＊盧遠(yuǎn)福

（畢節(jié)中城能源有限責(zé)任公司 貴州 553100）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦山的規(guī)模也日益擴(kuò)大，這就要求礦山的技術(shù)水平必須得到極大的改善。為了滿(mǎn)足這一需求，必須對(duì)礦山的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行全面的優(yōu)化，特別是對(duì)于礦山的通風(fēng)系統(tǒng)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)在礦井通風(fēng)方面已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，但仍有許多進(jìn)步空間，需要對(duì)整個(gè)工作流程進(jìn)行優(yōu)化和革新[1-3]，以提高效率和質(zhì)量。簡(jiǎn)而言之，礦井通風(fēng)是一種使用先進(jìn)技術(shù)和完備的設(shè)施，將污染的空氣抽離，并向礦山內(nèi)部提供清潔的空氣。采礦活動(dòng)對(duì)于工作人員來(lái)說(shuō)是極其危險(xiǎn)的，因?yàn)樗麄儽仨氃讵M窄的空間里持續(xù)勞動(dòng)，而且缺乏良好的空氣循環(huán)，使得地下的氧氣濃度急劇減少，此外，還會(huì)產(chǎn)生對(duì)他們的健康造成嚴(yán)重威脅的有毒氣體和粉塵，甚至引發(fā)呼吸道疾病。如果不能及時(shí)排除井下易燃易爆氣體，遇到明火、火花、靜電等，就會(huì)發(fā)生爆炸事故，威脅礦山生產(chǎn)安全。因此，在采礦生產(chǎn)過(guò)程中，必須做好通風(fēng)工作[4]。

本文以火鋪礦230705回風(fēng)巷為工程背景進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)，分析通風(fēng)技術(shù)運(yùn)用對(duì)礦山生產(chǎn)帶來(lái)的改變，以及技術(shù)運(yùn)用中的實(shí)際問(wèn)題，為今后類(lèi)似的問(wèn)題提供指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例[5]。

1.地質(zhì)背景

火鋪礦230705回風(fēng)巷位于井下23采區(qū)，巷道頂板標(biāo)高為+1449.2～+1438.9m，地面標(biāo)高為+2162.0～+2028.0m，埋深為589.1～712.8m。230705回風(fēng)巷從聯(lián)絡(luò)巷S23點(diǎn)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(fēng)巷為沿空掘巷（沿2373運(yùn)輸巷掘進(jìn)），且全部處于上保護(hù)層2333里采面、230305里采面保護(hù)范圍內(nèi)掘進(jìn)。該工程在掘進(jìn)期間，無(wú)老窯水、鉆孔水、斷層構(gòu)造水、巖溶水及陷落柱水，但存在上覆5#煤層的2353里采空區(qū)積水，+1497.4m積水標(biāo)高預(yù)計(jì)積水量為3522.5m3、本煤層上區(qū)段2373里采空區(qū)積水，+1453.4m積水標(biāo)高預(yù)計(jì)積水量為10430.4m3，230705里風(fēng)巷聯(lián)絡(luò)巷從S23點(diǎn)前3.7m位置起，需施工探放水鉆孔探放采空區(qū)積水，并經(jīng)驗(yàn)證無(wú)水患后，方可往前掘進(jìn)；掘進(jìn)期間，需在迎頭安設(shè)滿(mǎn)足排水能力的水泵及排水管路；必須確保排水設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)排出生產(chǎn)積水和頂板淋水，確保安全生產(chǎn)（圖1）。

圖1 工作面布置圖

2.回風(fēng)巷通風(fēng)設(shè)計(jì)與技術(shù)

(1)瓦斯涌出量預(yù)計(jì)

經(jīng)測(cè)定，7#煤層最初瓦斯含量最大值為10.1041 m3/t，230705回風(fēng)巷為沿空掘巷（沿2373里運(yùn)巷掘進(jìn)），且全部處于上保護(hù)層2333里采面、230305里采面保護(hù)范圍內(nèi)掘進(jìn)，瓦斯得到充分釋放，釋放率按80%進(jìn)行計(jì)算得瓦斯含量為10.1041×（1-80%）=2.0208m3/t。

按照日進(jìn)尺9m計(jì)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(jì)算：

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

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

綜上所述，根據(jù)230705回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面的實(shí)際情況，當(dāng)230705回風(fēng)巷聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)量540m3/min，回風(fēng)流瓦斯含量達(dá)到0.14%，因此，230705回風(fēng)巷聯(lián)絡(luò)巷煤壁瓦斯涌出量為0.76m3/min，即230705回風(fēng)巷掘進(jìn)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(yù)計(jì)

根據(jù)我礦煤巷掘進(jìn)過(guò)程中二氧化碳涌出量統(tǒng)計(jì)，二氧化碳涌出量最大值為0.3m3/min，故230705回風(fēng)巷掘進(jìn)期間二氧化碳涌出量取最大值0.3m3/min。

(3)通風(fēng)方式

230705回風(fēng)巷在掘進(jìn)過(guò)程中，采用局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)來(lái)提供良好的空氣流動(dòng)。

(4)配風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)瓦斯涌出量、二氧化碳排放量、工人所需風(fēng)量、局部通風(fēng)機(jī)實(shí)際吸入風(fēng)量等規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，取其最大值。

①按照瓦斯涌出量計(jì)算

式中：Q掘—掘進(jìn)工作面實(shí)際需風(fēng)量，m3/min；qCH4—掘進(jìn)工作面經(jīng)過(guò)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(jì)算

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

則Q掘=67×0.3×1.5=31m3/min。

③按人數(shù)計(jì)算

式中：N—掘進(jìn)工作面同時(shí)工作的最多人數(shù)，取18人。

則Q掘=4×18=72（m3/min）。

④掘進(jìn)工作面需風(fēng)量

根據(jù)計(jì)算取掘進(jìn)工作面需風(fēng)量為402m3/min。

⑤按局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)《煤礦礦井風(fēng)量計(jì)算方法》（MT/T 634—2019），安裝局部通風(fēng)機(jī)巷道按煤巷和半煤巷掘進(jìn)計(jì)算需要風(fēng)量：

式中：Qs—局部通風(fēng)機(jī)在掘進(jìn)工作面上的實(shí)際吸入風(fēng)量和安裝局部通風(fēng)機(jī)的巷道中的風(fēng)量要滿(mǎn)足局部通風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)量。防止局部通風(fēng)機(jī)吸收循環(huán)空氣，氣流在此距離內(nèi)停止，造成瓦斯積聚；掘進(jìn)工作面設(shè)計(jì)選用NO6.3/2×30kW的對(duì)旋式局部通風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量320～630m3/min，開(kāi)啟兩節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際吸風(fēng)量取558m3/min計(jì)算。I—掘進(jìn)工作面同時(shí)運(yùn)行的局部通風(fēng)機(jī)數(shù)量。S—局部通風(fēng)機(jī)安設(shè)地點(diǎn)與回風(fēng)出口之間的巷道凈斷面面積，10m2。

Qd＝QsI+15S=558×1+15×10=708m3/min。

按風(fēng)速驗(yàn)算，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定煤巷掘進(jìn)工作面的風(fēng)量應(yīng)滿(mǎn)足：

式中：S—掘進(jìn)工作面巷道掘進(jìn)斷面。

0.25×60×24.01=361≤386≤240×24.01=5763

根據(jù)計(jì)算滿(mǎn)足要求。

(5)局部通風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒選型

①局部通風(fēng)機(jī)選型

按下式計(jì)算：

式中：Q局—局部通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量；Q掘—掘進(jìn)工作面需要的需風(fēng)量；Ki—風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)表

230705回風(fēng)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度425m，實(shí)際最大通風(fēng)距離為1000～1500m，則Ki=1.10。

故：Q局=1.10×386=425m3/min。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，參照“局部通風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表”及我礦實(shí)際，選用NO6.3/2×30kW對(duì)旋式局部通風(fēng)機(jī)，見(jiàn)表2。

表2 局部通風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

②風(fēng)筒選型

根據(jù)巷道的最大斷面和我礦的實(shí)際情況，風(fēng)筒直徑選用Φ800mm柔性阻燃風(fēng)管。

(6)局部通風(fēng)機(jī)安裝位置及要求

①位置：根據(jù)23采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，該掘進(jìn)工作面在施工過(guò)程中，局部通風(fēng)機(jī)安裝在233運(yùn)輸石門(mén)。

②要求：A.在進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)，必須設(shè)置與掘進(jìn)巷道的回風(fēng)口距離不能少于10m的壓入式局部通風(fēng)機(jī)。B.局部風(fēng)機(jī)安裝位置與回風(fēng)出口之間的巷道中的最小風(fēng)速不能小于0.25m/s。C.安裝使用的局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)懸掛或支承在離地0.3m以上。D.局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)為兩臺(tái)風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)電源，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。E.主備風(fēng)機(jī)應(yīng)采用等直徑的轉(zhuǎn)換三通連接，轉(zhuǎn)換三通應(yīng)選用我礦山自制的軟式三通，三通全長(zhǎng)4.8m，前端長(zhǎng)度2.0m，與主備風(fēng)機(jī)相連的兩側(cè)各為2.0m和2.8m，安裝在風(fēng)機(jī)后第一條風(fēng)筒位置，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)換三通要緊密，不能有任何漏風(fēng)現(xiàn)象。

(7)風(fēng)筒敷設(shè)

風(fēng)筒敷設(shè)路線(xiàn)：233運(yùn)輸石門(mén)→233集中巷→230705回風(fēng)巷聯(lián)絡(luò)巷→230705回風(fēng)巷。

(8)瓦斯電、風(fēng)電閉鎖

①瓦斯電閉鎖。230705回風(fēng)巷在施工過(guò)程中，當(dāng)T1、T2瓦斯傳感器中的任意一個(gè)達(dá)到1.0%或T4達(dá)到0.5%時(shí)，必須能夠自動(dòng)切斷230705回風(fēng)巷及其回風(fēng)流系統(tǒng)中所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的電源。

②風(fēng)電閉鎖。當(dāng)230705回風(fēng)巷中的主風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)或者當(dāng)風(fēng)筒傳感器監(jiān)測(cè)到傳感器內(nèi)無(wú)風(fēng)時(shí)，能夠立即自動(dòng)切斷230705回風(fēng)巷及其回風(fēng)流系統(tǒng)中所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的電源。

3.通風(fēng)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及對(duì)策

（1）無(wú)法及時(shí)更新通風(fēng)設(shè)施。煤礦工程的開(kāi)采時(shí)間較長(zhǎng)，許多通風(fēng)設(shè)施可能因長(zhǎng)期使用而老化。為了最大限度地節(jié)約成本，加上企業(yè)內(nèi)部缺乏專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，一些煤礦企業(yè)無(wú)法及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和更換。使煤礦開(kāi)采存在嚴(yán)重的安全隱患。企業(yè)應(yīng)加大投資，提高設(shè)備安全防護(hù)設(shè)施的性能[6]。

（2）通風(fēng)安全管理水平普遍不高。煤礦企業(yè)缺乏專(zhuān)門(mén)的通風(fēng)安全管理人員。雖然企業(yè)內(nèi)部設(shè)置了相關(guān)的崗位，但是這些崗位上的員工并沒(méi)有接受過(guò)專(zhuān)業(yè)的、系統(tǒng)的培訓(xùn)。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)從事該領(lǐng)域工作人員的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，以確保通風(fēng)安全管理工作的順利實(shí)施和開(kāi)展。

（3）井下工作人員安全意識(shí)淡薄。煤礦企業(yè)除了需要為井下作業(yè)人員提供安全的工作環(huán)境外，井下作業(yè)人員還應(yīng)提高自身的安全意識(shí)水平。但對(duì)于井下作業(yè)人員來(lái)說(shuō)，他們?cè)谕L(fēng)安全管理方面的安全意識(shí)相對(duì)較弱，缺乏相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)員工的安全意識(shí)培訓(xùn)，打造安全生產(chǎn)的思想防線(xiàn)，增強(qiáng)員工的自我保護(hù)意識(shí)和能力。

（4）智能通風(fēng)關(guān)鍵問(wèn)題尚未解決。雖然智能通風(fēng)技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很多成果，但仍有一些關(guān)鍵問(wèn)題還沒(méi)有得到解決，阻礙了智能通風(fēng)的發(fā)展和應(yīng)用，主要表現(xiàn)如下：

①傳統(tǒng)的機(jī)械式風(fēng)速儀易發(fā)生損壞。在測(cè)風(fēng)過(guò)程中，由于測(cè)風(fēng)人員的運(yùn)動(dòng)，容易影響被測(cè)段氣流的穩(wěn)定性，且各點(diǎn)風(fēng)速發(fā)生變化，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。②在通風(fēng)系統(tǒng)分析過(guò)程中，需要進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算來(lái)評(píng)估其狀態(tài)，但通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)計(jì)算問(wèn)題尚未得到解決。③礦井通風(fēng)系統(tǒng)在調(diào)整過(guò)程中，需要提前計(jì)算所需風(fēng)量，因此需要建立可靠的所需風(fēng)量計(jì)算方法。在提前計(jì)算礦井需風(fēng)量時(shí)，需要采用智能方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)各用風(fēng)點(diǎn)用風(fēng)量的提前預(yù)測(cè)。然而，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和調(diào)節(jié)軟件不支持先進(jìn)的風(fēng)量控制設(shè)施[7]。

4.結(jié)語(yǔ)

總而言之，礦井通風(fēng)的核心任務(wù)是“一通三防”。只有采用最科學(xué)合理的通風(fēng)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(fā)生。隨著最近幾年煤炭企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，安全問(wèn)題需要引起足夠的重視，這樣才能夠面對(duì)其存在的問(wèn)題，注重井下通風(fēng)安全設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標(biāo)。