礦山采場與巷道掘進工作面按炮后排除炮煙計算需風量公式探討

王海浪，陳國棟

（貴州誠博煤業有限公司天合煤礦，貴州 習水 564600）

目前礦山巷道掘進中，爆破作業占主要地位，掘進工作面實現全斷面一次爆破，對于保證礦山安全高效益生產，有效降低炮煙中的有毒氣體對職工人身安全健康的傷害具有重要的經濟效益和社會效益；礦山采場及巷道掘進工作面所需的風量應按下列方法計算：①按炸藥消耗量計算風量；②按掘進巷道內的最多人數計算風量；③局部通風機實吸入風量；按允許風速計算，并取其中最大值，作為供風標準；其中按每千克炸藥不小于25m3·min-1計算的排除炮煙需風量；若計算的風量比實際所需風量大，將造成風量浪費，增加礦井通風電費，增加通風成本，若計算風量比實際所需風量小，將不能保證工作面的安全生產，造成各種有毒氣體濃度超限，給礦井安全生產帶來威脅；如今的掘進工作面需風量的計算在某些方面不合理，從而導致按公式計算所需風量與安全生產不符，對按炮后排除炮煙計算工作面需風量公式等問題進行探討。

1 按一次爆破最大炸藥消耗量計算掘進工作面需風量

1.1 按一次爆破最大炸藥消耗掘進工作面需風量計算式為

式中Q-計算掘進工作面實際所需的風量，m3/min

A-掘進工作面一次爆破最大炸藥用量，kg

采用Q=25A來計算的掘進工作面的風量雖然比較簡易，而該公式對于掘進巷道距離較短，斷面小，放炮時所用的炸藥量較小的巷道；特別是針對長距離大斷面的巷道采用此公式計算出來的數值較大，就會在一定的程度上制約了掘進效率；若以此公式來選用功率較大的風機及相配套的風筒；風量風速大能夠稀釋排出有害氣體，風速大將粉塵揚起，在一定程度上給作業環境帶來不利影響，該公式計算掘進工作面按一次起爆最多炸藥量計算風量就顯得不合理、不科學。

1.2 按炮后排除炮煙計算掘進工作面需風量

目前一直沿用的蘇聯學者B.H沃洛寧公式；B.H沃洛寧根據“紊流形變”原理導出的計算公式（壓入式）：

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

t-通風時間，min；一般取15min～30min；A-掘進工作面一次爆破最大炸藥用量，kg；p-風筒進出風量比，即局部通風機風量與風筒末端風量之比，一般取1.3；C-通風所達到的允許濃度，%；S-掘進巷道的斷面，m2；L-巷道通風長度，m；當掘進巷道距離比較長，L應取值為L稀，L稀=400A/S；

上述公式L值即為巷道的長度，當掘進長度較長時，炮煙在巷道中向前流動過程中因礦山采場及巷道各點的風速分布不均勻產生的紊流變形，炮煙在流動過程中不斷被巷道中的新鮮空氣混合，未到達巷道口已經被稀釋到允許的濃度，從掘進工作面到允許濃度的距離稱為炮煙稀釋安全長度（L?。?，上述公式L值應該取L稀來計算掘進工作面所需風量。

其中，A-掘進工作面一次爆破最大炸藥用量，kg

S-掘進巷道的斷面，m2；

1.3 工程實例

貝勒礦副斜井延伸設計長度為980m，獨頭壓入式通風最大距離1020m，巷道斷面為10.98m2，風筒進出風量比按1.3考慮，每班掘進進尺為1.7m，一次爆破使用炸藥量為19.6kg，放炮后通風時間為20min，計算壓入式通風排出炮煙掘進工作面所需的風量Q：

通過風速驗算，9×S≤Q掘≤240×S，風速為0.49m/s，符合《煤礦安全規程》規定。

貝勒礦主斜井延伸設計長度為980m，獨頭壓入式通風最大距離1020m，巷道斷面為20.15m2，風筒進出風量比按1.3考慮，每班掘進進尺為1.7m，一次爆破使用炸藥量為34.2kg，放炮后通風時間為20min，計算壓入式通風排出炮煙掘進工作面所需的風量Q：

通過風速驗算，9×S≤Q掘≤240×S，風速為0.48m/s，符合《煤礦安全規程》規定。

德科礦主平硐設計長度為420m，巷道斷面為38m2，風筒進出風量比按1.3考慮，一次爆破使用炸藥量為182kg，放炮后通風時間為20min，計算壓入式通風排出炮煙掘進工作面所需的風量Q：

（1）L稀=400A/S=1915m＞420m，即L稀=420m，

（2）m3/min=583.2 m3/min

通過風速驗算，9×S≤Q掘≤240×S，風速為0.17 m/s符合《煤礦安全規程》規定。

工程實例說明，根據公式建立的基礎來分析，風流從風筒排出，形成紊流擴散，稀釋炮煙并且同時將炮煙向巷道口排除；當此L＜L稀時，當量CO濃度未到安全濃度0.0024%時，炮煙就被排出巷道口外，當L＞L稀時，炮煙中的有毒氣體靠稀釋將CO濃度到達安全濃度。就目前各廠家給出的三級礦井許用乳化炸藥主要性能指標中，執行GB18095-2000標準，有毒氣體含量b≤80L/kg，這說明這個指標是個變量，而不是一個定量；在計算過程中有毒氣體含量要取最大值80L/kg，若廠家給出的三級礦井許用乳化炸藥有毒氣體含量不同。在計算過程中取值就不同；通過以上實例，按炮后排除炮煙計算工作面需風量公式計算，風量能夠在一定的距離，能夠在20min內將炮煙中的有毒氣體稀釋到達安全濃度。

2 結語

采用炮后排除炮煙計算掘進工作面需風量的計算公式，當掘進距離比較長時，利用L稀=400A/S的取值，應根據工作面的實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。通過計算公式在選取局部通風機時，要從各方面因素考慮，要考慮到通過計算所得的風量符合規定的風量、風速；在對礦山采場及巷道通風設計和作業規程中，必須對此作詳細驗算，即從安全效益方面和經濟效益方面綜合考慮，這樣才能產生安全效益和經濟效益。