掘进巷道长距离通风技术的应用

侯新旺

（同煤集团 梵王寺煤矿，山西 大同 037003）

近些年随着煤矿开采技术的快速发展，掘进巷道的距离不断增加。但是，由于通风距离较长，并且风阻大、漏风量大，长距离通风面临着很多的困难。因此，合理选择局部通风方式并采取有效风量控制措施是非常重要的。

煤矿现在全部所使用的局部通风的方法分别为：单台大功率压入式通风、并联通风、全风压与局部通风机结合、构造风库局部通风、钻孔导风的局部通风。前三种方法主要利用设备进行局部通风，该类方式侧重风机、风筒的选型和组合，需要考虑漏风、风阻、风压和供风量状况。后三类方法需要对井巷的设计和布置进行改变，需要设置平行巷道、设置隔断、开凿通风风库、通风硐室和通风钻孔，这三类需要考虑矿井所处深度、围岩强度、上覆层含水状况等。

1 巷道工程概况

梵王寺煤矿掘进工作面走向长1895 m，煤层倾角为5°，趋于平缓。巷道以煤巷为主，瓦斯绝对涌出量为2.98 m3/min，瓦斯涌出不均衡系数选取1.5，掘进工作面作业人数通常为30～35人左右，巷道断面为18.4 m2。通过分析和查阅相关资料，选择单台大功率局部通风机压入式通风，选择直径800 mm的柔性风筒。

2 长距离通风参数计算

2.1 工作面风量计算

（1）由工作面瓦斯涌出量确定的工作面风量：

式中：Q涌h为由瓦斯涌出量确定的工作面实际需风量，m3/min；q为工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min；λ为瓦斯涌出不均衡系数，通常在1.3～1.5。

计算可得：

Q涌h=100×2.98×1.5=447 m3/min

（2）根据工作面内作业人员数量确定供风量，按照《煤矿安全规程》中关于井下作业人员供风量是要求应满足每人不少于4 m3/min的新鲜风量。工作面需风量计算如下：

式中：Q人h为由井下作业人员确定的工作面供风量，m3/min；N为工作面实际作业人数。

计算可得：Q涌h=4×35=140 m3/min

（3）由最低风速测算要求下应达到的工作面供风量：

式中：Q风速h为满足最低风速要求的工作面供风量，m3/min；v低min为每分钟最低允许风速要求，m/s；A为工作面的断面积，m2。

计算可得：

Q风速h≥60×0.25×18.4=276 m3/min

（4）由最高风速测算要求下应达到的工作面供风量：

式中：Q风速h为满足最高风速要求的工作面供风量，m3/min；v高min为每分钟最高允许风速要求，m/s；A为工作面的断面积，m2。

计算可得：

Q风速h≤60×4×18.4=4416 m3/min因此，最终确定工作面需风量为447 m3/min。

2.2 局部通风风阻计算

局部通风过程中，空气通过局部通风机作业下由压入式补充新鲜空气，或通过抽出式抽出污风进而拉动新鲜空气流动，这些工作都通过局部通风机和风筒完成。空气在风筒中流动会受到局部阻力和摩擦阻力两方面影响损失能量，其中局部风阻由接头风阻、弯头风阻以及进出口风筒风阻组成。压入式通风和抽出通风的风阻计算如下：

（1）压入式通风风筒风阻

式中：R压入为压入式通风风筒风阻，N·s2/m8；R摩擦为风筒摩擦阻力，N·s2/m8；R局部为风筒局部阻力，N·s2/m8；R接为风筒接口处局部阻力，N·s2/m8；R弯为风筒弯头风阻，N·s2/m8；R出为风筒出头局部阻力，N·s2/m8；α为风筒摩擦阻力系数，N·s2/m4；L为风筒总长度，m；d为风筒直径，m；S为风筒断面积，m2；n为风筒接头数量；ζ接为风筒接头局部阻力系数；ρ为空气密度，kg/m3；ζ弯为弯头处局部阻力系数；ζ出为风筒出口处局部阻力系数。

（2）抽出式通风风筒风阻

式中：R抽出为抽出式通风风筒风阻，N·s2/m8；R入为风筒入口处出头局部阻力，N·s2/m8；ζ入为风筒入口处局部阻力系数。

常用的玻璃钢风筒、胶布风筒的摩擦阻力系数分别见表1、表2所示。

表1 JZK系列玻璃钢风筒摩擦系数

表2 胶布式风筒摩擦阻力系数

2.3 局部通风机及风筒风量计算

（1）风筒漏风率

通常情况下可以通过测算风筒的百米漏风率，考虑风筒全长得出风筒整体漏风率，而在长距离柔性风筒的漏风率百米应小于1.5%。

式中：η为风筒整体漏风率；η100为风筒百米漏风率；L风筒为风筒总长度，m。

（2）通风机风量

式中：Q风机为局部通风机，m3/min。

（3）风筒风量

式中：Q风筒为局部通风风筒内风量，m3/min。

（4）风筒内风阻

式中：h为局部通风风筒内风阻，Pa；R100为风筒内百米风阻，N·s2/m8。

由上述分析确定风筒风阻为0.0039N·s2/m8，风筒漏风率为28.43%，局部风机风量为624 m3/min，风筒风量为535m3/min，风机风压为2732 Pa。

根据局部通风机工况点要求风量624 m3/min，风压2732Pa，选择2×30kW的对旋式轴流局部通风机。

3 长距离通风技术与管理

通过对通风参数进行计算，根据现场来看，基本满足了矿井通风需求。但是在实践中，仍然存在一些问题，如风压过大，风筒不稳定，承压过大，易漏风、脱节和撕裂；通风过程中漏风量过大，井巷实际有效风量不能满足实际需求；通风机风筒的风阻过大，造成出风量达不到井巷通风实际需求。针对这些问题，提出降低风筒风压、降低风筒风阻、减少风筒漏风量等技术措施，从而确保局部通风机的有效供风。

3.1 降低风阻

在符合要求的前提下，选择大直径风筒，既能够降低风压又能够减少摩擦；风筒转弯时尽量减小角度，降低局部摩擦；加强悬挂质量，保证“平、直、紧、稳”。

3.2 减少风筒漏风

在满足条件的前提下，尽可能加长每节风筒的长度，减少接头数同时，对于接头处的连接，可以配合合适的黏合剂，从而保证接头质量。梵王寺煤矿所选风筒，每节长度20 m，很好的降低了漏风率和摩擦阻力。而且，在日常工作中加强对风筒的维护，及时修补破漏处，确保严密。

3.3 保障新鲜风流

进行深部开拓的时候，通过钻孔或者通风小井等方式连接主通风系统，保障长距离巷道拥有足够的新鲜风流，而且不超过巷道风量的60%。同时，在风压、风量满足要求的同时，尽量选择高效节能的局部通风机。

3.4 加强局部通风机管理

严格根据规定安设通风机，其位置距离回风口≥10 m，不得吸循环风，同时局部通风机安装要与风筒保持直线。实行“三专两闭锁”，严格按照制度开停通风机；对风机实施管理挂牌制度，所有信息标识清晰；每天进行仔细的维护和检查，并填写报告单。

4 结语

1）本文结合梵王寺煤矿的实际情况，对掘进巷道长距离局部通风技术进行探究，依据工作面需风量、风筒漏风、风筒风阻等计算结果选择局部通风机型号。

2）针对存在的问题，提出了控制风量措施，确保了通风的效果。