掘進(jìn)巷道長(zhǎng)距離通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用

侯新旺

（同煤集團(tuán) 梵王寺煤礦，山西 大同 037003）

近些年隨著煤礦開采技術(shù)的快速發(fā)展，掘進(jìn)巷道的距離不斷增加。但是，由于通風(fēng)距離較長(zhǎng)，并且風(fēng)阻大、漏風(fēng)量大，長(zhǎng)距離通風(fēng)面臨著很多的困難。因此，合理選擇局部通風(fēng)方式并采取有效風(fēng)量控制措施是非常重要的。

煤礦現(xiàn)在全部所使用的局部通風(fēng)的方法分別為：?jiǎn)闻_(tái)大功率壓入式通風(fēng)、并聯(lián)通風(fēng)、全風(fēng)壓與局部通風(fēng)機(jī)結(jié)合、構(gòu)造風(fēng)庫(kù)局部通風(fēng)、鉆孔導(dǎo)風(fēng)的局部通風(fēng)。前三種方法主要利用設(shè)備進(jìn)行局部通風(fēng)，該類方式側(cè)重風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒的選型和組合，需要考慮漏風(fēng)、風(fēng)阻、風(fēng)壓和供風(fēng)量狀況。后三類方法需要對(duì)井巷的設(shè)計(jì)和布置進(jìn)行改變，需要設(shè)置平行巷道、設(shè)置隔斷、開鑿?fù)L(fēng)風(fēng)庫(kù)、通風(fēng)硐室和通風(fēng)鉆孔，這三類需要考慮礦井所處深度、圍巖強(qiáng)度、上覆層含水狀況等。

1 巷道工程概況

梵王寺煤礦掘進(jìn)工作面走向長(zhǎng)1895 m，煤層傾角為5°，趨于平緩。巷道以煤巷為主，瓦斯絕對(duì)涌出量為2.98 m3/min，瓦斯涌出不均衡系數(shù)選取1.5，掘進(jìn)工作面作業(yè)人數(shù)通常為30～35人左右，巷道斷面為18.4 m2。通過(guò)分析和查閱相關(guān)資料，選擇單臺(tái)大功率局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，選擇直徑800 mm的柔性風(fēng)筒。

2 長(zhǎng)距離通風(fēng)參數(shù)計(jì)算

2.1 工作面風(fēng)量計(jì)算

（1）由工作面瓦斯涌出量確定的工作面風(fēng)量：

式中：Q涌h為由瓦斯涌出量確定的工作面實(shí)際需風(fēng)量，m3/min；q為工作面瓦斯絕對(duì)涌出量，m3/min；λ為瓦斯涌出不均衡系數(shù)，通常在1.3～1.5。

計(jì)算可得：

Q涌h=100×2.98×1.5=447 m3/min

（2）根據(jù)工作面內(nèi)作業(yè)人員數(shù)量確定供風(fēng)量，按照《煤礦安全規(guī)程》中關(guān)于井下作業(yè)人員供風(fēng)量是要求應(yīng)滿足每人不少于4 m3/min的新鮮風(fēng)量。工作面需風(fēng)量計(jì)算如下：

式中：Q人h為由井下作業(yè)人員確定的工作面供風(fēng)量，m3/min；N為工作面實(shí)際作業(yè)人數(shù)。

計(jì)算可得：Q涌h=4×35=140 m3/min

（3）由最低風(fēng)速測(cè)算要求下應(yīng)達(dá)到的工作面供風(fēng)量：

式中：Q風(fēng)速h為滿足最低風(fēng)速要求的工作面供風(fēng)量，m3/min；v低min為每分鐘最低允許風(fēng)速要求，m/s；A為工作面的斷面積，m2。

計(jì)算可得：

Q風(fēng)速h≥60×0.25×18.4=276 m3/min

（4）由最高風(fēng)速測(cè)算要求下應(yīng)達(dá)到的工作面供風(fēng)量：

式中：Q風(fēng)速h為滿足最高風(fēng)速要求的工作面供風(fēng)量，m3/min；v高min為每分鐘最高允許風(fēng)速要求，m/s；A為工作面的斷面積，m2。

計(jì)算可得：

Q風(fēng)速h≤60×4×18.4=4416 m3/min因此，最終確定工作面需風(fēng)量為447 m3/min。

2.2 局部通風(fēng)風(fēng)阻計(jì)算

局部通風(fēng)過(guò)程中，空氣通過(guò)局部通風(fēng)機(jī)作業(yè)下由壓入式補(bǔ)充新鮮空氣，或通過(guò)抽出式抽出污風(fēng)進(jìn)而拉動(dòng)新鮮空氣流動(dòng)，這些工作都通過(guò)局部通風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒完成。空氣在風(fēng)筒中流動(dòng)會(huì)受到局部阻力和摩擦阻力兩方面影響損失能量，其中局部風(fēng)阻由接頭風(fēng)阻、彎頭風(fēng)阻以及進(jìn)出口風(fēng)筒風(fēng)阻組成。壓入式通風(fēng)和抽出通風(fēng)的風(fēng)阻計(jì)算如下：

（1）壓入式通風(fēng)風(fēng)筒風(fēng)阻

式中：R壓入為壓入式通風(fēng)風(fēng)筒風(fēng)阻，N·s2/m8；R摩擦為風(fēng)筒摩擦阻力，N·s2/m8；R局部為風(fēng)筒局部阻力，N·s2/m8；R接為風(fēng)筒接口處局部阻力，N·s2/m8；R彎為風(fēng)筒彎頭風(fēng)阻，N·s2/m8；R出為風(fēng)筒出頭局部阻力，N·s2/m8；α為風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；L為風(fēng)筒總長(zhǎng)度，m；d為風(fēng)筒直徑，m；S為風(fēng)筒斷面積，m2；n為風(fēng)筒接頭數(shù)量；ζ接為風(fēng)筒接頭局部阻力系數(shù)；ρ為空氣密度，kg/m3；ζ彎為彎頭處局部阻力系數(shù)；ζ出為風(fēng)筒出口處局部阻力系數(shù)。

（2）抽出式通風(fēng)風(fēng)筒風(fēng)阻

式中：R抽出為抽出式通風(fēng)風(fēng)筒風(fēng)阻，N·s2/m8；R入為風(fēng)筒入口處出頭局部阻力，N·s2/m8；ζ入為風(fēng)筒入口處局部阻力系數(shù)。

常用的玻璃鋼風(fēng)筒、膠布風(fēng)筒的摩擦阻力系數(shù)分別見表1、表2所示。

表1 JZK系列玻璃鋼風(fēng)筒摩擦系數(shù)

表2 膠布式風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)

2.3 局部通風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒風(fēng)量計(jì)算

（1）風(fēng)筒漏風(fēng)率

通常情況下可以通過(guò)測(cè)算風(fēng)筒的百米漏風(fēng)率，考慮風(fēng)筒全長(zhǎng)得出風(fēng)筒整體漏風(fēng)率，而在長(zhǎng)距離柔性風(fēng)筒的漏風(fēng)率百米應(yīng)小于1.5%。

式中：η為風(fēng)筒整體漏風(fēng)率；η100為風(fēng)筒百米漏風(fēng)率；L風(fēng)筒為風(fēng)筒總長(zhǎng)度，m。

（2）通風(fēng)機(jī)風(fēng)量

式中：Q風(fēng)機(jī)為局部通風(fēng)機(jī)，m3/min。

（3）風(fēng)筒風(fēng)量

式中：Q風(fēng)筒為局部通風(fēng)風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)量，m3/min。

（4）風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)阻

式中：h為局部通風(fēng)風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)阻，Pa；R100為風(fēng)筒內(nèi)百米風(fēng)阻，N·s2/m8。

由上述分析確定風(fēng)筒風(fēng)阻為0.0039N·s2/m8，風(fēng)筒漏風(fēng)率為28.43%，局部風(fēng)機(jī)風(fēng)量為624 m3/min，風(fēng)筒風(fēng)量為535m3/min，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為2732 Pa。

根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)要求風(fēng)量624 m3/min，風(fēng)壓2732Pa，選擇2×30kW的對(duì)旋式軸流局部通風(fēng)機(jī)。

3 長(zhǎng)距離通風(fēng)技術(shù)與管理

通過(guò)對(duì)通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，基本滿足了礦井通風(fēng)需求。但是在實(shí)踐中，仍然存在一些問(wèn)題，如風(fēng)壓過(guò)大，風(fēng)筒不穩(wěn)定，承壓過(guò)大，易漏風(fēng)、脫節(jié)和撕裂；通風(fēng)過(guò)程中漏風(fēng)量過(guò)大，井巷實(shí)際有效風(fēng)量不能滿足實(shí)際需求；通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒的風(fēng)阻過(guò)大，造成出風(fēng)量達(dá)不到井巷通風(fēng)實(shí)際需求。針對(duì)這些問(wèn)題，提出降低風(fēng)筒風(fēng)壓、降低風(fēng)筒風(fēng)阻、減少風(fēng)筒漏風(fēng)量等技術(shù)措施，從而確保局部通風(fēng)機(jī)的有效供風(fēng)。

3.1 降低風(fēng)阻

在符合要求的前提下，選擇大直徑風(fēng)筒，既能夠降低風(fēng)壓又能夠減少摩擦；風(fēng)筒轉(zhuǎn)彎時(shí)盡量減小角度，降低局部摩擦；加強(qiáng)懸掛質(zhì)量，保證“平、直、緊、穩(wěn)”。

3.2 減少風(fēng)筒漏風(fēng)

在滿足條件的前提下，盡可能加長(zhǎng)每節(jié)風(fēng)筒的長(zhǎng)度，減少接頭數(shù)同時(shí)，對(duì)于接頭處的連接，可以配合合適的黏合劑，從而保證接頭質(zhì)量。梵王寺煤礦所選風(fēng)筒，每節(jié)長(zhǎng)度20 m，很好的降低了漏風(fēng)率和摩擦阻力。而且，在日常工作中加強(qiáng)對(duì)風(fēng)筒的維護(hù)，及時(shí)修補(bǔ)破漏處，確保嚴(yán)密。

3.3 保障新鮮風(fēng)流

進(jìn)行深部開拓的時(shí)候，通過(guò)鉆孔或者通風(fēng)小井等方式連接主通風(fēng)系統(tǒng)，保障長(zhǎng)距離巷道擁有足夠的新鮮風(fēng)流，而且不超過(guò)巷道風(fēng)量的60%。同時(shí)，在風(fēng)壓、風(fēng)量滿足要求的同時(shí)，盡量選擇高效節(jié)能的局部通風(fēng)機(jī)。

3.4 加強(qiáng)局部通風(fēng)機(jī)管理

嚴(yán)格根據(jù)規(guī)定安設(shè)通風(fēng)機(jī)，其位置距離回風(fēng)口≥10 m，不得吸循環(huán)風(fēng)，同時(shí)局部通風(fēng)機(jī)安裝要與風(fēng)筒保持直線。實(shí)行“三專兩閉鎖”，嚴(yán)格按照制度開停通風(fēng)機(jī)；對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)施管理掛牌制度，所有信息標(biāo)識(shí)清晰；每天進(jìn)行仔細(xì)的維護(hù)和檢查，并填寫報(bào)告單。

4 結(jié)語(yǔ)

1）本文結(jié)合梵王寺煤礦的實(shí)際情況，對(duì)掘進(jìn)巷道長(zhǎng)距離局部通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行探究，依據(jù)工作面需風(fēng)量、風(fēng)筒漏風(fēng)、風(fēng)筒風(fēng)阻等計(jì)算結(jié)果選擇局部通風(fēng)機(jī)型號(hào)。

2）針對(duì)存在的問(wèn)題，提出了控制風(fēng)量措施，確保了通風(fēng)的效果。