81101工作面均壓通風設計研究

李 雄

（山西焦煤汾西礦業(yè)水峪公司，山西 孝義 032300）

水峪煤業(yè)新設計采區(qū)八采區(qū)，位于霍西煤田汾西礦區(qū)水峪井田，采區(qū)總面積為3.03km2，現(xiàn)八采區(qū)布置有1個回采工作面、3個開掘面。該采區(qū)采用分區(qū)式通風方式、抽出式通風方法，八采區(qū)進風井為后河副斜井，回風井為后河回風立井，進風量為3379m3/min，回風量為3448m3/min。81101工作面南距后河煤礦約800m，該工作面可采長度710m，傾斜長153m，面積147915m2，煤層厚度平均7m，煤層傾角3°～5°，該工作面所采煤層為太原組之10+11#煤層，工作面瓦斯絕對涌出量為0.41m3/min，相對涌出量為0.40m3/t。煤塵具有爆炸危險性,煤的自燃傾向性等級Ⅱ級，屬自燃煤層。本文針對水峪煤礦81101工作面采用均壓通風防滅火進行設計及評價。

水峪煤礦使用抽出式通風方法，81101工作面周邊采空區(qū)、上覆層采空區(qū)相互貫通，造成回采期間漏風較大、上隅角有害氣體增大、氧氣降低、一氧化碳異常涌出，對礦井的防滅火工作造成了很大的壓力。為解決上述問題，現(xiàn)對水峪煤礦81101工作面采用均壓通風防滅火進行研究，為同類型礦井通風防滅火提供有益借鑒。

1 均壓通風風量設計

（1）按氣象條件計算

式中：

V采-設計開采工作面風速，取1.0m/s；

S采-設計開采工作面的有效面積，面積按最大與最小控頂距兩者的平均值計算，取11.5m2；

K采高-工作面可以進行調整的采高系數(shù)，取1.2；

K采面長-工作面可以進行調整的長度系數(shù)，取1.2；

70%-有效通風斷面系數(shù)[1-3]；

60-單位換算產生的系數(shù)。

（2）按二氧化碳涌出量計算

式中：

q-CO2絕對涌出量，根據(jù)實測為q=0.9m3/min；

K-CO2涌出不均衡系數(shù)，取K=1.6。

（3）按照工作面一共同時需要工作的最多人數(shù)計算

式中：

N-一個工作面同時可以最多工作的人數(shù)，取N=72。

（4）按瓦斯涌出量計算

式中：

Q采-回采工作面實際需要風量，m3/min；

q采-工作面開采中瓦斯的絕對涌出量，q采=0.41m3/min；

KCH4-采煤過程中工作面瓦斯涌出的不均衡系數(shù)，取1.7。

根據(jù)以上計算，選取最大值確定工作面最大風量為Q=696m3/min。

（5）按工作面開采中風速進行驗算

①驗算所需要的最小風量：

②驗算所需要的最大風量

式中：

S最大-開采工作面能承受的最大控頂面積，m2；

L最大-開采工作面最大的控頂距，m；

H采高-開采工作面真實的采高，m；

S最小-開采工作面能承受的最小控頂面積，m2；

L最小-開采工作面最大的控頂距，m；

0.25 -開采過程中工作面允許的最小的風速，m/s；

70%-通風斷面的有效系數(shù)；

4.0 -開采過程中工作面允許的最大的風速，m/s。

通過上述驗算，185.85 m3/min＜Q采＜2570.4m3/min，故本工作面實際需風量Q采滿足工作面風速要求，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

2 調壓風機選型及配套風筒

2.1 風量范圍選擇

（1）風筒出口風量確定

式中：

Q出-調壓風機工作時風筒出口的風量，m3/min；

Q面-工作面開采中需要用到的風量，m3/min；

Q返-調壓風機風筒出口向調壓風門及相關聯(lián)巷方向返回風量，取100m3/min；

S—調壓風機到風筒出口以及和其他相關聯(lián)巷道的最大斷面，m2。

（2）調壓風機選型時風量確定

（調壓風機最小風量+調壓風機最大風量）/2≥Q出

根 據(jù) 計 算 得，Q出為 796m3/min， 選 擇FBDNO.8.0型2×55kW局部通風機，額定吸風量為 640～1000m3/min。

（1000+640）/2=820≥Q出

81101材料巷、運輸巷風速驗算：

最小風量：15S=15×12.04=180.6m3/min；

最大風量：240S=240×12.04=2889.6m3/min。

其中：

S-81101材料巷、運輸巷斷面積，取12.04m2。

15S＜Q采＜240S，故符合規(guī)程要求。

2.2 調壓風機風壓范圍確定

（1）工作面最大調壓值確定

式中：

P1、P2-開采工作面起點和終點兩點的絕對靜壓，P1取 710Pa，P2取 700Pa；

Z1、Z2-所測兩點的標高，分別取810m、800m；

g-重力加速度，取9.8m/s2；

h自-工作面漏風處的自然風壓，在冬天與地面的通風方式大致相同，夏季反之，春天與秋天方向不確定，一般最大為100～200Pa；

每個監(jiān)測點的空氣密度按以下公式確定：

式中：

p-測點空氣的絕對靜壓或大氣壓力，Pa；

t-測點空氣的溫度，℃。

經計算h=237Pa。

（2）調壓風機確定

FBDNO.8.0型2×55kW局部通風機

（調壓風機最小風量+調壓風機最大風量）/2=820m3/min≥Q出

風量及風壓均符合要求。

（3）風機切換及閉鎖

主、副調壓風機電源取自八采一段變電所不同母線段高開移變專用電源，且風機自動切換裝置靈敏可靠，根據(jù)《汾西礦業(yè)集團公司均壓通風技術管理標準》中規(guī)定調壓主副風機每天必須進行一次切換運行，確保調壓風機可靠運行，故綜采隊組電鉗工每天需對調壓風機進行一次切換，并負責調壓風機的日常保養(yǎng)、維護、檢修。

（4）風機安設

81101材聯(lián)巷安設兩臺55kW×2調壓風機，且風筒出口通過風門返回的風量必須符合最低風速要求，嚴禁出現(xiàn)循環(huán)風。

（5）風筒選型

水峪煤礦選用2×55kW的調壓風機，直徑為1000mm的風筒。

3 調壓風機位置及風筒吊掛方式

3.1 調壓風機位置

調壓風機通過81101材巷（現(xiàn)場位置已標定）內起吊錨桿上進行吊掛安裝，并通過三通相連。風機距離地大于0.3m，距軌道大于0.5m，距回風口不小于10m，且吸風口前5m內不得有任何障礙物，吸風口前的風流要保持暢通無阻且要避開產塵源。

3.2 風筒長度

為了有效達到漏風通道始末均壓目的，并根據(jù)81101現(xiàn)場實際情況，確定風筒長度為120m。

3.3 風筒材質

81101工作面調壓風機所使用的風筒為硬質風筒，通過鋼絞線進行吊掛，在穿過調壓風門時必須使用鐵質風筒，風筒通過風門墻長度為2～5m，風筒要延續(xù)連接至材料巷最里一道風門往里10m處。

4 調壓風門及調節(jié)風窗設置

4.1 調壓風門的確定

（1）風門墻垛

81101材、運兩巷內各砌筑三道調壓風門墻，墻體厚度為500mm，墻垛使用磚進行砌筑，且施工時必須對頂、底及兩幫掏槽，巖巷掏槽深度不小于200mm，煤巷掏槽深度不小于500mm，并見實幫、實頂、實底，砌筑后必須四周抹不少于100mm寬的裙邊，以防漏風，且必須用水泥全部抹面。

（2）風門

在選定的位置安裝調壓風門，81101運巷調壓風門為木質風門，規(guī)格為1.5×2m，厚度不得小于20mm；81101材巷調壓風門為鐵質的無壓風門，規(guī)格為2.8×2.5m，風門鐵板厚度不小于3mm，四周用角鐵或扁鐵作框架，且兩道風門之間的距離不得小于一列礦車的長度，風門安設完好后，必須在風門下設底坎，以減少下部漏風且風門前方必須安設防撞設施，避免撞壞風門。

4.2 調節(jié)風窗的確定

（1）調節(jié)風窗設置

81101工作面風門墻上，不得用填放磚塊、料石及其他物體的方式進行調節(jié)，且81101運輸巷的調節(jié)風門位置的皮帶必須用專用的擋皮進行封閉，進而使其具備溜子功能，以便風量的調節(jié)，進而減少漏風。

（2）調節(jié)風窗計算

根據(jù)通風學中通風阻力定律h=RQ2，結合風流流經窗口時斷面突然發(fā)生縮小或者擴大變化，根據(jù)流體力學的理論，調節(jié)風窗窗口面積的計算公式如下：

式中：

S窗-所需調節(jié)風窗通過風窗口的通風面積，m2；

Q-所需調節(jié)風窗通過風窗口的通風量，m3/s；

S-安裝調節(jié)風窗時巷道面積，m2；

h窗-通過調節(jié)窗的通風阻力，Pa；

經計算得：

因實際中影響因素較多，上述公式只是基本公式，具體窗口的面積還需根據(jù)工作面現(xiàn)場實際參數(shù)的變化來調整。工作面通風示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 工作面全風壓通風示意圖

圖2 工作面均壓通風示意圖

5 效果評價分析

通過對均壓系統(tǒng)調試應用可知，當工作面材、運兩巷調壓設施都完好，且對調壓風機正常切換時，能有效地達到工作面與采空區(qū)壓力平衡，工作面漏風量最大為15m3/min，氧氣體積分數(shù)在18.5%左右，且無有毒有害氣體涌出的現(xiàn)象；當停用均壓通風系統(tǒng)后，以1h為分界線，1h內工作面各類氣體濃度及漏風量幾乎不變，1h以后工作面出現(xiàn)漏風量增大、氧氣濃度迅速下降、一氧化碳氣體涌出的現(xiàn)象。

至此，通過對水峪煤礦81101工作面采用均壓通風防滅火系統(tǒng)進行設計，解決了工作面漏風、氧氣濃度低等問題，同時也為工作面的防滅火工作打下了堅實的基礎。

6 結論

本文通過對水峪煤礦81101工作面進行工作面風量計算、調壓風機選型及配套風筒、調壓風機位置及風筒吊掛方式、調壓風門及調節(jié)風窗設置研究與分析，設計了工作面的通風方式，并通過風量指標進行了評價驗證，表明該設計合理，確保了礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定、合理、可靠。