李 雄

（山西焦煤汾西礦業(yè)水峪公司，山西 孝義 032300）

水峪煤業(yè)新設(shè)計(jì)采區(qū)八采區(qū)，位于霍西煤田汾西礦區(qū)水峪井田，采區(qū)總面積為3.03km2，現(xiàn)八采區(qū)布置有1個(gè)回采工作面、3個(gè)開掘面。該采區(qū)采用分區(qū)式通風(fēng)方式、抽出式通風(fēng)方法，八采區(qū)進(jìn)風(fēng)井為后河副斜井，回風(fēng)井為后河回風(fēng)立井，進(jìn)風(fēng)量為3379m3/min，回風(fēng)量為3448m3/min。81101工作面南距后河煤礦約800m，該工作面可采長度710m，傾斜長153m，面積147915m2，煤層厚度平均7m，煤層傾角3°～5°，該工作面所采煤層為太原組之10+11#煤層，工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為0.41m3/min，相對(duì)涌出量為0.40m3/t。煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性,煤的自燃傾向性等級(jí)Ⅱ級(jí)，屬自燃煤層。本文針對(duì)水峪煤礦81101工作面采用均壓通風(fēng)防滅火進(jìn)行設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)。

水峪煤礦使用抽出式通風(fēng)方法，81101工作面周邊采空區(qū)、上覆層采空區(qū)相互貫通，造成回采期間漏風(fēng)較大、上隅角有害氣體增大、氧氣降低、一氧化碳異常涌出，對(duì)礦井的防滅火工作造成了很大的壓力。為解決上述問題，現(xiàn)對(duì)水峪煤礦81101工作面采用均壓通風(fēng)防滅火進(jìn)行研究，為同類型礦井通風(fēng)防滅火提供有益借鑒。

1 均壓通風(fēng)風(fēng)量設(shè)計(jì)

（1）按氣象條件計(jì)算

式中：

V采-設(shè)計(jì)開采工作面風(fēng)速，取1.0m/s；

S采-設(shè)計(jì)開采工作面的有效面積，面積按最大與最小控頂距兩者的平均值計(jì)算，取11.5m2；

K采高-工作面可以進(jìn)行調(diào)整的采高系數(shù)，取1.2；

K采面長-工作面可以進(jìn)行調(diào)整的長度系數(shù)，取1.2；

70%-有效通風(fēng)斷面系數(shù)[1-3]；

60-單位換算產(chǎn)生的系數(shù)。

（2）按二氧化碳涌出量計(jì)算

式中：

q-CO2絕對(duì)涌出量，根據(jù)實(shí)測(cè)為q=0.9m3/min；

K-CO2涌出不均衡系數(shù)，取K=1.6。

（3）按照工作面一共同時(shí)需要工作的最多人數(shù)計(jì)算

式中：

N-一個(gè)工作面同時(shí)可以最多工作的人數(shù)，取N=72。

（4）按瓦斯涌出量計(jì)算

式中：

Q采-回采工作面實(shí)際需要風(fēng)量，m3/min；

q采-工作面開采中瓦斯的絕對(duì)涌出量，q采=0.41m3/min；

KCH4-采煤過程中工作面瓦斯涌出的不均衡系數(shù)，取1.7。

根據(jù)以上計(jì)算，選取最大值確定工作面最大風(fēng)量為Q=696m3/min。

（5）按工作面開采中風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算

①驗(yàn)算所需要的最小風(fēng)量：

②驗(yàn)算所需要的最大風(fēng)量

式中：

S最大-開采工作面能承受的最大控頂面積，m2；

L最大-開采工作面最大的控頂距，m；

H采高-開采工作面真實(shí)的采高，m；

S最小-開采工作面能承受的最小控頂面積，m2；

L最小-開采工作面最大的控頂距，m；

0.25 -開采過程中工作面允許的最小的風(fēng)速，m/s；

70%-通風(fēng)斷面的有效系數(shù)；

4.0 -開采過程中工作面允許的最大的風(fēng)速，m/s。

通過上述驗(yàn)算，185.85 m3/min＜Q采＜2570.4m3/min，故本工作面實(shí)際需風(fēng)量Q采滿足工作面風(fēng)速要求，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

2 調(diào)壓風(fēng)機(jī)選型及配套風(fēng)筒

2.1 風(fēng)量范圍選擇

（1）風(fēng)筒出口風(fēng)量確定

式中：

Q出-調(diào)壓風(fēng)機(jī)工作時(shí)風(fēng)筒出口的風(fēng)量，m3/min；

Q面-工作面開采中需要用到的風(fēng)量，m3/min；

Q返-調(diào)壓風(fēng)機(jī)風(fēng)筒出口向調(diào)壓風(fēng)門及相關(guān)聯(lián)巷方向返回風(fēng)量，取100m3/min；

S—調(diào)壓風(fēng)機(jī)到風(fēng)筒出口以及和其他相關(guān)聯(lián)巷道的最大斷面，m2。

（2）調(diào)壓風(fēng)機(jī)選型時(shí)風(fēng)量確定

（調(diào)壓風(fēng)機(jī)最小風(fēng)量+調(diào)壓風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量）/2≥Q出

根 據(jù) 計(jì) 算 得，Q出為 796m3/min， 選 擇FBDNO.8.0型2×55kW局部通風(fēng)機(jī)，額定吸風(fēng)量為 640～1000m3/min。

（1000+640）/2=820≥Q出

81101材料巷、運(yùn)輸巷風(fēng)速驗(yàn)算：

最小風(fēng)量：15S=15×12.04=180.6m3/min；

最大風(fēng)量：240S=240×12.04=2889.6m3/min。

其中：

S-81101材料巷、運(yùn)輸巷斷面積，取12.04m2。

15S＜Q采＜240S，故符合規(guī)程要求。

2.2 調(diào)壓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓范圍確定

（1）工作面最大調(diào)壓值確定

式中：

P1、P2-開采工作面起點(diǎn)和終點(diǎn)兩點(diǎn)的絕對(duì)靜壓，P1取 710Pa，P2取 700Pa；

Z1、Z2-所測(cè)兩點(diǎn)的標(biāo)高，分別取810m、800m；

g-重力加速度，取9.8m/s2；

h自-工作面漏風(fēng)處的自然風(fēng)壓，在冬天與地面的通風(fēng)方式大致相同，夏季反之，春天與秋天方向不確定，一般最大為100～200Pa；

每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空氣密度按以下公式確定：

式中：

p-測(cè)點(diǎn)空氣的絕對(duì)靜壓或大氣壓力，Pa；

t-測(cè)點(diǎn)空氣的溫度，℃。

經(jīng)計(jì)算h=237Pa。

（2）調(diào)壓風(fēng)機(jī)確定

FBDNO.8.0型2×55kW局部通風(fēng)機(jī)

（調(diào)壓風(fēng)機(jī)最小風(fēng)量+調(diào)壓風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量）/2=820m3/min≥Q出

風(fēng)量及風(fēng)壓均符合要求。

（3）風(fēng)機(jī)切換及閉鎖

主、副調(diào)壓風(fēng)機(jī)電源取自八采一段變電所不同母線段高開移變專用電源，且風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換裝置靈敏可靠，根據(jù)《汾西礦業(yè)集團(tuán)公司均壓通風(fēng)技術(shù)管理標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定調(diào)壓主副風(fēng)機(jī)每天必須進(jìn)行一次切換運(yùn)行，確保調(diào)壓風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行，故綜采隊(duì)組電鉗工每天需對(duì)調(diào)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行一次切換，并負(fù)責(zé)調(diào)壓風(fēng)機(jī)的日常保養(yǎng)、維護(hù)、檢修。

（4）風(fēng)機(jī)安設(shè)

81101材聯(lián)巷安設(shè)兩臺(tái)55kW×2調(diào)壓風(fēng)機(jī)，且風(fēng)筒出口通過風(fēng)門返回的風(fēng)量必須符合最低風(fēng)速要求，嚴(yán)禁出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)。

（5）風(fēng)筒選型

水峪煤礦選用2×55kW的調(diào)壓風(fēng)機(jī)，直徑為1000mm的風(fēng)筒。

3 調(diào)壓風(fēng)機(jī)位置及風(fēng)筒吊掛方式

3.1 調(diào)壓風(fēng)機(jī)位置

調(diào)壓風(fēng)機(jī)通過81101材巷（現(xiàn)場(chǎng)位置已標(biāo)定）內(nèi)起吊錨桿上進(jìn)行吊掛安裝，并通過三通相連。風(fēng)機(jī)距離地大于0.3m，距軌道大于0.5m，距回風(fēng)口不小于10m，且吸風(fēng)口前5m內(nèi)不得有任何障礙物，吸風(fēng)口前的風(fēng)流要保持暢通無阻且要避開產(chǎn)塵源。

3.2 風(fēng)筒長度

為了有效達(dá)到漏風(fēng)通道始末均壓目的，并根據(jù)81101現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定風(fēng)筒長度為120m。

3.3 風(fēng)筒材質(zhì)

81101工作面調(diào)壓風(fēng)機(jī)所使用的風(fēng)筒為硬質(zhì)風(fēng)筒，通過鋼絞線進(jìn)行吊掛，在穿過調(diào)壓風(fēng)門時(shí)必須使用鐵質(zhì)風(fēng)筒，風(fēng)筒通過風(fēng)門墻長度為2～5m，風(fēng)筒要延續(xù)連接至材料巷最里一道風(fēng)門往里10m處。

4 調(diào)壓風(fēng)門及調(diào)節(jié)風(fēng)窗設(shè)置

4.1 調(diào)壓風(fēng)門的確定

（1）風(fēng)門墻垛

81101材、運(yùn)兩巷內(nèi)各砌筑三道調(diào)壓風(fēng)門墻，墻體厚度為500mm，墻垛使用磚進(jìn)行砌筑，且施工時(shí)必須對(duì)頂、底及兩幫掏槽，巖巷掏槽深度不小于200mm，煤巷掏槽深度不小于500mm，并見實(shí)幫、實(shí)頂、實(shí)底，砌筑后必須四周抹不少于100mm寬的裙邊，以防漏風(fēng)，且必須用水泥全部抹面。

（2）風(fēng)門

在選定的位置安裝調(diào)壓風(fēng)門，81101運(yùn)巷調(diào)壓風(fēng)門為木質(zhì)風(fēng)門，規(guī)格為1.5×2m，厚度不得小于20mm；81101材巷調(diào)壓風(fēng)門為鐵質(zhì)的無壓風(fēng)門，規(guī)格為2.8×2.5m，風(fēng)門鐵板厚度不小于3mm，四周用角鐵或扁鐵作框架，且兩道風(fēng)門之間的距離不得小于一列礦車的長度，風(fēng)門安設(shè)完好后，必須在風(fēng)門下設(shè)底坎，以減少下部漏風(fēng)且風(fēng)門前方必須安設(shè)防撞設(shè)施，避免撞壞風(fēng)門。

4.2 調(diào)節(jié)風(fēng)窗的確定

（1）調(diào)節(jié)風(fēng)窗設(shè)置

81101工作面風(fēng)門墻上，不得用填放磚塊、料石及其他物體的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，且81101運(yùn)輸巷的調(diào)節(jié)風(fēng)門位置的皮帶必須用專用的擋皮進(jìn)行封閉，進(jìn)而使其具備溜子功能，以便風(fēng)量的調(diào)節(jié)，進(jìn)而減少漏風(fēng)。

（2）調(diào)節(jié)風(fēng)窗計(jì)算

根據(jù)通風(fēng)學(xué)中通風(fēng)阻力定律h=RQ2，結(jié)合風(fēng)流流經(jīng)窗口時(shí)斷面突然發(fā)生縮小或者擴(kuò)大變化，根據(jù)流體力學(xué)的理論，調(diào)節(jié)風(fēng)窗窗口面積的計(jì)算公式如下：

式中：

S窗-所需調(diào)節(jié)風(fēng)窗通過風(fēng)窗口的通風(fēng)面積，m2；

Q-所需調(diào)節(jié)風(fēng)窗通過風(fēng)窗口的通風(fēng)量，m3/s；

S-安裝調(diào)節(jié)風(fēng)窗時(shí)巷道面積，m2；

h窗-通過調(diào)節(jié)窗的通風(fēng)阻力，Pa；

經(jīng)計(jì)算得：

因?qū)嶋H中影響因素較多，上述公式只是基本公式，具體窗口的面積還需根據(jù)工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)的變化來調(diào)整。工作面通風(fēng)示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 工作面全風(fēng)壓通風(fēng)示意圖

圖2 工作面均壓通風(fēng)示意圖

5 效果評(píng)價(jià)分析

通過對(duì)均壓系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)用可知，當(dāng)工作面材、運(yùn)兩巷調(diào)壓設(shè)施都完好，且對(duì)調(diào)壓風(fēng)機(jī)正常切換時(shí)，能有效地達(dá)到工作面與采空區(qū)壓力平衡，工作面漏風(fēng)量最大為15m3/min，氧氣體積分?jǐn)?shù)在18.5%左右，且無有毒有害氣體涌出的現(xiàn)象；當(dāng)停用均壓通風(fēng)系統(tǒng)后，以1h為分界線，1h內(nèi)工作面各類氣體濃度及漏風(fēng)量幾乎不變，1h以后工作面出現(xiàn)漏風(fēng)量增大、氧氣濃度迅速下降、一氧化碳?xì)怏w涌出的現(xiàn)象。

至此，通過對(duì)水峪煤礦81101工作面采用均壓通風(fēng)防滅火系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，解決了工作面漏風(fēng)、氧氣濃度低等問題，同時(shí)也為工作面的防滅火工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6 結(jié)論

本文通過對(duì)水峪煤礦81101工作面進(jìn)行工作面風(fēng)量計(jì)算、調(diào)壓風(fēng)機(jī)選型及配套風(fēng)筒、調(diào)壓風(fēng)機(jī)位置及風(fēng)筒吊掛方式、調(diào)壓風(fēng)門及調(diào)節(jié)風(fēng)窗設(shè)置研究與分析，設(shè)計(jì)了工作面的通風(fēng)方式，并通過風(fēng)量指標(biāo)進(jìn)行了評(píng)價(jià)驗(yàn)證，表明該設(shè)計(jì)合理，確保了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定、合理、可靠。