针对我矿水采工作面通风的问题，我矿认真召集技术人员进行了研究，同时我矿得到了长治市众信通（Truethingtone）科技有限公司的一些具体的计算帮助。共分2个部分，主要内容如下：

‍第一部分  水采工作面风速计算‍

 一、雷诺系数判断水采面的风流流动状态

       1.   非圆形巷道风流雷诺数计算公式为：

              R_e=4VS/（νu）

              R_e—雷诺数；

              V—巷道风流平均流速，m/s；

              S—采空区断面积，㎡；

              ν—流体的运动粘性系数，对于矿井风流，一般用平均值ν=14.4×10^-6 ㎡/s；

              U—  采空区周长，m；

        雷诺数是判别风流流动特性的依据：雷诺数R_e小于2300的流动是层流，R_e =2300～4000为过渡状态，雷诺数R_e大于4000的流动是紊流。

        2.   根据以上依据雷诺数Re =4000时的是紊流临界值计算风速：

         我们将XX煤业的数据代入公式进行计算

         水采工作面配风量为630m³/min，水采面宽度为13m，采高5.4m；则水采面面积为70.2㎡，周长为36.8m。

      V= R_e×U×ν/4S

        =4000×36.8×14.4×10^-6/4×70.2

        =0.00755m/s

    根据《煤矿安全规程》（2016版）第一百三十六条之规定，采煤工作面最低允许风速为0.25m/s，而计算出    的风速远远小于最低允许风速0.25m/s，所以水采工作面靠近煤壁区域的风流处于紊流状态。（见5页Fluent模    拟水采工作面最大风速为0.4m/s，平均风速为0.2m/s，此状态为紊流状态）。

  3.   扩散通风

            根据《煤矿安全规程》（2016版）第一百三十二条规定，扩散通风深度不得超过6m、入口宽度不得小于1.5m。

            我矿水采工作面采煤过程中有局部采深扩大至13米最远喷射距离的情况，按照正常作业采煤的硬帮和回风都会保持正常的全负压通            风状态。

          考虑特殊的回风断风流及距离超过6米宽度时的情况，扩散模拟计算如下：（以下采用了Fluent流体学软件）

            按照巷道入口宽度1.5米，深度15米，扩散风速图如下：

          按照巷道入口宽度4米，深度15米，扩散风速图：

风流的速度较低均在0.2m/s以下，依靠扩散通风难以达到通风技术要求的0.25m/s米以上。

二、水采工作面的基本通风布局及风流流动状态流场模拟

        由于至今还没有一个较为成熟的紊流理论，用紊流扩散通风无法计算水采工作面的风速情况，并且水采工作面也不完全属于此类情况。

        我们首先认识水采工作面的一般通风格局，在此基础上我们使用Fluent流体软件可以模拟七一煤矿水采工作面通风最困难时期的真实通风情况如下：

    1.   水采工作面的通风布局主要如下（唐山设计院提供）

图2-1  传统水采工作面布置图

图2-2  局部放大后的工作面

图2-3  XX煤业水采区工作面实际通风图

图2-4  困难时期采煤工作面通风系统示意图

2.   Fluent软件模拟困难时期风流流场分布图

    （按照踩空冒落，踩空裂隙通风的最困难情况进行模拟，裂隙参数取值为0.6，实际开采时情况要有不同）

图2-5  垂直高度1、2、3、4m风流流场整体分布图

 图2-6  垂直高度2m风流流场分布图

图2-7  垂直高度3m风流流场分布图

图2-8  垂直高度4m风流流场分布图

图2-9  水采工作面风流流场分布图

图2-10  水采工作面风流等速线图

    由Fluent软件模拟（图2-9、图2-10）可以看出水采工作面在困难时期采煤工作面平均风速0.3 m/s,上隅角风速为0.2m/s。

三、水采工作面通风系统

        1.通风方法：

        副斜井→+810轨道巷→采区集中轨道下山→水采区煤水顺槽→回采工作面→采空区→水采区回风顺槽→水采区回风下山→水采总回风巷→回风立井→地面。

        水采工作面入口处与工作面上隅角是存在压力差的，则可以利用伯努利能量方程式建立方程。

 1）理想气体的伯努利方程：

                                                      （ρv²）/2+ρgh+p=常量

2）实际流体能量方程式：

实际流体总是有粘滞性的，粘滞性形成的摩擦阻力对流体作负功，将引起流体机械能的减少。机械能转化为流体内能，散失在流动过程中，流过断面的机械能差值，就是摩擦阻力损失，用hs表示。

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

四、水采工作面上隅角风速计算（存在误差望谅解）

图3-1  水采工作面困难时期示意图

1.利用能量方程式解算上隅角2处的风速：

1）用皮托管、补偿式微压计测量1——2处的总损失hs为：2.3 Pa

2）测出位置1距离地面高1.5m处的绝对静压p₁为：92127Pa，密度ρ₁为：1.1034kg/m³；测得1处风速v₁为：1.68m/s。

3）测出位置2距离地面高1.5m处的绝对静压p₂为：92126Pa，密度ρ₂为： 1.0918kg/m³。

            将以上数据带入能量方程：

            (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