長距離獨頭巷道掘進局部通風(fēng)設(shè)計及改進方法與措施探討

范海峰 胡子龍

摘 要 巷道長距離掘進施工形成獨頭巷道，不能形成貫穿風(fēng)流，放炮后炮煙長時間不能散盡，達不到施工要求，影響工程施工進度。長距離通風(fēng)風(fēng)阻較大，漏風(fēng)嚴重，使通風(fēng)質(zhì)量無法保證。巷道掘進過程中產(chǎn)生的有害氣體會對工作環(huán)境造成巨大影響。礦山生產(chǎn)掘進過程中，采用的通風(fēng)方式較為簡單，遠遠不能滿足工程施工工期的要求，因而對局部通風(fēng)方式進行專門設(shè)計，采用有效措施勢在必行。

關(guān)鍵詞 局部通風(fēng);通風(fēng)方式;風(fēng)機選擇

1 基本概況

2018年榮達礦業(yè)鉛鋅銀礦深部資源接替技術(shù)改造建設(shè)項目中即將開始施工的200m中段開拓工程在進行掘進施工時會形成長距離獨頭巷道，不能形成貫穿風(fēng)流。根據(jù)施工計劃，3-2井施工完成800m進尺后才能與3-4井平巷掘砌工程貫通[1]。

2 局部通風(fēng)設(shè)計

根據(jù)200m中段掘進計劃，以3-2井獨頭巷道掘進800m為例進行局部通風(fēng)設(shè)計。

2.1 通風(fēng)方式的選擇

由于掘進巷道較長，通風(fēng)路徑較長，相對壓入式和抽出式兩種通風(fēng)方式，采用壓入式和抽出式這兩種通風(fēng)方式聯(lián)合運用的混合式通風(fēng)能取得更好的通風(fēng)效果，其中壓入式風(fēng)機向工作面供新風(fēng)，抽出式風(fēng)機從工作面排除污風(fēng)。現(xiàn)在我們大多數(shù)所選用的風(fēng)筒為柔性風(fēng)筒，故混合式通風(fēng)可采用長抽短壓式通風(fēng)，如圖2-1所示。

2.2 工作面需風(fēng)量計算

獨頭工作面的污濁空氣主要成分是爆破后所產(chǎn)生的炮煙及各種作業(yè)場所所產(chǎn)生的礦塵，故局部通風(fēng)所需要的風(fēng)量可按照排除炮煙和礦塵進行計算[2]。

（1）壓入式通風(fēng)。風(fēng)筒出口到工作面的距離小于風(fēng)流的有效射程時，壓入式通風(fēng)的風(fēng)量可根據(jù)進行計算;

式中Q—風(fēng)量，m?/s;t—通風(fēng)時間，s。t取40min;A—一次爆破炸藥消耗量，kg;—獨頭巷道長度，m;S—巷道斷面積，㎡，S取5.76。

一次爆破炸藥消耗量A計算如下：

a、炮眼數(shù)目的確定：

根據(jù)公式進行估算 。

式中 N—炮眼數(shù)目（個）;F—巖石堅硬系數(shù)，取平均值12; S—巷道掘進斷面（㎡），取5.76。

=24.276≈24（個）

b、單位巖石炸藥消耗量：根據(jù)修正的普氏公式

其中q—單位巖石炸藥消耗量（kg/m?）;

—考慮炸藥爆力的校正系數(shù)，=525/p;

P—所用炸藥的爆力（mL），根據(jù)（140175）巖石粉狀乳化炸藥H5查表得出p取值400。

2.083（kg/m?）。

c、總裝藥量：根據(jù)每一掘進循環(huán)爆破的巖石體積，計算出總裝藥量：

式中S—巷道掘進斷面（㎡）;L—炮眼深度（m）;η——炮眼利用率，取值0.8。

kg。

故，壓入式通風(fēng)的風(fēng)量，計算得知800m長度時壓入式通風(fēng)風(fēng)量為2.354m?/s

風(fēng)筒出口有效射程可根據(jù)公式進行計算。。

（2）混合式通風(fēng)。混合式抽出式風(fēng)量應(yīng)為，長度為800m時，抽出式通風(fēng)風(fēng)量為2.942m?/s。

（3）排塵風(fēng)速計算風(fēng)量。可根據(jù)公式進行計算，式中v為排塵風(fēng)速，按規(guī)定選取0.25m/s。故排塵風(fēng)量Q=0.25×5.76=1.44m?/s。

2.3 風(fēng)筒的選擇

風(fēng)筒可采用柔性風(fēng)筒，在井下施工過程中拆裝運搬方便。因巷道獨頭掘進超過500m，可選用800～1000mm直徑的風(fēng)筒。風(fēng)筒位置如圖2.3。

根據(jù)柔性風(fēng)筒規(guī)格參數(shù)查詢得知：800mm直徑風(fēng)筒節(jié)長10m、壁厚1.2mm、風(fēng)筒質(zhì)量3.2/kg·，風(fēng)筒斷面0.503/㎡。

由于風(fēng)筒接頭決定著風(fēng)筒風(fēng)阻系數(shù)及漏風(fēng)系數(shù)，故在長距離掘進時采用如圖2.4的螺圈反邊連接方式可減少漏風(fēng)及風(fēng)阻[3]。

2.4 局扇的供風(fēng)計算

局扇供風(fēng)量。由于風(fēng)筒存在漏風(fēng)，局扇供風(fēng)量應(yīng)根據(jù)公式進行計算。式中：——局扇供風(fēng)量，m?/s;—風(fēng)筒末端風(fēng)量，m?/s;—風(fēng)筒漏風(fēng)風(fēng)量備用系數(shù)，可用百米漏風(fēng)率來表示，即：其中：L—風(fēng)筒長度，m，—風(fēng)筒百米漏風(fēng)率，柔性風(fēng)筒取值0.01～0.3。

由計算得出，風(fēng)筒長度為800m時，風(fēng)筒漏風(fēng)風(fēng)量備用系數(shù)為2.50，末端風(fēng)量為2.354m?/s，局扇供風(fēng)量為5.89m?/s。

（2）局扇風(fēng)壓。局扇風(fēng)壓需要克服風(fēng)筒阻力及風(fēng)流出口動壓損失。可根據(jù)公式進行計算。

式中：R—風(fēng)筒風(fēng)阻，N·S?/;S—風(fēng)筒或局扇出口的面積，㎡;g—重力加速度，m/S?，取值9.8 m/S?;—空氣重率，N/m?，取值12.67 N/m?;—流經(jīng)風(fēng)筒的平均風(fēng)量，m?/s，;—風(fēng)機或風(fēng)筒出口流出的風(fēng)量，m?/s。

在實際中，整列風(fēng)筒風(fēng)阻除與長度和接頭等有關(guān)外，還與風(fēng)筒的吊掛維護等管理質(zhì)量密切相關(guān)。因缺少實測資料，根據(jù)《通風(fēng)安全學(xué)》第二版中所給出參考表6-3-6中的數(shù)值R=6.5 N·S?/進行計算[4]。計算得出：

局扇風(fēng)壓計算表

風(fēng)筒長度（m） 風(fēng)筒末端風(fēng)量（Q0-m?/s） 局扇供風(fēng)量（Qf-m?/s） 流經(jīng)風(fēng)筒的平均流量（Qm-m?/s） 局扇風(fēng)壓（Hf-N·s?·m8）

800 2.354 5.89 3.72 102.80

2.5 局部通風(fēng)機的選型

（1）確定局部通風(fēng)機的工作參數(shù)。我們以最大掘進長度800m為基準，確定工作面所需風(fēng)量。根據(jù)公式可計算出風(fēng)機的工作風(fēng)量[5]。

式中—柔性風(fēng)筒的漏風(fēng)系數(shù)，即，n為風(fēng)筒接頭數(shù)，取值8。為每個接頭的漏風(fēng)率，當采用螺圈反邊接頭時取值0.005。故。

通過計算得知，當達到最大掘進長度800m時，風(fēng)機的工作風(fēng)量m?/s。

局部風(fēng)機的全壓可根據(jù)公式

進行計算，采用壓入式通風(fēng)為4837Pa，采用抽出式通風(fēng)為4175Pa。

（2）選擇局部風(fēng)機。

根據(jù)以上計算，局部風(fēng)機應(yīng)符合驗算。風(fēng)機參數(shù)選擇應(yīng)取最大值。

根據(jù)現(xiàn)在所使用的淄博金河風(fēng)機有限公司所提供的風(fēng)機技術(shù)參數(shù)表2.5-2選擇局部風(fēng)機，型號為№7.1 2×30的風(fēng)機。風(fēng)機風(fēng)量為：620～370 m?/min，風(fēng)壓為600～6624Pa[6]。

3 改進措施

（1）增大風(fēng)筒直徑和每節(jié)長度，提高風(fēng)筒接頭質(zhì)量。風(fēng)筒接頭可采用薄鐵片做成內(nèi)外壓板連接，當風(fēng)筒有破損時杜絕針縫漏風(fēng)，可采用對口縫接、灌膠等方式，以盡可能降低風(fēng)筒的漏風(fēng)系數(shù)和通風(fēng)阻力。

（2）局扇加高，可將局扇放在一個焊制的鐵架上，與風(fēng)筒保持成一線，風(fēng)筒吊掛在頂板上。

（3）采用混合式通風(fēng)方式，保證壓入風(fēng)筒出口據(jù)工作面不超過10m，抽出風(fēng)筒入口應(yīng)滯后壓入風(fēng)筒出口5m以上，同時，施工過程中，根據(jù)施工進度，及時調(diào)整風(fēng)筒、局扇與工作面的間距，保證施工效果[7]。

（4）優(yōu)化炮孔布置，減少總裝藥量。當確定風(fēng)機后，應(yīng)對風(fēng)機設(shè)置專用開關(guān)、專用電纜、專用變壓器來保證穩(wěn)定持續(xù)的供電。為了發(fā)揮最大的風(fēng)機能效，就要對風(fēng)筒進行設(shè)計及規(guī)劃，減少漏風(fēng)而降低風(fēng)機阻力。另外對風(fēng)筒的管理與檢查必須要落實到工作中，加強管理人員責(zé)任意識，確保通風(fēng)安全。

參考文獻

[1] 張國樞.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2011：177.

[2] 全國一級建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書編寫委員會.礦業(yè)工程管理與實務(wù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011：17.

[3] 盧義玉.井巷工程設(shè)計與施工[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 2010：51.

[4]《采礦設(shè)計手冊》編寫委員會編.采礦設(shè)計手冊第二冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988：37.

[5]《采礦設(shè)計手冊》編寫委員會編.采礦設(shè)計手冊第三冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988：21.

[6] 王文才，喬旺.長距離局部通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40（1）：46-49.

[7] 左鋒.淺談長距離掘進通風(fēng)技術(shù)[J].能源與節(jié)能，2015，（3）：145-146.