經(jīng)坊煤業(yè)礦井需風(fēng)量與通風(fēng)能力核定研究

李君年

（山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100）

0 引 言

通風(fēng)系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，直接影響著礦井生產(chǎn)能力與現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)。特別是高瓦斯礦井，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的失調(diào)造成瓦斯等通風(fēng)事故，未能及時(shí)將有毒有害氣體稀釋并排出礦井之外。因此，對(duì)高瓦斯礦井需風(fēng)量與通風(fēng)能力進(jìn)行計(jì)算核定，是保證礦井正常安全開(kāi)采的基礎(chǔ)。

1 礦井基本情況

經(jīng)坊煤業(yè)地處山西省長(zhǎng)治市上黨區(qū)，井田面積30.72 km2，產(chǎn)能3.00 Mt/a。礦井通風(fēng)方式為抽出式，屬高瓦斯礦井。目前在北翼七采區(qū)布置3-邊角08 回采工作面（即將進(jìn)行末采）、3-邊角07 工作面（備用工作面），計(jì)劃布置3-邊角101 運(yùn)輸順槽和3-邊角102回風(fēng)順槽2 個(gè)掘進(jìn)工作面；在八采區(qū)布置3-802 回采工作面、3-805 預(yù)抽工作面（備用工作面）、3-8061 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面、3-8062 回風(fēng)順槽2 個(gè)掘進(jìn)工作面；礦井北翼七采區(qū)和八采區(qū)中布置的回采工作面不同時(shí)進(jìn)行回采作業(yè)。在南翼五采區(qū)布置3-508 回采工作面；在六采區(qū)布置3-6051 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面、3-6052 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面、3-603 探巷6 掘進(jìn)工作面、3-603 探巷7 掘進(jìn)工作面；六采區(qū)中3-603 探巷6和探巷7 為2 個(gè)停掘放水供風(fēng)工作面。

2 礦井需風(fēng)量計(jì)算

礦井通風(fēng)系統(tǒng)要求能夠滿足井下各個(gè)用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量需求，如公式1 所示，需要對(duì)回采工作面、掘進(jìn)工作面、井下硐室、備用工作面以及其他巷道等用風(fēng)地點(diǎn)的需風(fēng)量分別進(jìn)行計(jì)算。

式中：Qk為礦井需風(fēng)量合計(jì)，m3/min；Qc、Qj、Qd、Qb、Qf分別表示回采工作面、掘進(jìn)工作面、井下硐室、備用工作面以及其他巷道的總需風(fēng)量，m3/min；kaq為不同礦井通風(fēng)系統(tǒng)相應(yīng)的備用系數(shù)，由于經(jīng)坊煤業(yè)采用抽出式通風(fēng)，因此取值1.2。

2.1 回采工作面需風(fēng)量

1）按照適宜于井下作業(yè)環(huán)境，由公式（2）計(jì)算：

式中：ν 為回采工作面風(fēng)速，取1.0 m/s；S為回采工作面的有效斷面積，即最大和最小控頂有效斷面的平均值，3- 邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分別取 14.633 、14.633、9.02 m2；kg為回采工作面采高風(fēng)量調(diào)整系數(shù)，取1.2；kl為回采工作面長(zhǎng)度風(fēng)量調(diào)整系數(shù)，3- 邊角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分別取 1.3、1.4 、1.2。

將以上各參數(shù)代入公式（2）計(jì)算得出，3-邊角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的需風(fēng)量分別為959 m3/min、1 032 m3/min、 546 m3/min。

2）按照瓦斯涌出量，可由公式（3）進(jìn)行計(jì)算：

式中：Qh為回采工作面回風(fēng)順槽回風(fēng)流當(dāng)中絕對(duì)瓦斯涌出量平均值，3- 邊角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分別取 1.29 、3.31 、3.84 m3/min；kh為回采工作面瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，即絕對(duì)瓦斯最大涌出量同月平均絕對(duì)瓦斯涌出量之間的比值，3- 邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508工作面分別取1.6、1.6、1.2。

將以上各項(xiàng)參數(shù)代入公式3 計(jì)算可得出，3-邊角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的需風(fēng)量分別為 206 m3/min、530 m3/min、461 m3/min。

3）按照回采工作面作業(yè)人數(shù)，可由公式（4）進(jìn)行計(jì)算：

式中：Nh為回采工作面同時(shí)作業(yè)最多人數(shù)，即交接班時(shí)允許最大人數(shù)，3- 邊角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分別取 65 、65 、40 人。

將以上各項(xiàng)參數(shù)代入公式4 中計(jì)算可得出，3-邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的需風(fēng)量分別為 260 m3/min、260 m3/min、160 m3/min。

4）按照風(fēng)速驗(yàn)算。根據(jù)公式（1）~（3）計(jì)算結(jié)果，3-邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的最大需風(fēng)量分別為 959 m3/min、1 032 m3/min、546 m3/min。

式中：Scb為回采工作面最大控頂有效斷面積，3-邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分別取11.03 、11.03 、6.78 m2；Scs為回采工作面最小控頂有效斷面積，3- 邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508工作面分別取 9.46 、9.46 、5.85 m2。

經(jīng)過(guò)驗(yàn)算各個(gè)回采工作面最大需風(fēng)量均可以滿足風(fēng)速要求，回采工作面總需風(fēng)量為2 537 m3/min。

2.2 掘進(jìn)工作面需風(fēng)量

1）按照瓦斯涌出量，由公式（6）進(jìn)行計(jì)算：

式中：Qj為掘進(jìn)工作面回風(fēng)流當(dāng)中絕對(duì)瓦斯涌出量平均值，3- 邊角 101 運(yùn)輸順槽、3- 邊角 102 回風(fēng)順槽、3-6051 運(yùn)輸順槽、3-6052 回風(fēng)順槽、3-603探巷 6、3-603 探巷 7 等掘進(jìn)工作面分別取 0.29、0.29 、0.29 、0.29 、0.18 、0.18 m3/min；kj為掘進(jìn)工作面瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，即絕對(duì)瓦斯最大涌出量同月平均絕對(duì)瓦斯涌出量之間的比值，3-邊角 101 運(yùn)輸順槽、3- 邊角 102 回風(fēng)順槽、3-6051 運(yùn)輸順槽、3-6052 回風(fēng)順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘進(jìn)工作面分別取 1.5 、1.5 、1.3、1.3 、1.5 、1.5。

將以上各項(xiàng)參數(shù)代入公式6 計(jì)算可得出，3-邊角 101 運(yùn)輸順槽、3- 邊角 102 回風(fēng)順槽、3-6051 運(yùn)輸順槽、3-6052 回風(fēng)順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘進(jìn)工作面的需風(fēng)量分別為44、44、31、31、27、27 m3/min。

2）按照掘進(jìn)工作面作業(yè)人數(shù)，由公式（7）計(jì)算：

式中：Nj表示掘進(jìn)工作面同時(shí)作業(yè)最多人數(shù)，即交接班時(shí)允許最大人數(shù)，3- 邊角101 運(yùn)輸順槽、3-邊角 102 回風(fēng)順槽、3-6051 運(yùn)輸順槽、3-6052 回風(fēng)順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷 7 等掘進(jìn)工作面分別取36、36、30、30、30、30 人。

將以上各項(xiàng)參數(shù)代入公式7 計(jì)算可得出，3-邊角 101 運(yùn)輸順槽、3- 邊角 102 回風(fēng)順槽、3-6051 運(yùn)輸順槽、3-6052 回風(fēng)順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘進(jìn)工作面的需風(fēng)量分別為 144 、144 、120 、120 、120 、120 m3/min。

3）按照局扇運(yùn)行能力，可由公式8 進(jìn)行計(jì)算：

式中：Qαf表示局扇實(shí)際吸風(fēng)量，3-邊角101 運(yùn)輸順槽、3- 邊角 102 回風(fēng)順槽、3-6051 運(yùn)輸順槽、3-6052 回風(fēng)順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷 7 等掘進(jìn)工作面分別取 550 、550 、420 、420 、420 、420 m3/min；I為掘進(jìn)工作面同時(shí)工作的局扇數(shù)量，取1臺(tái)；Shd為掘進(jìn)工作面局扇安裝位置到回風(fēng)口巷道最大斷面積，3-邊角101 運(yùn)輸順槽、3- 邊角102 回風(fēng)順槽、3-6051 運(yùn)輸順槽、3-6052 回風(fēng)順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘進(jìn)工作面分別取 12.6 、12.6、12.4 、12.4 、11.25、11.25 m2。

將以上各項(xiàng)參數(shù)代入公式（8）當(dāng)中進(jìn)行計(jì)算可以得出，3-邊角101 運(yùn)輸順槽、3- 邊角102 回風(fēng)順槽、3-6051 運(yùn)輸順槽、3-6052 回風(fēng)順槽、3-603 探巷6、3-603 探巷7 等掘進(jìn)工作面的需風(fēng)量分別為739、739 、606 、606 、589 、589 m3/min。

根據(jù)公式（6）~（8）計(jì)算結(jié)果，3- 邊角 101 運(yùn)輸順槽、3- 邊角 102 回風(fēng)順槽、3-6051 運(yùn)輸順槽、3-6052 回風(fēng)順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷 7 等掘進(jìn)工作面的最大需風(fēng)量分別為739、739、606、606、589、589 m3/min。通過(guò)對(duì)各個(gè)掘進(jìn)工作面的最大需風(fēng)量進(jìn)行驗(yàn)算，均可以符合風(fēng)速要求，由此掘進(jìn)工作面總需風(fēng)量為3 868 m3/min。

2.3 硐室需風(fēng)量

1）井下爆炸材料庫(kù)需風(fēng)量可由公式（9）計(jì)算：

式中：Vk為井下爆炸材料庫(kù)的體積，取1 785 m3。代入公式9 當(dāng)中進(jìn)行計(jì)算可以得出：井下爆炸材料庫(kù)需風(fēng)量為119 m3/min。

2）井下其他硐室在符合《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于溫度和有害氣體濃度等相關(guān)規(guī)定的條件下，4、6、7、8 采區(qū)變電所及8 采區(qū)水倉(cāng)、3 采區(qū)膠輪車(chē)存放硐室可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)配風(fēng)量取值150 m3/min。由此，硐室總需風(fēng)量為1 019 m3/min。

2.4 備用工作面及其他巷道需風(fēng)量

1）備用工作面需風(fēng)量可以按照不低于回采工作面需風(fēng)量的一半進(jìn)行取值。目前有布置3-邊角07和3-805 備用工作面，可以分別按3- 邊角08 和3-802 回采工作面需風(fēng)量959 m3/min 和1 032 m3/min的一半進(jìn)行計(jì)算；由此，備用工作面總需風(fēng)量為996 m3/min。

2）其他巷道需風(fēng)量可由公式（10）進(jìn)行計(jì)算：

式中：Kw為其他巷道的瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取1.3；Qw為瓦斯絕對(duì)涌出量的平均值，取0.71 m3/min。井下有8 處其他巷道，代入公式（10）中計(jì)算可以得出：其他巷道總需風(fēng)量為984 m3/min。

2.5 礦井總需風(fēng)量

將1～5 計(jì)算結(jié)果代入公式（1）中進(jìn)行計(jì)算可以得出礦井總需風(fēng)量為10 090 m3/min。

3 礦井通風(fēng)能力驗(yàn)算

目前，礦井布置井筒數(shù)量為5 個(gè)，其中主、副斜井和進(jìn)風(fēng)立井承擔(dān)著進(jìn)風(fēng)的任務(wù)，南翼和北翼回風(fēng)立井承擔(dān)著回風(fēng)的任務(wù)。主、副斜井和進(jìn)風(fēng)立井的進(jìn)風(fēng)量分別為1 397、4 436、8 780 m3/min，礦井的總進(jìn)風(fēng)量為14 613 m3/min，總回風(fēng)量為14 683 m3/min。通過(guò)上述計(jì)算結(jié)果可以得出，礦井總進(jìn)風(fēng)量可以足礦井總需風(fēng)量要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)回采工作面、掘進(jìn)工作面、井下硐室、備用工作面以及其他巷道等用風(fēng)地點(diǎn)的需風(fēng)量分別進(jìn)行計(jì)算，確定礦井總需風(fēng)量為10 090 m3/min，礦井通風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足井下用風(fēng)地點(diǎn)需風(fēng)要求，因此礦井通風(fēng)能力可以符合井下安全生產(chǎn)的需求。