礦山采場(chǎng)與巷道掘進(jìn)工作面按炮后排除炮煙計(jì)算需風(fēng)量公式探討

王海浪，陳國(guó)棟

（貴州誠(chéng)博煤業(yè)有限公司天合煤礦，貴州 習(xí)水 564600）

目前礦山巷道掘進(jìn)中，爆破作業(yè)占主要地位，掘進(jìn)工作面實(shí)現(xiàn)全斷面一次爆破，對(duì)于保證礦山安全高效益生產(chǎn)，有效降低炮煙中的有毒氣體對(duì)職工人身安全健康的傷害具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；礦山采場(chǎng)及巷道掘進(jìn)工作面所需的風(fēng)量應(yīng)按下列方法計(jì)算：①按炸藥消耗量計(jì)算風(fēng)量；②按掘進(jìn)巷道內(nèi)的最多人數(shù)計(jì)算風(fēng)量；③局部通風(fēng)機(jī)實(shí)吸入風(fēng)量；按允許風(fēng)速計(jì)算，并取其中最大值，作為供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)；其中按每千克炸藥不小于25m3·min-1計(jì)算的排除炮煙需風(fēng)量；若計(jì)算的風(fēng)量比實(shí)際所需風(fēng)量大，將造成風(fēng)量浪費(fèi)，增加礦井通風(fēng)電費(fèi)，增加通風(fēng)成本，若計(jì)算風(fēng)量比實(shí)際所需風(fēng)量小，將不能保證工作面的安全生產(chǎn)，造成各種有毒氣體濃度超限，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)威脅；如今的掘進(jìn)工作面需風(fēng)量的計(jì)算在某些方面不合理，從而導(dǎo)致按公式計(jì)算所需風(fēng)量與安全生產(chǎn)不符，對(duì)按炮后排除炮煙計(jì)算工作面需風(fēng)量公式等問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 按一次爆破最大炸藥消耗量計(jì)算掘進(jìn)工作面需風(fēng)量

1.1 按一次爆破最大炸藥消耗掘進(jìn)工作面需風(fēng)量計(jì)算式為

式中Q-計(jì)算掘進(jìn)工作面實(shí)際所需的風(fēng)量，m3/min

A-掘進(jìn)工作面一次爆破最大炸藥用量，kg

采用Q=25A來(lái)計(jì)算的掘進(jìn)工作面的風(fēng)量雖然比較簡(jiǎn)易，而該公式對(duì)于掘進(jìn)巷道距離較短，斷面小，放炮時(shí)所用的炸藥量較小的巷道；特別是針對(duì)長(zhǎng)距離大斷面的巷道采用此公式計(jì)算出來(lái)的數(shù)值較大，就會(huì)在一定的程度上制約了掘進(jìn)效率；若以此公式來(lái)選用功率較大的風(fēng)機(jī)及相配套的風(fēng)筒；風(fēng)量風(fēng)速大能夠稀釋排出有害氣體，風(fēng)速大將粉塵揚(yáng)起，在一定程度上給作業(yè)環(huán)境帶來(lái)不利影響，該公式計(jì)算掘進(jìn)工作面按一次起爆最多炸藥量計(jì)算風(fēng)量就顯得不合理、不科學(xué)。

1.2 按炮后排除炮煙計(jì)算掘進(jìn)工作面需風(fēng)量

目前一直沿用的蘇聯(lián)學(xué)者B.H沃洛寧公式；B.H沃洛寧根據(jù)“紊流形變”原理導(dǎo)出的計(jì)算公式（壓入式）：

式中b-每kg炸藥爆破后產(chǎn)生的有毒氣體含量(即生成的當(dāng)量CO量)L/kg；按三級(jí)礦井許用乳化炸藥使用說(shuō)明書(shū)取值80L/kg，

t-通風(fēng)時(shí)間，min；一般取15min～30min；A-掘進(jìn)工作面一次爆破最大炸藥用量，kg；p-風(fēng)筒進(jìn)出風(fēng)量比，即局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)量與風(fēng)筒末端風(fēng)量之比，一般取1.3；C-通風(fēng)所達(dá)到的允許濃度，%；S-掘進(jìn)巷道的斷面，m2；L-巷道通風(fēng)長(zhǎng)度，m；當(dāng)掘進(jìn)巷道距離比較長(zhǎng)，L應(yīng)取值為L(zhǎng)稀，L稀=400A/S；

上述公式L值即為巷道的長(zhǎng)度，當(dāng)掘進(jìn)長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，炮煙在巷道中向前流動(dòng)過(guò)程中因礦山采場(chǎng)及巷道各點(diǎn)的風(fēng)速分布不均勻產(chǎn)生的紊流變形，炮煙在流動(dòng)過(guò)程中不斷被巷道中的新鮮空氣混合，未到達(dá)巷道口已經(jīng)被稀釋到允許的濃度，從掘進(jìn)工作面到允許濃度的距離稱(chēng)為炮煙稀釋安全長(zhǎng)度（L稀），上述公式L值應(yīng)該取L稀來(lái)計(jì)算掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量。

其中，A-掘進(jìn)工作面一次爆破最大炸藥用量，kg

S-掘進(jìn)巷道的斷面，m2；

1.3 工程實(shí)例

貝勒礦副斜井延伸設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為980m，獨(dú)頭壓入式通風(fēng)最大距離1020m，巷道斷面為10.98m2，風(fēng)筒進(jìn)出風(fēng)量比按1.3考慮，每班掘進(jìn)進(jìn)尺為1.7m，一次爆破使用炸藥量為19.6kg，放炮后通風(fēng)時(shí)間為20min，計(jì)算壓入式通風(fēng)排出炮煙掘進(jìn)工作面所需的風(fēng)量Q：

通過(guò)風(fēng)速驗(yàn)算，9×S≤Q掘≤240×S，風(fēng)速為0.49m/s，符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。

貝勒礦主斜井延伸設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為980m，獨(dú)頭壓入式通風(fēng)最大距離1020m，巷道斷面為20.15m2，風(fēng)筒進(jìn)出風(fēng)量比按1.3考慮，每班掘進(jìn)進(jìn)尺為1.7m，一次爆破使用炸藥量為34.2kg，放炮后通風(fēng)時(shí)間為20min，計(jì)算壓入式通風(fēng)排出炮煙掘進(jìn)工作面所需的風(fēng)量Q：

通過(guò)風(fēng)速驗(yàn)算，9×S≤Q掘≤240×S，風(fēng)速為0.48m/s，符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。

德科礦主平硐設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為420m，巷道斷面為38m2，風(fēng)筒進(jìn)出風(fēng)量比按1.3考慮，一次爆破使用炸藥量為182kg，放炮后通風(fēng)時(shí)間為20min，計(jì)算壓入式通風(fēng)排出炮煙掘進(jìn)工作面所需的風(fēng)量Q：

（1）L稀=400A/S=1915m＞420m，即L稀=420m，

（2）m3/min=583.2 m3/min

通過(guò)風(fēng)速驗(yàn)算，9×S≤Q掘≤240×S，風(fēng)速為0.17 m/s符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。

工程實(shí)例說(shuō)明，根據(jù)公式建立的基礎(chǔ)來(lái)分析，風(fēng)流從風(fēng)筒排出，形成紊流擴(kuò)散，稀釋炮煙并且同時(shí)將炮煙向巷道口排除；當(dāng)此L＜L稀時(shí)，當(dāng)量CO濃度未到安全濃度0.0024%時(shí)，炮煙就被排出巷道口外，當(dāng)L＞L稀時(shí)，炮煙中的有毒氣體靠稀釋將CO濃度到達(dá)安全濃度。就目前各廠家給出的三級(jí)礦井許用乳化炸藥主要性能指標(biāo)中，執(zhí)行GB18095-2000標(biāo)準(zhǔn)，有毒氣體含量b≤80L/kg，這說(shuō)明這個(gè)指標(biāo)是個(gè)變量，而不是一個(gè)定量；在計(jì)算過(guò)程中有毒氣體含量要取最大值80L/kg，若廠家給出的三級(jí)礦井許用乳化炸藥有毒氣體含量不同。在計(jì)算過(guò)程中取值就不同；通過(guò)以上實(shí)例，按炮后排除炮煙計(jì)算工作面需風(fēng)量公式計(jì)算，風(fēng)量能夠在一定的距離，能夠在20min內(nèi)將炮煙中的有毒氣體稀釋到達(dá)安全濃度。

2 結(jié)語(yǔ)

采用炮后排除炮煙計(jì)算掘進(jìn)工作面需風(fēng)量的計(jì)算公式，當(dāng)掘進(jìn)距離比較長(zhǎng)時(shí)，利用L稀=400A/S的取值，應(yīng)根據(jù)工作面的實(shí)際情況選用炸藥品種，建議將炸藥爆破后的有毒氣體含量定為30L/kg～40L/kg是比較合理。通過(guò)計(jì)算公式在選取局部通風(fēng)機(jī)時(shí)，要從各方面因素考慮，要考慮到通過(guò)計(jì)算所得的風(fēng)量符合規(guī)定的風(fēng)量、風(fēng)速；在對(duì)礦山采場(chǎng)及巷道通風(fēng)設(shè)計(jì)和作業(yè)規(guī)程中，必須對(duì)此作詳細(xì)驗(yàn)算，即從安全效益方面和經(jīng)濟(jì)效益方面綜合考慮，這樣才能產(chǎn)生安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。