长距离独巷掘进通风设计与实践

吕思福，方万点

（1.内蒙古包头鑫达黄金矿业有限责任公司，内蒙古包头 014000；2.湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南 长沙 410014）

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长距离独巷掘进通风设计与实践

吕思福1，方万点2

（1.内蒙古包头鑫达黄金矿业有限责任公司，内蒙古包头 014000；2.湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南 长沙 410014）

针对东柏树矿井下通风特定条件和现状，提出多机串联混合式通风，有效地克服了长距离独巷掘进导风筒风阻的损失，对其它非煤矿山井下长距离独头巷道通风具有参考价值。

矿井通风；多机串联混合式通风；长距离独巷

矿井开采过程中，经常要掘进独头巷道。由于独巷本身不能形成贯穿风流，因此独头巷道掘进过程中产生的各种有毒有害气体，粉尘等污染物聚集在工作面附近，一是工作面作业环境差，对工人身体健康造成极大危害；二是机械设备磨损快，腐蚀严重。局部通风是解决以上问题的经济有效的最常用方式。但由于长距离巷道施工作业面空间小、作业线路长、运输频繁等特殊性，使得长距离独头巷道通风与设备的合理利用等方面存在很大矛盾。本文以中国黄金集团内蒙古鑫达黄金矿业有限责任公司东柏树金矿818中段长距离独头掘进实践为例。针对井下长距离独头掘进通风特点和现状，对长距离独巷通风进行研究。

1 长距离独头掘进局部通风特点

长距离独头掘进过程中产生的各种有毒有害气体、粉尘等污染物聚集在独头掘进工作面附近，使独头巷道掘进过程中存在以下问题：（1）工作面作业环境差，对工人的身体健康造成极大危害；（2）机械设备磨损速度快，腐蚀严重，柴油机设备的运转效率低。通风除尘基数是解决以上问题的基本方式。但由于长距离独头掘进施工存在作业空间小，作业线路长，工作面不断变化，无轨运输频繁等特殊性，使得长距离掘进巷道的通风除尘与生产施工和电能的合理利用等方面存在着很大的矛盾。

长距离独头掘进局部通风存在的特点：排风距离长、维护难、风阻大、漏风大。

2 工程概况

内蒙古包头鑫达黄金矿业有限责任公司东柏树沟坑口，勘查范围极值地理坐标：东经109°29′52″～109°37′30″；北纬40°40′30″～40°43′00″。矿区周围交通条件十分方便，南距京－藏高速仅2 km，南距110国道3 km，距京兰铁路哈业胡同站5 km，南东距包头火车站35 km，包（头）－石（哈河）公路从矿区东缘通过。

东柏树沟坑口13号脉采用明竖井及平窿－盲竖井、盲斜井联合开拓方式，采矿方法多为浅孔留矿法，少数为房柱法和充填法，采场沿走向长50 m，高2 m，矿体厚度为2～4 m。现开采13号脉的作业区域目前主要集中在658～418 m中段，658以上13号脉已基本采完。根据最近地质勘察，818中段在原来老沿脉以北2 000 m左右有一条新矿脉，故需掘进长距离巷道通达该矿体，作用于探矿及采准，根据围岩的稳固性，巷道断面设计为三心拱形，掘进断面2.4 ×2.6 m。巷道掘进采用风动7655型凿岩机，硝铵、乳胶炸药爆破，装岩机出渣，电机车牵引矿车运输，废石倒入818中段采空区。

3 818中段长距离独头掘进通风方案

独头巷道掘进特点是只有一个出口。根据独巷掘进距离的不同，目前独巷掘进常采用如下几种局部通风方式：（1）局扇压入式通风；（2）局扇抽出式通风；（3）局扇压抽混合式通风。

对于长距离独巷独头掘进作业通风，无论从哪个角度考虑，局扇压抽混合式通风要优先单一的压入式或单一的抽出式通风。但是此通风方式却存在排风距离长、维护难、风阻大、漏风大等一系列问题。

3.1 风量计算

3.1.1 按排出炮烟计算风量

式中：Qmp为压入式工作的局扇风量／m3·s－1；t为通风时间，取1 200 s；A为一次爆破的炸药消耗量，取40 kg；S为独巷掘进断面积，取6.24 m2；Lw为抽出式风口到工作面的距离，取23 m。

式中：Qme为作抽出式工作的局扇风量／m3·s－1。

3.1.2 按排尘风速计算风量

式中：U为排尘风速，取0.2 m／s。

在进行局扇选择时，抽出式工作的局扇风量按上述不同方法计算，同时参照输送距离1 600 m，选取1.7的风机风量，选取最大值作为抽出式的供（入）风量，即1.5×1.75＝2.63 m3／s；压入式送风量为1.5 m3／s。

3.2 风筒的选择及计算

风筒是一种主要的导风装置，目前矿山及独巷工程广泛采用胶皮柔性风筒，它具有重量轻，连接与悬吊都较方便，而且价格便宜。

为了降低导风筒风阻，风筒直径选择为0.5 m。

3.2.1 风筒的风阻计算

风筒的总风阻按下式计算：

式中：R为风筒的总风阻／N·S2·m－4；R1为风筒的摩擦风阻／N·S2·m－4；R2为风筒接头处的局部风阻／N·S2·m－4；R3为风筒拐弯处的局部风阻／N·S2·m－4；a为风筒的摩擦阻力系数，根据实测资料曲线表查得为0.000 45 N·S2／m4；L为风筒长度，50 m；d为风筒直径，取0.5 m；n为风筒接头数目，考虑抽出式1 600／50＋5＝37个；ξ2为风筒接头局部阻力系数，无因次，查表取0.16；ξ3为风筒拐弯局部阻力系数，无因次，根据曲线表查得：30°转角为0.2，40°转角为0.3，60°转角为0.6；г为空气密度，取1.2 kg／m3；S为风筒截面积，为3.14×0.252＝0.1963 m2；g为重力加速度，9.8 m／s2。

代入上述数据，计算得：

3.2.2 风筒通风阻力计算

式中：h为风筒的通风阻力／Pa；Qm为流过风筒的平均风量／m3·s－1。

式中：Qf为抽出式局扇供风量，为1.5 m3／s；Q0为风筒末端风量／m3·s－1。

式中：φ为漏风风量备用系数；p为风量100 m长度的漏风率，查表：取2.0（考虑反边接头）。

3.3 独巷阻力损失计算

式中：a1为独巷摩擦阻力系数，其系数为0.012 N·S2／m4；h1为独巷摩擦阻力损失／Pa；L1为独巷长度，2 200 m；Q为抽出式局扇供风量，为2.63 m3／s；P1为独巷净断面周界长度，为10 m；S1为独巷净断面积，为6.24 m2。

所以 h1＝15.3 Pa

独巷阻力损失：h2＝15.3×1.2＝18.04（Pa）

计算时考虑了摩擦阻力损失的20%。

4 独巷掘进通风计算结果分析

根据上述计算结果，独巷掘进工作面风量为1.79 m3／s，在其条件下，导风风筒阻力损失为5 010.4 Pa。说明了采用单一局扇压入式或者单一局扇抽出式通风均较难满足独巷掘进通风的正常要求。且在目前常用的局扇通风设备中，用一台局扇是很难克服导风筒阻力损失，也就是说，采用一台局扇作抽出、一台局扇作压入的混合式通风，也很难满足其独巷掘进的正常通风。

所以，要解决导风筒阻力损失的长距离独巷掘进通风，最适宜的方法就是采取多机串联混合式通风，即采用多台局扇串联分段克服导风筒阻力损失。

5 多机串联混合式通风安装方式及局扇选型计算

5.1 安装方式

在局扇、风筒相同条件下，风筒漏风量的大小与风筒内外压差有关，集中串联比间隔串联时风筒内外压差是成倍的增加，所以集中串联比间隔串联漏风要大，且局扇集中串联安装复杂。故本次长距离独巷掘进通风采用间隔串联通风。根据目前矿山开采、独巷掘进常用的局扇通风设备全压一般100～300 mmH2O范围，按照上述有关条件将导风筒阻力损失划分为三段，用三台局扇（JK58－2 R4 Q2.2－3.5 Q2923－1811 W11）（作抽出用）分段间隔串联克服。即每台局扇负担1 600／3≈550 m独巷掘进通风。间隔串联部位掘进风量调节硐室（风库）。

为迅速排出炮烟，还需采用一台局扇（JK67－1 R4.5 Q2.6－4.2 P2256－1177 W7.5）作为压入式（送风）。

根据巷道阻力损失计算结果，采用一台局扇作为压入式（送风）即可，但本次巷道独头掘进通风巷道距离长达2 200 m，为减小抽出局扇负压损失，提高排尘、排烟速度，确保其隧道独头掘进通风的可靠和安全，建议采用两台局扇间隔串联送风。

为了避免其独巷掘进出现循环风，多机间隔串联混合式通风的各台局扇及风筒的安装位置必须满足下述技术要求：

1.压入式局扇（距工作面第一台）吸风口与抽出式局扇（距工作面第一台）吸风口的距离应大于10 m（即抽出式局扇超前压入式局扇10 m以上）。

2.抽出式局扇（距工作面第一台）吸风口距工作面最大距离不得超过35 m。

3.抽出式局扇（距工作面最后一台）排风口应导入回风道内；压入式局扇（距工作面第一台）风筒末端距工作面不得大于8～10 m。

本次长距离独巷独头掘进采用多机间隔串联混合式通风共投入五台局扇，其中：两台作为送风、三台作为抽出。各台局扇及风筒安装位置如图1所示。

5.2 局扇选型计算

5.2.1 局扇风量计算

根据上述按排尘风速计算风量得出：压入式局扇（单台）风量为1.79 m3／s；抽出式局扇（单台）风量为2.63 m3／s，在局扇风量选型时可作为依据。

图1 局扇及风筒安装位置图

5.2.2 局扇风压计算

式中：Ht为局扇的全压／mmH2O；hc为550 m风筒的通风阻力／mmH2O；ho为风筒出口的阻力损失／mmH2O。

经计算：

5.3 局扇选型

根据上述计算结果：

1.压入式局扇：Q为1.79 m3／s；H为10 mmH2O。局扇选型为：JK67－1 R4.5 Q2.6－4.2 P2256－1177 W7.5电机功率为7.5 kW，两台。有关技术参数：风量为2.6～4.2 m3／s；全压为120～230 mmH2O。

2.抽出式局扇：Q为2.63 m3／s；H为235.9 mmH2O。局扇选型为：JK58－2 R4 Q2.2－3.5 Q2923－1811 W11，三台。有关技术参数：风量为2.2～3.5 m3／s；全压为298～184.8 mmH2O。

5.4 通风设备、风筒安装有关注意事项

1.局扇、风量调节装置的安装位置要根据独巷掘进距离的不同而变化，尽量将局扇安装位置调节在各段风压相同的情况下。

2.风量调节装置要根据其装置的前一节导风筒末端风量的变化情况，随时调节其装置风窗进风面积。

3.局扇安装距独巷底板高度不小于0.7 m，距轨道距离不得小于0.5 m。

4.局扇安放平稳，最大倾斜度不大于5°。

5.柔性导风筒接头连接必须采用双反边连接，采用50 m长风筒。

6.导风筒悬吊力求“平、直、紧”以消除额外阻力。

7.为了获得良好的局部混合式通风效果，要有专人负责现场通风技术管理。

8.在局扇边打风量调节硐室，用来调节风机抽风不足问题。

局部通风设备、材料计划见表1。

表1 局部通风设备、材料计划表

6 结 论

1.针对东柏树矿井下通风特点和现状，提出多机串联混合式通风。有效地克服了长距离独巷掘进导风筒风阻的损失。确保该方案满足井下安全工作环境要求。

2.经实践该方案运行良好，安全可靠。特别是针对长距离独巷掘进通风的矿山有一定的参考作用，但也具有进一步研究和改良的空间。

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Long Distance Drivage Ventilation Scheme Design

LV Si-fu1，FANG Wan-dian2

（1.Inner Mongolia Baotou Xingda Gold Mining Industry Co.，Ltd.，Baotou 014000，China；2.Hunan Labour Protection Institute of Nonferrous Metals，Changsha 410014，China）

In view of the East Mine Ventilation specific cypress and current situation，put forward multi machine in series hybrid ventilation.Effectively overcome the loss of long distance single tunneling duct resistance，which has reference value for other non coal mine underground ventilation in long single entry.

mine ventilation；multi machine in series hybrid ventilation；long distance single lane

TD722

A

1003－5540（2015）05－0001－03

2015－07－21

吕思福（1962－），男，高级工程师，主要从事矿山安全技术管理工作。