火鋪礦230705回風巷通風設計與技術研究

＊盧遠福

（畢節中城能源有限責任公司 貴州 553100）

隨著我國經濟的快速發展，礦山的規模也日益擴大，這就要求礦山的技術水平必須得到極大的改善。為了滿足這一需求，必須對礦山的各項技術指標進行全面的優化，特別是對于礦山的通風系統。隨著技術的不斷發展，我國在礦井通風方面已經取得了顯著的進步，但仍有許多進步空間，需要對整個工作流程進行優化和革新[1-3]，以提高效率和質量。簡而言之，礦井通風是一種使用先進技術和完備的設施，將污染的空氣抽離，并向礦山內部提供清潔的空氣。采礦活動對于工作人員來說是極其危險的，因為他們必須在狹窄的空間里持續勞動，而且缺乏良好的空氣循環，使得地下的氧氣濃度急劇減少，此外，還會產生對他們的健康造成嚴重威脅的有毒氣體和粉塵，甚至引發呼吸道疾病。如果不能及時排除井下易燃易爆氣體，遇到明火、火花、靜電等，就會發生爆炸事故，威脅礦山生產安全。因此，在采礦生產過程中，必須做好通風工作[4]。

本文以火鋪礦230705回風巷為工程背景進行通風設計，分析通風技術運用對礦山生產帶來的改變，以及技術運用中的實際問題，為今后類似的問題提供指導經驗與現場實例[5]。

1.地質背景

火鋪礦230705回風巷位于井下23采區，巷道頂板標高為+1449.2～+1438.9m，地面標高為+2162.0～+2028.0m，埋深為589.1～712.8m。230705回風巷從聯絡巷S23點前57.1m變向按146°39′53″的方位施工166m，再變向按158°25′43″的方位施工259m，總工程量425m。230705回風巷為沿空掘巷（沿2373運輸巷掘進），且全部處于上保護層2333里采面、230305里采面保護范圍內掘進。該工程在掘進期間，無老窯水、鉆孔水、斷層構造水、巖溶水及陷落柱水，但存在上覆5#煤層的2353里采空區積水，+1497.4m積水標高預計積水量為3522.5m3、本煤層上區段2373里采空區積水，+1453.4m積水標高預計積水量為10430.4m3，230705里風巷聯絡巷從S23點前3.7m位置起，需施工探放水鉆孔探放采空區積水，并經驗證無水患后，方可往前掘進；掘進期間，需在迎頭安設滿足排水能力的水泵及排水管路；必須確保排水設備正常運轉，及時排出生產積水和頂板淋水，確保安全生產（圖1）。

圖1 工作面布置圖

2.回風巷通風設計與技術

(1)瓦斯涌出量預計

經測定，7#煤層最初瓦斯含量最大值為10.1041 m3/t，230705回風巷為沿空掘巷（沿2373里運巷掘進），且全部處于上保護層2333里采面、230305里采面保護范圍內掘進，瓦斯得到充分釋放，釋放率按80%進行計算得瓦斯含量為10.1041×（1-80%）=2.0208m3/t。

按照日進尺9m計算，煤層厚度2m，煤的密度按1.45t/m3，工作面斷面按照24.01m2，則工作面落煤最大瓦斯涌出量為qL=2.020×1.45×24.01×9/24/60=0.44m3/min。

煤壁瓦斯涌出量計算：

式中：Q—掘進巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；D—暴露煤壁面周邊長度，D取4m；V—巷道平均掘進速度，m/min；L—巷道長度，m；q0—煤壁瓦斯涌出強度，m3/(m2·min)。

式中：W0—煤層原始瓦斯含量，m3/min；Vr—煤層揮發分，取32.51%。

綜上所述，根據230705回風巷掘進工作面的實際情況，當230705回風巷聯絡巷風量540m3/min，回風流瓦斯含量達到0.14%，因此，230705回風巷聯絡巷煤壁瓦斯涌出量為0.76m3/min，即230705回風巷掘進期間瓦斯涌出量為：

0.44+0.61+0.76=1.81m3/min。

(2)二氧化碳涌出量預計

根據我礦煤巷掘進過程中二氧化碳涌出量統計，二氧化碳涌出量最大值為0.3m3/min，故230705回風巷掘進期間二氧化碳涌出量取最大值0.3m3/min。

(3)通風方式

230705回風巷在掘進過程中，采用局部通風機壓入式通風來提供良好的空氣流動。

(4)配風量計算

根據瓦斯涌出量、二氧化碳排放量、工人所需風量、局部通風機實際吸入風量等規定進行計算，取其最大值。

①按照瓦斯涌出量計算

式中：Q掘—掘進工作面實際需風量，m3/min；qCH4—掘進工作面經過瓦斯抽采之后的瓦斯涌出量，m3/min；KCH4—本工作面為綜掘工作面，因此取2.0。

則Q掘=100×1.81×2.0=386m3/min。

②按照二氧化碳排放量計算

式中：qCO2—取0.3m3/min；KCO2—掘進工作面二氧化碳排出不均勻的備用風量系數，取1.5。

則Q掘=67×0.3×1.5=31m3/min。

③按人數計算

式中：N—掘進工作面同時工作的最多人數，取18人。

則Q掘=4×18=72（m3/min）。

④掘進工作面需風量

根據計算取掘進工作面需風量為402m3/min。

⑤按局部通風機吸風量計算

根據《煤礦礦井風量計算方法》（MT/T 634—2019），安裝局部通風機巷道按煤巷和半煤巷掘進計算需要風量：

式中：Qs—局部通風機在掘進工作面上的實際吸入風量和安裝局部通風機的巷道中的風量要滿足局部通風機吸入風量。防止局部通風機吸收循環空氣，氣流在此距離內停止，造成瓦斯積聚；掘進工作面設計選用NO6.3/2×30kW的對旋式局部通風機，額定風量320～630m3/min，開啟兩節運轉時實際吸風量取558m3/min計算。I—掘進工作面同時運行的局部通風機數量。S—局部通風機安設地點與回風出口之間的巷道凈斷面面積，10m2。

Qd＝QsI+15S=558×1+15×10=708m3/min。

按風速驗算，根據《煤礦安全規程》規定煤巷掘進工作面的風量應滿足：

式中：S—掘進工作面巷道掘進斷面。

0.25×60×24.01=361≤386≤240×24.01=5763

根據計算滿足要求。

(5)局部通風機及風筒選型

①局部通風機選型

按下式計算：

式中：Q局—局部通風機的吸風量；Q掘—掘進工作面需要的需風量；Ki—風筒漏風系數，見表1。

表1 風筒漏風系數表

230705回風巷設計長度425m，實際最大通風距離為1000～1500m，則Ki=1.10。

故：Q局=1.10×386=425m3/min。

根據計算結果，參照“局部通風機主要技術參數表”及我礦實際，選用NO6.3/2×30kW對旋式局部通風機，見表2。

表2 局部通風機主要技術參數表

②風筒選型

根據巷道的最大斷面和我礦的實際情況，風筒直徑選用Φ800mm柔性阻燃風管。

(6)局部通風機安裝位置及要求

①位置：根據23采區通風系統現狀，該掘進工作面在施工過程中，局部通風機安裝在233運輸石門。

②要求：A.在進風巷道內，必須設置與掘進巷道的回風口距離不能少于10m的壓入式局部通風機。B.局部風機安裝位置與回風出口之間的巷道中的最小風速不能小于0.25m/s。C.安裝使用的局部通風機應懸掛或支承在離地0.3m以上。D.局部通風機應為兩臺風機、兩臺電源，并能實現自動切換。E.主備風機應采用等直徑的轉換三通連接，轉換三通應選用我礦山自制的軟式三通，三通全長4.8m，前端長度2.0m，與主備風機相連的兩側各為2.0m和2.8m，安裝在風機后第一條風筒位置，當風機運轉時，轉換三通要緊密，不能有任何漏風現象。

(7)風筒敷設

風筒敷設路線：233運輸石門→233集中巷→230705回風巷聯絡巷→230705回風巷。

(8)瓦斯電、風電閉鎖

①瓦斯電閉鎖。230705回風巷在施工過程中，當T1、T2瓦斯傳感器中的任意一個達到1.0%或T4達到0.5%時，必須能夠自動切斷230705回風巷及其回風流系統中所有非本質安全型電氣設備的電源。

②風電閉鎖。當230705回風巷中的主風機停止運轉或者當風筒傳感器監測到傳感器內無風時，能夠立即自動切斷230705回風巷及其回風流系統中所有非本質安全型電氣設備的電源。

3.通風設計存在的問題及對策

（1）無法及時更新通風設施。煤礦工程的開采時間較長，許多通風設施可能因長期使用而老化。為了最大限度地節約成本，加上企業內部缺乏專業的技術人員，一些煤礦企業無法及時對設備進行維護和更換。使煤礦開采存在嚴重的安全隱患。企業應加大投資，提高設備安全防護設施的性能[6]。

（2）通風安全管理水平普遍不高。煤礦企業缺乏專門的通風安全管理人員。雖然企業內部設置了相關的崗位，但是這些崗位上的員工并沒有接受過專業的、系統的培訓。因此，有必要加強對從事該領域工作人員的專業培訓，以確保通風安全管理工作的順利實施和開展。

（3）井下工作人員安全意識淡薄。煤礦企業除了需要為井下作業人員提供安全的工作環境外，井下作業人員還應提高自身的安全意識水平。但對于井下作業人員來說，他們在通風安全管理方面的安全意識相對較弱，缺乏相關的工作經驗。應加強對員工的安全意識培訓，打造安全生產的思想防線，增強員工的自我保護意識和能力。

（4）智能通風關鍵問題尚未解決。雖然智能通風技術的研究已經取得了很多成果，但仍有一些關鍵問題還沒有得到解決，阻礙了智能通風的發展和應用，主要表現如下：

①傳統的機械式風速儀易發生損壞。在測風過程中，由于測風人員的運動，容易影響被測段氣流的穩定性，且各點風速發生變化，導致測量數據不準確。②在通風系統分析過程中，需要進行通風網絡計算來評估其狀態，但通風網絡的實時計算問題尚未得到解決。③礦井通風系統在調整過程中，需要提前計算所需風量，因此需要建立可靠的所需風量計算方法。在提前計算礦井需風量時，需要采用智能方法，實現對各用風點用風量的提前預測。然而，網絡優化和調節軟件不支持先進的風量控制設施[7]。

4.結語

總而言之，礦井通風的核心任務是“一通三防”。只有采用最科學合理的通風方案，才能不斷地為礦井提供新鮮空氣，盡可能地避免礦井事故的發生。隨著最近幾年煤炭企業生產規模的不斷擴大，安全問題需要引起足夠的重視，這樣才能夠面對其存在的問題，注重井下通風安全設計，以實現安全生產的目標。