力分布图：标明测点编号、风量、风阻、摩擦阻力系数 $\alpha$ 与主要风机工况点的最新图件。
  • 通风难易程度等积孔核定表：明确标明全矿等积孔 $A$（$\text{m}^2$）及进、用、回三段阻力百分比分配表。
  • 主要通风机性能测试与电耗台账：主通风机风量、负压、输入功率、运行效率（$\ge 60\%$）及电耗月度报表。
  • 通风系统重大调整论证批复：通风系统发生区域性风流调整时编制的安全技术措施与审批手续。
  • 通风设施完好率与漏风率台账：全矿主要风门、风窗、风桥完好率 $100\%$，有效风量率 $\ge 85\%$。

    • 七、常见问题深度解答 (FAQ)

    Q1：为什么生产矿井必须每 3 年进行一次通风阻力测定？

    答： 煤矿在采掘接续推进过程中，采区不断更替、巷道不断延伸或废弃封闭、巷道围岩变形收缩，会导致全矿通风阻力分布发生显著动态演变。每 3 年开展一次系统阻力测定，能够及时查明通风阻力突增的瓶颈区段，校核主通风机运行工况，防范由于风阻过高引发采掘面风量不足或风流紊乱事故。

    Q2：气压计基点法与差压计测定法相比有哪些优势？

    答： 差压计法需要在测点间敷设数百米胶皮导压管，在井下运输繁忙、巷道高低起伏的大型矿井中极易发生胶管受压压扁、漏气或被机车碾碎导致数据失真；而精密气压计基点法无需连接长导压管，由两组人员使用高精度绝对气压计同步观测，测试机动灵活、效率高，特别适用于线路长达数公里的现代化特大型矿井。

    Q3：如何通过通风网络优化降低主要通风机的电耗？

    答： 主要措施包括：① 降低回风段阻力：对局部阻力集中的风硐及弯头加装流线型导风板，扩修严重失修的回风大巷；② 增加并联分支：在阻力集中的主要进回风段采用双巷并联通风，并联风阻仅为单巷的 $1/4$；③ 调优主扇叶片角：根据网络解算出的真实工况点，下调主扇叶片安装角度，使风机运行效率提升至高效区（$\ge 75\%$）。

    Q4：通风阻力测定从现场测试到出具报告需要多长时间？

    答： 井下现场测定通常需 2~3 天（在非生产班或周末通风稳定期进行），数据处理、空气密度修正与网络解算需 3~4 天，报告编制与专家审查需 2~3 天，全流程通常在 7~10 个工作日 内完成并交付正式 CMA 报告。

    参考依据与标准规范

    1. AQ 1025-2006《矿井通风阻力测定方法》
    2. GB 50215-2015《煤炭工业矿井设计规范》
    3. 煤矿安全规程（2025版），国家矿山安全监察局
    4. AQ 1026-2006《煤矿瓦斯抽采基本指标》
    5. 矿安〔2026〕81号《国家矿山安全监察局关于进一步加强煤矿重大灾害精准治理与安全风险辨识评估的指导意见》
    6. GB 40880-2021《煤矿瓦斯等级鉴定规范》

    关于作者与中矿天智服务承接

    张洁贞，中矿天智信息科技（徐州）有限公司高级销售经理，长期服务陕北榆林、神木、府谷，山西及内蒙古各矿区各大煤矿企业。

    检验检测与技术服务依托 中国矿业大学安全工程学院矿井通风重点实验室，具备国家法定资质认证。

    承接业务范围：

    • 矿井通风阻力测定（AQ 1025-2006 标准规范测定与三维网络解算）；
    • 矿井通风系统优化改造与主要通风机节能降耗方案设计；
    • 矿井瓦斯等级鉴定、一通三防全参数测定（GB 40880、GB/T 44819）；
    • 重大灾害综合评估、煤柱安全论证与充填开采顶层设计。

    矿方下一步行动指引

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    声明：文中技术参数与案例数据已依法进行脱敏处理，具体矿井通风方案需结合实际巷道网络与主扇参数专项设计。