江 帥，劉曉恒，張國(guó)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(jìn)過(guò)程中，很容易產(chǎn)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(duì)煤礦的安全生產(chǎn)構(gòu)成重大威脅。因此，從改善井下的作業(yè)狀況和安全裝備著手，研究安全、可靠、有效的通風(fēng)除塵技術(shù)，既能降低粉塵對(duì)工人身體健康的影響，又能為煤礦的安全生產(chǎn)提供保障。

1 掘進(jìn)通風(fēng)方法

煤礦掘進(jìn)通風(fēng)方法按通風(fēng)動(dòng)力形式不同分為局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)、礦井全風(fēng)壓通風(fēng)和引射器通風(fēng)3種。其中，局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)是煤礦巷道掘進(jìn)時(shí)最為常用的掘進(jìn)通風(fēng)方法。局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)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(fēng)。壓入式通風(fēng)的局部通風(fēng)機(jī)和啟動(dòng)裝置都位于新鮮風(fēng)流中，不易引起瓦斯和煤塵爆炸，安全性好，且具有風(fēng)筒出口風(fēng)流的有效射程長(zhǎng)、排煙能力強(qiáng)、工作面通風(fēng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)；但也存在污風(fēng)沿巷道排出、污染范圍大等缺點(diǎn)，主要適用于以排出瓦斯為主的煤巷、半煤巖巷掘進(jìn)通風(fēng)。

（2）抽出式通風(fēng)。抽出式通風(fēng)時(shí)污風(fēng)經(jīng)風(fēng)筒排出，掘進(jìn)巷道中為新鮮風(fēng)流，具有排煙時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)主要是風(fēng)筒吸入口的有效吸程短，因污風(fēng)由局部通風(fēng)機(jī)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(fēng)。

（3）混合式通風(fēng)?；旌鲜酵L(fēng)采用壓入式和抽出式聯(lián)合工作，其中采用壓入式向工作面供新風(fēng)，采用抽出式從工作面排出污風(fēng)?；旌鲜酵L(fēng)兼有抽出式與壓入式通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)，通風(fēng)效果好；其主要缺點(diǎn)是設(shè)備成本高、管理復(fù)雜，在壓入式與抽出式兩列風(fēng)筒重疊段巷道內(nèi)的風(fēng)量較小?；旌鲜酵L(fēng)適用于大斷面、長(zhǎng)距離巖巷掘進(jìn)施工。

2 掘進(jìn)工作面風(fēng)量的計(jì)算

由于大部分煤礦采用機(jī)械化掘進(jìn)，不消耗炸藥。因此，可按瓦斯涌出量、CO2涌出量與工作面人數(shù)分別計(jì)算，選取其中的最大值作為掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量，并按巷道通風(fēng)的最低、最高風(fēng)速要求進(jìn)行驗(yàn)算［3］。

（1）按瓦斯涌出量計(jì)算：

式中：Q——掘進(jìn)工作面實(shí)際需要風(fēng)量，m3／min；

q1——掘進(jìn)工作面瓦斯平均絕對(duì)涌出量，m3／min；

K——掘進(jìn)工作面?zhèn)溆蔑L(fēng)量系數(shù)，機(jī)掘工作面取K＝1.5～2.0。

（2）按CO2涌出量計(jì)算：

式中：q2——掘進(jìn)工作面 CO2平均絕對(duì)涌出量，m3／min。

（3）按工作面人數(shù)計(jì)算：

式中：N——掘進(jìn)工作面同時(shí)工作的最大人數(shù)。

（4）按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最低風(fēng)速，驗(yàn)算最小風(fēng)量：

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

Vmax——掘進(jìn)中的巖巷、半煤巖巷和煤巷規(guī)定的最高風(fēng)速，Vmax＝4m／s；

S——掘進(jìn)工作面巷道的凈斷面積，m2。

3 通風(fēng)設(shè)備的選擇

3.1 風(fēng)筒的選擇

目前，我國(guó)煤礦的局部通風(fēng)一般都采用柔性風(fēng)筒。風(fēng)筒直徑應(yīng)根據(jù)通風(fēng)距離和通過(guò)的風(fēng)量來(lái)考慮。一般單巷掘進(jìn)長(zhǎng)度在1000m以內(nèi)時(shí)，可選直徑為500mm以下的風(fēng)筒；長(zhǎng)度在1000m以上時(shí)，宜選用直徑600mm以上的風(fēng)筒［4］。為降低通風(fēng)阻力，應(yīng)盡可能采用較大直徑的風(fēng)筒。風(fēng)筒預(yù)選后，可按下列公式進(jìn)行驗(yàn)算：

式中：H——風(fēng)筒通風(fēng)總阻力，Pa；

h1——風(fēng)筒摩擦阻力，Pa；

h2——風(fēng)筒局部阻力，取摩擦阻力的10%，Pa；

a——風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)，NS2／m4；

L1——風(fēng)筒長(zhǎng)度，m；

P——風(fēng)筒凈斷面周長(zhǎng)，m；

S1——風(fēng)筒凈斷面面積，m2；

Qf——風(fēng)筒過(guò)風(fēng)量，m3／s。

3.2 局部通風(fēng)機(jī)的選擇

（1）局部通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量：

式中：Qj——局部通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量，m3／min；

ψ——風(fēng)筒漏風(fēng)備用系數(shù)；

n——風(fēng)筒數(shù)量，按照局部通風(fēng)機(jī)最大通風(fēng)距離選??；

η——單節(jié)風(fēng)筒漏風(fēng)率。

（2）局部通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓：

式中：Ht——局部通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓，Pa；

L——局部通風(fēng)機(jī)最大供風(fēng)距離，m；

R——風(fēng)筒百米風(fēng)阻，NS2／m8。

由上述方法求出Qj和Ht后，可按局部通風(fēng)機(jī)特性曲線或參數(shù)表選擇合適的局部通風(fēng)機(jī)。

3.3 風(fēng)筒出口與掘進(jìn)工作面的距離

式中：L2——風(fēng)筒出口與掘進(jìn)工作面的距離，m。

3.4 局部通風(fēng)機(jī)的安裝位置

局部通風(fēng)機(jī)的安裝位置應(yīng)滿足［5］：

（1）安裝位置在進(jìn)風(fēng)巷且該處的供給風(fēng)量要大于局部通風(fēng)機(jī)的吸入量；

（2）距掘進(jìn)巷道回風(fēng)口的距離不小于10m，距巷道底板的距離不小于0.3m；

（3）風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口之間的距離不得小于10m。

3.5 局部通風(fēng)機(jī)安裝位置所需風(fēng)量

式中：Q0——局部扇風(fēng)機(jī)安裝位置所需風(fēng)量，m3／min；

Q1——巷道內(nèi)最低風(fēng)速所需風(fēng)量，m3／min；Q2——局部通風(fēng)機(jī)的吸入風(fēng)量，m3／min；

S0——局部通風(fēng)機(jī)所在巷道的凈斷面積，m2；

4 通風(fēng)設(shè)備管理

（1）局部通風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒的安裝和使用必須符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定；

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

（3）局部通風(fēng)機(jī)設(shè)專人管理，設(shè)備要齊全，局部通風(fēng)機(jī)必須吊掛，使風(fēng)筒、風(fēng)機(jī)成直線布置，保證通風(fēng)順暢；杜絕出現(xiàn)無(wú)計(jì)劃停電、停風(fēng)現(xiàn)象；

（4）安排專人定期對(duì)巷道的通風(fēng)、除塵、隔爆等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

5 實(shí)際應(yīng)用及效果

根據(jù)以上計(jì)算公式，萬(wàn)利一礦31301輔運(yùn)順槽掘進(jìn)工作面選用兩臺(tái)FBD－N0.6.3／2×22局部通風(fēng)機(jī)（一臺(tái)備用），風(fēng)機(jī)電機(jī)額定功率為2×22kW，全風(fēng)量為346～547m3／min，工作風(fēng)壓800～5200 Pa，局部通風(fēng)機(jī)安裝在輔運(yùn)大巷距離31301－31302集中膠運(yùn)巷貫通口外不少于10m處，配套使用Φ1000mm柔性膠質(zhì)抗靜電阻燃風(fēng)筒。除塵系統(tǒng)采用奧鋼聯(lián)MB670掘錨機(jī)自帶的HCN300／1HY濕式除塵器，風(fēng)機(jī)電機(jī)額定功率為2×15kW，抽風(fēng)量為300m3／min，需水量30～60L／min。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，31301輔運(yùn)順槽掘進(jìn)工作面采用此種混合式通風(fēng)方式能夠保證掘進(jìn)工作面供風(fēng)充足，煤塵及瓦斯?jié)舛染诿旱V安全規(guī)程要求的范圍內(nèi)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足煤礦安全規(guī)程要求，保證了煤礦的安全、高效生產(chǎn)。

6 結(jié) 語(yǔ)

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

［1］ 張國(guó)樞，譚允禎，陳開(kāi)巖，等.通風(fēng)安全學(xué)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)出版社，2004.

［2］ 盧喜山，趙學(xué)雷，等.綜掘面新式機(jī)械綜合除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.煤礦安全，2007（8）：22－23.

［3］ 國(guó)家煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

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