永久避難硐室日常通風研究與應用

摘 要：介紹通風孔在永久避難硐室日常通風的應用實例，通過不同時期的風量計算與對比，確定通風孔在技術上的可行性與經濟上的合理性，為避難硐室全負壓通風提供可靠的理論依據。

關鍵詞：通風孔；永久避難硐室；日常通風

1 引言

眾所周知，井下災害發生時產生的破壞具有毀滅性的，對職工的生命安全造成極大的威脅，職工自救、互救時由于自救器有效時間較短，在佩戴自救器后，有效時間內不能到達安全地點，當撤退路線無法通過，而有毒有害氣體濃度較高時，避難硐室能為無法及時撤離的遇險人員提供生命保障的密閉空間，能夠抵御高溫煙氣、隔絕有毒有害氣體，提供氧氣、食物、水，祛除有毒有害氣體，創造生存基本條件，為應急救援創造條件，贏得時間。建立健全井下避險系統顯得尤為重要，但永久避難硐室日常通風成為避難硐室管理的重中之重，一般永久避難硐室日常通風采用壓風通風或者內置氧氣瓶、二氧化碳瓶通風，前者不穩定，后者投入大直接影響企業的經濟效益；通過計算采用通風孔全負壓日常通風不但技術可行，而且經濟上比較合理；再者通風孔日常管理簡單、維護方便，災害發生后能迅速關閉。

2 通風孔簡介及安裝

通風孔采用長700mm、6寸管加工，6寸管路焊接6寸法蘭盤，法蘭盤連接6寸閥門，6寸發閥門可通過手動調節來控制通風斷面。

通風孔安裝采用預埋在永久避難硐室防護密閉墻上，安裝位置距底板高度1.2 m，防護密閉門兩邊各安裝一個。

3 永久避難硐室內風量計算

3.1 通風孔斷面計算

3.2 硐室內風量配備

根據公司（局）井下風量計算細則及我礦瓦斯絕對涌出量、永久避難硐室內溫度等多方面因素考慮，永久避難硐室內配風量不小于60m3/min。

3.3 我礦目前避難硐室通風能量方程建立

我礦目前永久避難硐室通風系統見下圖1：

根據伯努利能量方程建立通風阻力公式：

伯努利能量方程具體參數測定要求及結果

（1）測定具體參數期間，為確保數據測量的準確性，永久避難硐室兩側及一采區通風系統不能做任何風流調整[1]。

（2）測定巷道兩側靜壓時，由氣壓計測定，且巷道兩側采用同一臺儀器測定，確保靜壓差的誤差在最小的范圍內，經測定P1=95872 pa、P2=95816 pa。

（3）風流密度可通過以下公式計算：

（4）巷道高度h由礦地測部門提供，精度必須符合《煤礦測量規程要求》，盡可能準確。

經測定：Z1-Z2=1m

（5）風速由風速儀器測出，斷面尺寸由紅外線測距儀測定，由卷尺進行校正。

經測定及計算：S1=8.2m2、S2=11.4m2；Q=120m3/min；

V1=0.24 m/s、V2=0.175m/s

（6）溫度、濕度由溫濕度表進行測定。

經測定：t1=21℃、t2=23℃；Ψ1=60%、Ψ2=65%

（7）以上參數測定時，其儀器儀表必須經專業資質機構檢驗或校定。

通過以上數據計算通風阻力hR12=67pa

3.4 我礦開采一采區邊界時通風能量方程建立

根據生產接續安排及我礦生產實際安排我礦開采一采區邊界時永久避難硐室通風系統見圖2：

因斷面1為漸變流斷面，根據漸變流斷面的特征，其斷面上的能量分布基本上是均勻的，因此可以認定部分斷面上單位體積的風流能量等于全面上的單位體積風流能量，根據伯努利方程能量方程建立以下通風阻力公式[2]：

hR12=（P1- P2）+（ρ1v12/2-ρ2v22/2）+（Z1 - Z2）gρm12 公式2

伯努利能量方程具體參數測定要求及結果

（1）由于末期開采時礦井通風系統變化大，礦井負壓與目前狀況下負壓不相同，故P1與P2不能根據現在通風狀況下測定。

（2）由于避難硐室兩側溫度、壓力、濕度在改變風量的短時間內幾乎不變，風流密度可取ρ1≈ρ2≈ρm12=1.2 kg/m3。

（3）道高度h由礦地測部門提供，精度必須符合《煤礦測量規程要求》，盡可能準確。

經測定：Z1-Z2=1m。

（4）風速根據井下生產接續安排計算，斷面尺寸由紅外線測距儀測定，由卷尺進行校正經測定：S1=8.2m2、S2=11.4m2。

風量計算：Q1=Q硐+Q采+Q掘+Q聯巷

式中： Q1—一采膠帶巷測定點風量

Q硐—永久避難硐室風量

Q采—5113采煤工作面風量

Q掘—5115進、回風掘進工作面

Q聯巷—一采8#聯巷+一采9#聯巷風量

1）5113采煤工作面風量根據回采期間瓦斯（二氧化碳）涌出量、工作面氣溫條件、采煤工作面每班工作最多人數、最適宜風速計算后選取最大值，然后根據最大、最小風量進行驗算，通過計算按工作最適宜風速5113工作面配風量為Q采=550m3/min。

2）5115進、回順槽掘進期間根據瓦斯（二氧化碳）涌出量、掘進工作面每班工作最多人數、炸藥使用量計算后選取最大值，然后根據最大、最小風量進行驗算，通過風量計算選取FBD 5.6-2×11kw風機，風機額定吸風量為：350-240m3/min，根據風機吸風量最大值進行巷道配風：經計算Q掘=（350+350）*1.34=938m3/min。

3）一采8#聯巷、一采9#聯巷根據巷道內過風量滿足最低風速要求：經計算Q聯巷=120*2=240m3/min。

經計算：Q1=240+938+550+Q硐=1728+Q硐m3/min

3.5 永久避難硐室全負壓通風分析、對比

3.5.1 根據目前我礦通風系統通風阻力及風量情況計算出永久避難硐室通風風阻（包括摩擦阻力和局部阻力）：

R=h/Q2 公式3

式中：h 通風阻力 hR12=67pa

Q 風量 Q=120m3/min

經計算：R=h/Q2=16.75Ns2/m8

3.5.2 我礦開采一采區邊界時永久避難硐室全負壓風量分析、對比

在井下特定的巷道中，當巷道中空氣密度和摩擦阻力系數不變時，其通風風阻為定值，根據通風阻力（公式3）及我礦開采一采區邊界時能量方程（公式2）可得出：

R* Q硐2=（P1-P2）+（ρ1v12/2-ρ2v22/2）+（Z1-Z2）gρm12

簡化得出：16.75*（Q硐/60）2=△p+（1/2*V12-1/2*V22）*1.2+11.76

式中：V1=3.5+Q硐/（8.2*60）m/s、V2=Q硐/（11.4*60）m/s

因開采時礦井通風系統變化大，礦井負壓與目前狀況下負壓不相同，故P1與P2不能根據現在通風狀況下測定，因一采膠帶巷為一采區主進風巷；一采回風巷為主回風巷，故P1大于P2，△p>0；假設△p=0時求得Q硐'，若Q硐'>60m3/min，則開采至一采區邊界時永久避難硐室風量滿足日常通風要求。

經計算：Q硐'=64.8m3/min>60m3/min

通過計算，永久避難硐室內風量目前及開采至一采區邊界時均滿足風量配備要求。

4 效益分析

4.1 經濟效益分析

通風孔在避難硐室應用后，采用全負壓通風，減少了礦井壓風使用量，每年節省電費合計45萬余元，節省了安裝、維護人工費用5萬余元。

4.2 社會效益分析

永久避難硐室采用全負壓通風，硐室內通風連續可靠、安全，避免了壓風機停止運轉、其他地點用風量大等因素造成硐室內供風不足的現象，減輕職工管路維護量，消除了壓風噪音危害，改善了硐室內環境，減少了管理環節，為礦井的安全生產、文明生產、六大系統達標創造良好的條件。

參考文獻

[1]衛林孝.伯努利方程在判定巷道貫通后風流方向中的應用，2008.02.28.

[2]謝進伸，關于單位體積不可壓縮流體能量方程在有分支風路中的應用，1987.10.

作者簡介：賀美哲（1966.1-），男，陜西藍田人，1989年畢業于原西安礦業學院采礦系通風與安全專業，工程師，主要從事于煤礦安全技術管理及研究工作，現任王村煤礦斜井總工程師。

王曉博（1986.12-），男，陜西省，渭南市合陽縣人，2011年7月畢業于西安科技大學安全工程專業，助理工程師。