掘進工作面局部風機的選型與應用

郭海騰

（山西煤炭運銷集團金達煤業有限公司， 山西 孝義 032300）

引言

我國煤炭資源多為地下井工開采，合理、足量的通風對井工煤礦掘進工作面安全生產具有十分重要的意義[1-3]。為保證綜采工作面人員、設備等所需的正常風量，以金達礦10402 運輸順槽掘進工作面為研究背景，對工作面局部通風機進行了選型研究。

1 工作面情況

10402 運輸順槽所掘煤層為太原組10 號煤層，本工作面位于金達礦二采區南翼，巷道性質為半煤巖。其作為10402 綜采工作面的運輸巷道使用，巷道設計走向長度為1 318 m，巷道最大凈斷面積為11.76 m2，根據掘進工藝要求，10402 運輸順槽擬采用壓入式通風方式。

2 掘進工作面所需風量計算

2.1 按照瓦斯涌出量分析

根據瓦斯涌出情況，掘進工作面所需風量公式如下：

式中：q掘為掘進面平均瓦斯涌出量，為相對平均值，m3/min；K瓦斯為瓦斯涌出的不均衡系統，取1.00。

為保證風量充足，計算選用礦井瓦斯等級鑒定材料中所測的掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量q掘取0.24 m3/min；基于掘進面風流中瓦斯的濃度不能超過1%，換算系數取100。將各個數據代入式（1），得Q=24 m3/min。

2.2 按照CO2 涌出量分析

根據CO2涌出情況，掘進工作面所需風量公式如下：

式中：qCO2為掘進面回風流中CO2絕對涌出量，m3/min；KCO2為CO2涌出不均勻的備用系數。

為保證風量充足，瓦斯等級鑒定材料中所測的掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量qCO2取0.63 m3/min；根據掘進過程中實際觀測情況，通過日最大絕對二氧化碳涌出量和月平均日絕對二氧化碳涌出量的比值計算，其比值為1；67 為掘進面回風流中CO2質量濃度低于1.5%時的換算系數。將各參數代入式（2），得Q掘=22 m3/min。

2.3 按工作面人員數量分析

按照工作面同時作業的最大人員數分析，掘進工作面所需風量按下式計算：

式中：N 為掘進工作面同時工作的最多人數，根據以往的實踐經驗，取32 人；q1為每人每分鐘需風量，取4 m3/min。將各參數代入，得Q掘=128 m3/min。

2.4 按所需炸藥量分析

10402 運輸順槽屬于半煤巖巷道，在實際掘進過程中，局部區域需要進行鉆孔爆破，根據鉆孔炸藥用量，工作面所需風量按下式計算：

式中：A 為掘進工作面一次爆破的最大炸藥量，取10.5 kg；q2為1 kg 炸藥爆破后，需要供給的風量，根據以往的爆破統計情況，取10 m3/min。將各參數代入式（4），得Q掘=105 m3/min。

2.5 按巷道最低風速分析

根據掘進巷道所需的最低風速，工作面所需的風量按下式計算：

式中：vmin為掘進面風流的最小速度，取0.25 m/s；S為掘進巷道的斷面積，取11.76 m2。將各參數代入式（5）中，得Q掘=177 m3/min。

2.6 掘進工作面所需風量確定

經計算分析，取所需風量的最大值，由此確定掘進工作面所需風量為177 m3/min。

3 局部風機選型

3.1 局部風機吸風量分析

掘進工作面局部風機的吸風量一般按百米漏風率（Le）確定[4-5]，根據下式計算：

式中：Q吸為掘進面局部風機的吸風量，m3/min；Q掘為掘進工作面所需風量，據上述分析，取177 m3/min；Le為百米漏風率，根據柔性風筒百米漏風率的規定，取2%；L為最大通風距離，10402運輸順槽最大掘進長度為1 340 m，因此最大通風距離取1 340 m。

將各參數代入式（6）中，得Q吸=241.80 m3/min。考慮到實際掘進過程中風量的不可預測損失，取1.2倍的安全系數，則局部風機的最大吸風量為290.16 m3/min。

3.2 摩擦阻力分析

掘進工作面局部通風時風筒的摩擦阻力按照下式計算：

式中：P摩為掘進期間摩擦阻力，Pa；α 為風筒摩擦阻力系數，kg/m3，根據表1 確定；L 為風筒長度，取10402 運輸順槽最大掘進長度，1 340 m；Q吸為局部風機的吸風量，根據上述分析，取290.16 m3/min；U為風筒周長，m；S 為風筒斷面積，m2。

表1 風筒直徑與摩擦阻力系數對應關系

結合以往的通風實踐經驗，風筒直徑取1 000 mm，風筒摩擦阻力系數α=0.002 9，將各參數代入式（7），得P摩=589.92 Pa。

考慮掘進工作面通風距離較遠，風筒局部具有彎頭等，增大了通風阻力，根據以往測量數據，結合10402 運輸順槽的實際通風情況，確定局部風阻為P阻=300Pa。由此，可確定風筒的總體摩擦阻力為P=P摩+P阻=889.92 Pa。

3.3 風機及風筒選型

根據上述分析，10402 運輸順槽掘進工作面所需風量不低于177 m3/min，工作面局部通風機所需吸風量不低于290.16 m3/min，通風風筒的總體摩擦阻力不低于889.92 Pa，綜合分析，確定選用FBD№/6.3/2×30kW 型對旋式軸流通風機，風機供風量為380～700m3/min，風機工作全壓為1300～6600Pa，風筒選用Φ1 000 mm 膠質阻燃風筒，可以滿足通風要求。

4 結語

掘進工作面由于受其自身的施工工藝要求及實際作業空間的限制，工作面無法實現類似于綜采面的U 形通風或Y 形通風，掘進面基本采用獨頭通風，因此在局部風機的實際選型過程中應保證風機具有足夠的通風量。10402 運輸順槽在掘進過程中使用FBD№/6.3/2×30kW 型對旋式軸流局部通風機，工作面采用壓入式通風，在實際施工過程中未出現供風不足等情況。局部風機的通風量較好地滿足了工作面人員及設備的用風要求，為工作面提供了安全的作業條件，保障了掘進工作面的安全生產。