針對我礦水采工作面通風的問題，我礦認真召集技術人員進行了研究，同時我礦得到了長治市眾信通（Truethingtone）科技有限公司的一些具體的計算幫助。共分2個部分，主要內容如下：

?第一部分  水采工作面風速計算?

 一、雷諾系數判斷水采面的風流流動狀態

       1.   非圓形巷道風流雷諾數計算公式為：

              R_e=4VS/（νu）

              R_e—雷諾數；

              V—巷道風流平均流速，m/s；

              S—采空區斷面積，㎡；

              ν—流體的運動粘性系數，對于礦井風流，一般用平均值ν=14.4×10^-6 ㎡/s；

              U—  采空區周長，m；

        雷諾數是判別風流流動特性的依據：雷諾數R_e小于2300的流動是層流，R_e =2300～4000為過渡狀態，雷諾數R_e大于4000的流動是紊流。

        2.   根據以上依據雷諾數Re =4000時的是紊流臨界值計算風速：

         我們將XX煤業的數據代入公式進行計算

         水采工作面配風量為630m3/min，水采面寬度為13m，采高5.4m；則水采面面積為70.2㎡，周長為36.8m。

      V= R_e×U×ν/4S

        =4000×36.8×14.4×10^-6/4×70.2

        =0.00755m/s

    根據《煤礦安全規程》（2016版）第一百三十六條之規定，采煤工作面最低允許風速為0.25m/s，而計算出    的風速遠遠小于最低允許風速0.25m/s，所以水采工作面靠近煤壁區域的風流處于紊流狀態。（見5頁Fluent模    擬水采工作面最大風速為0.4m/s，平均風速為0.2m/s，此狀態為紊流狀態）。

  3.   擴散通風

            根據《煤礦安全規程》（2016版）第一百三十二條規定，擴散通風深度不得超過6m、入口寬度不得小于1.5m。

            我礦水采工作面采煤過程中有局部采深擴大至13米最遠噴射距離的情況，按照正常作業采煤的硬幫和回風都會保持正常的全負壓通            風狀態。

          考慮特殊的回風斷風流及距離超過6米寬度時的情況，擴散模擬計算如下：（以下采用了Fluent流體學軟件）

            按照巷道入口寬度1.5米，深度15米，擴散風速圖如下：

          按照巷道入口寬度4米，深度15米，擴散風速圖：

風流的速度較低均在0.2m/s以下，依靠擴散通風難以達到通風技術要求的0.25m/s米以上。

二、水采工作面的基本通風布局及風流流動狀態流場模擬

        由于至今還沒有一個較為成熟的紊流理論，用紊流擴散通風無法計算水采工作面的風速情況，并且水采工作面也不完全屬于此類情況。

        我們首先認識水采工作面的一般通風格局，在此基礎上我們使用Fluent流體軟件可以模擬七一煤礦水采工作面通風最困難時期的真實通風情況如下：

    1.   水采工作面的通風布局主要如下（唐山設計院提供）

圖2-1  傳統水采工作面布置圖

圖2-2  局部放大后的工作面

圖2-3  XX煤業水采區工作面實際通風圖

圖2-4  困難時期采煤工作面通風系統示意圖

2.   Fluent軟件模擬困難時期風流流場分布圖

    （按照踩空冒落，踩空裂隙通風的最困難情況進行模擬，裂隙參數取值為0.6，實際開采時情況要有不同）

圖2-5  垂直高度1、2、3、4m風流流場整體分布圖

 圖2-6  垂直高度2m風流流場分布圖

圖2-7  垂直高度3m風流流場分布圖

圖2-8  垂直高度4m風流流場分布圖

圖2-9  水采工作面風流流場分布圖

圖2-10  水采工作面風流等速線圖

    由Fluent軟件模擬（圖2-9、圖2-10）可以看出水采工作面在困難時期采煤工作面平均風速0.3 m/s,上隅角風速為0.2m/s。

三、水采工作面通風系統

        1.通風方法：

        副斜井→+810軌道巷→采區集中軌道下山→水采區煤水順槽→回采工作面→采空區→水采區回風順槽→水采區回風下山→水采總回風巷→回風立井→地面。

        水采工作面入口處與工作面上隅角是存在壓力差的，則可以利用伯努利能量方程式建立方程。

 1）理想氣體的伯努利方程：

                                                      （ρv²）/2+ρgh+p=常量

2）實際流體能量方程式：

實際流體總是有粘滯性的，粘滯性形成的摩擦阻力對流體作負功，將引起流體機械能的減少。機械能轉化為流體內能，散失在流動過程中，流過斷面的機械能差值，就是摩擦阻力損失，用hs表示。

(ρ₁v₁²)/2+ρ₁gh₁+p₁=(ρ₂v₂²)/2+ρ₂gh₂+p₂+h_s

四、水采工作面上隅角風速計算（存在誤差望諒解）

圖3-1  水采工作面困難時期示意圖

1.利用能量方程式解算上隅角2處的風速：

1）用皮托管、補償式微壓計測量1——2處的總損失hs為：2.3 Pa

2）測出位置1距離地面高1.5m處的絕對靜壓p₁為：92127Pa，密度ρ₁為：1.1034kg/m³；測得1處風速v₁為：1.68m/s。

3）測出位置2距離地面高1.5m處的絕對靜壓p₂為：92126Pa，密度ρ₂為： 1.0918kg/m³。

            將以上數據帶入能量方程：

            (ρ₁v₁²)/2+ρ₁gh₁+p₁=(ρ₂v₂²)/2+ρ₂gh₂+p₂+h_s

            v₂²=2×（h_s- (ρ₁v₁²)/2-ρ₁gh₁-p₁-ρ₂gh₂-p₂）/ρ₂

            v₂=0.158m/s