煤礦掘進通風技術分析與應用

江 帥，劉曉恒，張國良，宋 丹

（中鐵隧道裝備制造有限公司， 河南 鄭州 450016）

煤礦在巷道掘進過程中，很容易產生大量的粉塵和瓦斯積聚，這既影響到井下工人的身體健康，也對煤礦的安全生產構成重大威脅。因此，從改善井下的作業狀況和安全裝備著手，研究安全、可靠、有效的通風除塵技術，既能降低粉塵對工人身體健康的影響，又能為煤礦的安全生產提供保障。

1 掘進通風方法

煤礦掘進通風方法按通風動力形式不同分為局部通風機通風、礦井全風壓通風和引射器通風3種。其中，局部通風機通風是煤礦巷道掘進時最為常用的掘進通風方法。局部通風機通風按其工作方式不同可分為壓入式、抽出式和混合式3種［1－2］。

（1）壓入式通風。壓入式通風的局部通風機和啟動裝置都位于新鮮風流中，不易引起瓦斯和煤塵爆炸，安全性好，且具有風筒出口風流的有效射程長、排煙能力強、工作面通風時間短等優點；但也存在污風沿巷道排出、污染范圍大等缺點，主要適用于以排出瓦斯為主的煤巷、半煤巖巷掘進通風。

（2）抽出式通風。抽出式通風時污風經風筒排出，掘進巷道中為新鮮風流，具有排煙時間短等優點；其缺點主要是風筒吸入口的有效吸程短，因污風由局部通風機抽出，安全性差，在有瓦斯涌出的工作面一般不使用抽出式通風。

（3）混合式通風?；旌鲜酵L采用壓入式和抽出式聯合工作，其中采用壓入式向工作面供新風，采用抽出式從工作面排出污風?；旌鲜酵L兼有抽出式與壓入式通風的優點，通風效果好；其主要缺點是設備成本高、管理復雜，在壓入式與抽出式兩列風筒重疊段巷道內的風量較小?；旌鲜酵L適用于大斷面、長距離巖巷掘進施工。

2 掘進工作面風量的計算

由于大部分煤礦采用機械化掘進，不消耗炸藥。因此，可按瓦斯涌出量、CO2涌出量與工作面人數分別計算，選取其中的最大值作為掘進工作面所需風量，并按巷道通風的最低、最高風速要求進行驗算［3］。

（1）按瓦斯涌出量計算：

式中：Q——掘進工作面實際需要風量，m3／min；

q1——掘進工作面瓦斯平均絕對涌出量，m3／min；

K——掘進工作面備用風量系數，機掘工作面取K＝1.5～2.0。

（2）按CO2涌出量計算：

式中：q2——掘進工作面 CO2平均絕對涌出量，m3／min。

（3）按工作面人數計算：

式中：N——掘進工作面同時工作的最大人數。

（4）按《煤礦安全規程》規定的最低風速，驗算最小風量：

式中：Vmin——掘進中的巖巷的容許最低風速Vmin＝0.15m／s，掘進中的半煤巖巷和煤巷的容許最低風速Vmin＝0.25m／s；

Vmax——掘進中的巖巷、半煤巖巷和煤巷規定的最高風速，Vmax＝4m／s；

S——掘進工作面巷道的凈斷面積，m2。

3 通風設備的選擇

3.1 風筒的選擇

目前，我國煤礦的局部通風一般都采用柔性風筒。風筒直徑應根據通風距離和通過的風量來考慮。一般單巷掘進長度在1000m以內時，可選直徑為500mm以下的風筒；長度在1000m以上時，宜選用直徑600mm以上的風筒［4］。為降低通風阻力，應盡可能采用較大直徑的風筒。風筒預選后，可按下列公式進行驗算：

式中：H——風筒通風總阻力，Pa；

h1——風筒摩擦阻力，Pa；

h2——風筒局部阻力，取摩擦阻力的10%，Pa；

a——風筒摩擦阻力系數，NS2／m4；

L1——風筒長度，m；

P——風筒凈斷面周長，m；

S1——風筒凈斷面面積，m2；

Qf——風筒過風量，m3／s。

3.2 局部通風機的選擇

（1）局部通風機工作風量：

式中：Qj——局部通風機的工作風量，m3／min；

ψ——風筒漏風備用系數；

n——風筒數量，按照局部通風機最大通風距離選取；

η——單節風筒漏風率。

（2）局部通風機工作風壓：

式中：Ht——局部通風機的工作風壓，Pa；

L——局部通風機最大供風距離，m；

R——風筒百米風阻，NS2／m8。

由上述方法求出Qj和Ht后，可按局部通風機特性曲線或參數表選擇合適的局部通風機。

3.3 風筒出口與掘進工作面的距離

式中：L2——風筒出口與掘進工作面的距離，m。

3.4 局部通風機的安裝位置

局部通風機的安裝位置應滿足［5］：

（1）安裝位置在進風巷且該處的供給風量要大于局部通風機的吸入量；

（2）距掘進巷道回風口的距離不小于10m，距巷道底板的距離不小于0.3m；

（3）風機與風機吸風口之間的距離不得小于10m。

3.5 局部通風機安裝位置所需風量

式中：Q0——局部扇風機安裝位置所需風量，m3／min；

Q1——巷道內最低風速所需風量，m3／min；Q2——局部通風機的吸入風量，m3／min；

S0——局部通風機所在巷道的凈斷面積，m2；

4 通風設備管理

（1）局部通風機和風筒的安裝和使用必須符合《煤礦安全規程》的規定；

（2）風筒由專人管理，吊掛前必須檢查風筒的完好性，吊掛要平直，接口嚴密，拐彎處要設彎頭，以降低通風阻力；

（3）局部通風機設專人管理，設備要齊全，局部通風機必須吊掛，使風筒、風機成直線布置，保證通風順暢；杜絕出現無計劃停電、停風現象；

（4）安排專人定期對巷道的通風、除塵、隔爆等相關設備進行檢查，發現問題及時處理。

5 實際應用及效果

根據以上計算公式，萬利一礦31301輔運順槽掘進工作面選用兩臺FBD－N0.6.3／2×22局部通風機（一臺備用），風機電機額定功率為2×22kW，全風量為346～547m3／min，工作風壓800～5200 Pa，局部通風機安裝在輔運大巷距離31301－31302集中膠運巷貫通口外不少于10m處，配套使用Φ1000mm柔性膠質抗靜電阻燃風筒。除塵系統采用奧鋼聯MB670掘錨機自帶的HCN300／1HY濕式除塵器，風機電機額定功率為2×15kW，抽風量為300m3／min，需水量30～60L／min。通過現場測定，31301輔運順槽掘進工作面采用此種混合式通風方式能夠保證掘進工作面供風充足，煤塵及瓦斯濃度均在煤礦安全規程要求的范圍內，各項指標滿足煤礦安全規程要求，保證了煤礦的安全、高效生產。

6 結 語

在煤礦巷道掘進時，需根據不同的井下工況，采用合理的通風方法，同時配合使用高效的除塵裝置，這有利于降低掘進工作面的粉塵濃度，提高巷道的掘進效率，為煤礦的安全生產提供保障［6－8］。

［1］ 張國樞，譚允禎，陳開巖，等.通風安全學［M］.徐州：中國礦業出版社，2004.

［2］ 盧喜山，趙學雷，等.綜掘面新式機械綜合除塵系統的設計及應用［J］.煤礦安全，2007（8）：22－23.

［3］ 國家煤礦安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程［M］.北京：煤炭工業出版社，2011.

［4］ 程衛民，劉向升，阮國強，等.煤巷錨掘快速施工的封閉控塵理論與技術工藝［J］.煤炭學報，2009，34（2）：203－207.

［5］ 聶 文，程衛民，郭允相.綜掘面空氣幕封閉式除塵系統的研究與應用［J］.煤礦安全，2009，40（3）：19－22.

［6］ 何廷山.礦井通風與安全［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［7］ 王曉珍，蔣仲安，王 善，等.煤巷掘進過程中粉塵濃度分布規律的數值模擬［J］.煤炭學報，2007，32（4）：386－390.

［8］ 劉進平，盧志剛.礦井掘進通風循環風形成條件分析［J］.遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2011（S1）：50－52.