長距離獨巷掘進通風設計與實踐

呂思福，方萬點

（1.內(nèi)蒙古包頭鑫達黃金礦業(yè)有限責任公司，內(nèi)蒙古包頭 014000；2.湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南 長沙 410014）

·采 選·

長距離獨巷掘進通風設計與實踐

呂思福1，方萬點2

（1.內(nèi)蒙古包頭鑫達黃金礦業(yè)有限責任公司，內(nèi)蒙古包頭 014000；2.湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南 長沙 410014）

針對東柏樹礦井下通風特定條件和現(xiàn)狀，提出多機串聯(lián)混合式通風，有效地克服了長距離獨巷掘進導風筒風阻的損失，對其它非煤礦山井下長距離獨頭巷道通風具有參考價值。

礦井通風；多機串聯(lián)混合式通風；長距離獨巷

礦井開采過程中，經(jīng)常要掘進獨頭巷道。由于獨巷本身不能形成貫穿風流，因此獨頭巷道掘進過程中產(chǎn)生的各種有毒有害氣體，粉塵等污染物聚集在工作面附近，一是工作面作業(yè)環(huán)境差，對工人身體健康造成極大危害；二是機械設備磨損快，腐蝕嚴重。局部通風是解決以上問題的經(jīng)濟有效的最常用方式。但由于長距離巷道施工作業(yè)面空間小、作業(yè)線路長、運輸頻繁等特殊性，使得長距離獨頭巷道通風與設備的合理利用等方面存在很大矛盾。本文以中國黃金集團內(nèi)蒙古鑫達黃金礦業(yè)有限責任公司東柏樹金礦818中段長距離獨頭掘進實踐為例。針對井下長距離獨頭掘進通風特點和現(xiàn)狀，對長距離獨巷通風進行研究。

1 長距離獨頭掘進局部通風特點

長距離獨頭掘進過程中產(chǎn)生的各種有毒有害氣體、粉塵等污染物聚集在獨頭掘進工作面附近，使獨頭巷道掘進過程中存在以下問題：（1）工作面作業(yè)環(huán)境差，對工人的身體健康造成極大危害；（2）機械設備磨損速度快，腐蝕嚴重，柴油機設備的運轉(zhuǎn)效率低。通風除塵基數(shù)是解決以上問題的基本方式。但由于長距離獨頭掘進施工存在作業(yè)空間小，作業(yè)線路長，工作面不斷變化，無軌運輸頻繁等特殊性，使得長距離掘進巷道的通風除塵與生產(chǎn)施工和電能的合理利用等方面存在著很大的矛盾。

長距離獨頭掘進局部通風存在的特點：排風距離長、維護難、風阻大、漏風大。

2 工程概況

內(nèi)蒙古包頭鑫達黃金礦業(yè)有限責任公司東柏樹溝坑口，勘查范圍極值地理坐標：東經(jīng)109°29′52″～109°37′30″；北緯40°40′30″～40°43′00″。礦區(qū)周圍交通條件十分方便，南距京－藏高速僅2 km，南距110國道3 km，距京蘭鐵路哈業(yè)胡同站5 km，南東距包頭火車站35 km，包（頭）－石（哈河）公路從礦區(qū)東緣通過。

東柏樹溝坑口13號脈采用明豎井及平窿－盲豎井、盲斜井聯(lián)合開拓方式，采礦方法多為淺孔留礦法，少數(shù)為房柱法和充填法，采場沿走向長50 m，高2 m，礦體厚度為2～4 m。現(xiàn)開采13號脈的作業(yè)區(qū)域目前主要集中在658～418 m中段，658以上13號脈已基本采完。根據(jù)最近地質(zhì)勘察，818中段在原來老沿脈以北2 000 m左右有一條新礦脈，故需掘進長距離巷道通達該礦體，作用于探礦及采準，根據(jù)圍巖的穩(wěn)固性，巷道斷面設計為三心拱形，掘進斷面2.4 ×2.6 m。巷道掘進采用風動7655型鑿巖機，硝銨、乳膠炸藥爆破，裝巖機出渣，電機車牽引礦車運輸，廢石倒入818中段采空區(qū)。

3 818中段長距離獨頭掘進通風方案

獨頭巷道掘進特點是只有一個出口。根據(jù)獨巷掘進距離的不同，目前獨巷掘進常采用如下幾種局部通風方式：（1）局扇壓入式通風；（2）局扇抽出式通風；（3）局扇壓抽混合式通風。

對于長距離獨巷獨頭掘進作業(yè)通風，無論從哪個角度考慮，局扇壓抽混合式通風要優(yōu)先單一的壓入式或單一的抽出式通風。但是此通風方式卻存在排風距離長、維護難、風阻大、漏風大等一系列問題。

3.1 風量計算

3.1.1 按排出炮煙計算風量

式中：Qmp為壓入式工作的局扇風量／m3·s－1；t為通風時間，取1 200 s；A為一次爆破的炸藥消耗量，取40 kg；S為獨巷掘進斷面積，取6.24 m2；Lw為抽出式風口到工作面的距離，取23 m。

式中：Qme為作抽出式工作的局扇風量／m3·s－1。

3.1.2 按排塵風速計算風量

式中：U為排塵風速，取0.2 m／s。

在進行局扇選擇時，抽出式工作的局扇風量按上述不同方法計算，同時參照輸送距離1 600 m，選取1.7的風機風量，選取最大值作為抽出式的供（入）風量，即1.5×1.75＝2.63 m3／s；壓入式送風量為1.5 m3／s。

3.2 風筒的選擇及計算

風筒是一種主要的導風裝置，目前礦山及獨巷工程廣泛采用膠皮柔性風筒，它具有重量輕，連接與懸吊都較方便，而且價格便宜。

為了降低導風筒風阻，風筒直徑選擇為0.5 m。

3.2.1 風筒的風阻計算

風筒的總風阻按下式計算：

式中：R為風筒的總風阻／N·S2·m－4；R1為風筒的摩擦風阻／N·S2·m－4；R2為風筒接頭處的局部風阻／N·S2·m－4；R3為風筒拐彎處的局部風阻／N·S2·m－4；a為風筒的摩擦阻力系數(shù)，根據(jù)實測資料曲線表查得為0.000 45 N·S2／m4；L為風筒長度，50 m；d為風筒直徑，取0.5 m；n為風筒接頭數(shù)目，考慮抽出式1 600／50＋5＝37個；ξ2為風筒接頭局部阻力系數(shù)，無因次，查表取0.16；ξ3為風筒拐彎局部阻力系數(shù)，無因次，根據(jù)曲線表查得：30°轉(zhuǎn)角為0.2，40°轉(zhuǎn)角為0.3，60°轉(zhuǎn)角為0.6；г為空氣密度，取1.2 kg／m3；S為風筒截面積，為3.14×0.252＝0.1963 m2；g為重力加速度，9.8 m／s2。

代入上述數(shù)據(jù)，計算得：

3.2.2 風筒通風阻力計算

式中：h為風筒的通風阻力／Pa；Qm為流過風筒的平均風量／m3·s－1。

式中：Qf為抽出式局扇供風量，為1.5 m3／s；Q0為風筒末端風量／m3·s－1。

式中：φ為漏風風量備用系數(shù)；p為風量100 m長度的漏風率，查表：取2.0（考慮反邊接頭）。

3.3 獨巷阻力損失計算

式中：a1為獨巷摩擦阻力系數(shù)，其系數(shù)為0.012 N·S2／m4；h1為獨巷摩擦阻力損失／Pa；L1為獨巷長度，2 200 m；Q為抽出式局扇供風量，為2.63 m3／s；P1為獨巷凈斷面周界長度，為10 m；S1為獨巷凈斷面積，為6.24 m2。

所以 h1＝15.3 Pa

獨巷阻力損失：h2＝15.3×1.2＝18.04（Pa）

計算時考慮了摩擦阻力損失的20%。

4 獨巷掘進通風計算結(jié)果分析

根據(jù)上述計算結(jié)果，獨巷掘進工作面風量為1.79 m3／s，在其條件下，導風風筒阻力損失為5 010.4 Pa。說明了采用單一局扇壓入式或者單一局扇抽出式通風均較難滿足獨巷掘進通風的正常要求。且在目前常用的局扇通風設備中，用一臺局扇是很難克服導風筒阻力損失，也就是說，采用一臺局扇作抽出、一臺局扇作壓入的混合式通風，也很難滿足其獨巷掘進的正常通風。

所以，要解決導風筒阻力損失的長距離獨巷掘進通風，最適宜的方法就是采取多機串聯(lián)混合式通風，即采用多臺局扇串聯(lián)分段克服導風筒阻力損失。

5 多機串聯(lián)混合式通風安裝方式及局扇選型計算

5.1 安裝方式

在局扇、風筒相同條件下，風筒漏風量的大小與風筒內(nèi)外壓差有關(guān)，集中串聯(lián)比間隔串聯(lián)時風筒內(nèi)外壓差是成倍的增加，所以集中串聯(lián)比間隔串聯(lián)漏風要大，且局扇集中串聯(lián)安裝復雜。故本次長距離獨巷掘進通風采用間隔串聯(lián)通風。根據(jù)目前礦山開采、獨巷掘進常用的局扇通風設備全壓一般100～300 mmH2O范圍，按照上述有關(guān)條件將導風筒阻力損失劃分為三段，用三臺局扇（JK58－2 R4 Q2.2－3.5 Q2923－1811 W11）（作抽出用）分段間隔串聯(lián)克服。即每臺局扇負擔1 600／3≈550 m獨巷掘進通風。間隔串聯(lián)部位掘進風量調(diào)節(jié)硐室（風庫）。

為迅速排出炮煙，還需采用一臺局扇（JK67－1 R4.5 Q2.6－4.2 P2256－1177 W7.5）作為壓入式（送風）。

根據(jù)巷道阻力損失計算結(jié)果，采用一臺局扇作為壓入式（送風）即可，但本次巷道獨頭掘進通風巷道距離長達2 200 m，為減小抽出局扇負壓損失，提高排塵、排煙速度，確保其隧道獨頭掘進通風的可靠和安全，建議采用兩臺局扇間隔串聯(lián)送風。

為了避免其獨巷掘進出現(xiàn)循環(huán)風，多機間隔串聯(lián)混合式通風的各臺局扇及風筒的安裝位置必須滿足下述技術(shù)要求：

1.壓入式局扇（距工作面第一臺）吸風口與抽出式局扇（距工作面第一臺）吸風口的距離應大于10 m（即抽出式局扇超前壓入式局扇10 m以上）。

2.抽出式局扇（距工作面第一臺）吸風口距工作面最大距離不得超過35 m。

3.抽出式局扇（距工作面最后一臺）排風口應導入回風道內(nèi)；壓入式局扇（距工作面第一臺）風筒末端距工作面不得大于8～10 m。

本次長距離獨巷獨頭掘進采用多機間隔串聯(lián)混合式通風共投入五臺局扇，其中：兩臺作為送風、三臺作為抽出。各臺局扇及風筒安裝位置如圖1所示。

5.2 局扇選型計算

5.2.1 局扇風量計算

根據(jù)上述按排塵風速計算風量得出：壓入式局扇（單臺）風量為1.79 m3／s；抽出式局扇（單臺）風量為2.63 m3／s，在局扇風量選型時可作為依據(jù)。

圖1 局扇及風筒安裝位置圖

5.2.2 局扇風壓計算

式中：Ht為局扇的全壓／mmH2O；hc為550 m風筒的通風阻力／mmH2O；ho為風筒出口的阻力損失／mmH2O。

經(jīng)計算：

5.3 局扇選型

根據(jù)上述計算結(jié)果：

1.壓入式局扇：Q為1.79 m3／s；H為10 mmH2O。局扇選型為：JK67－1 R4.5 Q2.6－4.2 P2256－1177 W7.5電機功率為7.5 kW，兩臺。有關(guān)技術(shù)參數(shù)：風量為2.6～4.2 m3／s；全壓為120～230 mmH2O。

2.抽出式局扇：Q為2.63 m3／s；H為235.9 mmH2O。局扇選型為：JK58－2 R4 Q2.2－3.5 Q2923－1811 W11，三臺。有關(guān)技術(shù)參數(shù)：風量為2.2～3.5 m3／s；全壓為298～184.8 mmH2O。

5.4 通風設備、風筒安裝有關(guān)注意事項

1.局扇、風量調(diào)節(jié)裝置的安裝位置要根據(jù)獨巷掘進距離的不同而變化，盡量將局扇安裝位置調(diào)節(jié)在各段風壓相同的情況下。

2.風量調(diào)節(jié)裝置要根據(jù)其裝置的前一節(jié)導風筒末端風量的變化情況，隨時調(diào)節(jié)其裝置風窗進風面積。

3.局扇安裝距獨巷底板高度不小于0.7 m，距軌道距離不得小于0.5 m。

4.局扇安放平穩(wěn)，最大傾斜度不大于5°。

5.柔性導風筒接頭連接必須采用雙反邊連接，采用50 m長風筒。

6.導風筒懸吊力求“平、直、緊”以消除額外阻力。

7.為了獲得良好的局部混合式通風效果，要有專人負責現(xiàn)場通風技術(shù)管理。

8.在局扇邊打風量調(diào)節(jié)硐室，用來調(diào)節(jié)風機抽風不足問題。

局部通風設備、材料計劃見表1。

表1 局部通風設備、材料計劃表

6 結(jié) 論

1.針對東柏樹礦井下通風特點和現(xiàn)狀，提出多機串聯(lián)混合式通風。有效地克服了長距離獨巷掘進導風筒風阻的損失。確保該方案滿足井下安全工作環(huán)境要求。

2.經(jīng)實踐該方案運行良好，安全可靠。特別是針對長距離獨巷掘進通風的礦山有一定的參考作用，但也具有進一步研究和改良的空間。

［1］ 祝啟坤.井下循環(huán)風的控制與利用［J］.武漢化工學院學報，1998，（20）：34－38.

［2］ 《采礦設計手冊》編委會編.采礦設計手冊（礦床開采卷）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.47－49.

［3］ 黃元平.礦井通風阻力測量［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1957.65－67.

［4］ 劉進海.長距離獨頭巷道通風機［J］.煤礦安全，1991，（12）：53－54.

［5］ 朱新能.大斷面長距離局部通風的管理［J］.煤炭科技，2001，（1）：34－35.

［6］ 吳超.局部通風應用大直徑風筒的效果分析［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2001，27（10）：1－3.

［7］ 王劍武，顏志華.獨頭巷道高效通風系統(tǒng)的開發(fā)研究與應用［J］.西部探礦工程，2005，（8）：84－86.

Long Distance Drivage Ventilation Scheme Design

LV Si-fu1，F(xiàn)ANG Wan-dian2

（1.Inner Mongolia Baotou Xingda Gold Mining Industry Co.，Ltd.，Baotou 014000，China；2.Hunan Labour Protection Institute of Nonferrous Metals，Changsha 410014，China）

In view of the East Mine Ventilation specific cypress and current situation，put forward multi machine in series hybrid ventilation.Effectively overcome the loss of long distance single tunneling duct resistance，which has reference value for other non coal mine underground ventilation in long single entry.

mine ventilation；multi machine in series hybrid ventilation；long distance single lane

TD722

A

1003－5540（2015）05－0001－03

2015－07－21

呂思福（1962－），男，高級工程師，主要從事礦山安全技術(shù)管理工作。