王庄煤矿长距离单巷掘进工作面局部通风技术研究

韩院生

(潞安环能股份公司 王庄煤矿，山西 长治 046031)

掘进通风普遍采用压入式局部通风机供风冲淡并排除井巷掘进时产生的有害气体与矿尘，并为井下作业人员提供良好的气候条件。受局部通风机自身运行参数及风筒接设质量的影响，掘进巷道超过2 000 m，窝头风量和风压均明显的下降，即使是矿井低瓦斯区域也无法满足正常生产需求。王庄煤矿工作面采用小煤柱顺序布置，无法实现双巷掘进，通过沟通联巷的方式缩短掘进工作面的供风距离，本文以王庄煤矿9101风巷综掘工作面为背景，单从局部通风技术方面对长距离单巷掘进工作面进行研究，结合目前矿井实际运行情况，选取最优局部通风方案。

1 王庄煤矿9101风巷工作面基本概况

王庄煤矿位于山西省长治市郊区故县，地处潞安矿区的东南部，跨长治市郊区和屯留县两个行政区。其地理坐标为东经112°58′25″～113°03′21″；北纬36°14′04″～36°24′35″。王庄煤矿目前开采3号煤层，该煤层为本区主要可采煤层之一，最小厚度为5.19 m，最大厚度为7.87 m，平均厚度6.69 m。王庄煤矿属高瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量为4.91 m3/t，绝对涌出量为74.21 m3/min。91采区属于条带式开采，工作面巷道长度平均在2 000～3 000 m，工作面之间5 m煤柱，工作面巷道只能单巷掘进。9101风巷预测最大掘进涌出量6.41 m3/min，巷道设计长度2 860 m，目前掘进600 m，使用两套2×45风机双机供风，可满足工作面通风、瓦斯需求。

2 长距离掘进工作面需风量计算

2.1 计算依据

在瓦斯涌出量高的长距离掘进巷道通风中，应考虑供风量使巷道内瓦斯浓度不超限，创造较好的气候条件，将空气中悬浮的矿尘排走等因素[1，3-5]。综掘机掘进煤巷按矿尘和瓦斯因素计算。

2.2 需风量计算

1) 风筒出风口风量计算：按工作面同时工作的最多人数计算：

Q1=4N=4×30=120 m3/min

(1)

式中：N为工作面同时工作的最多人数，取30人。

2) 按瓦斯涌出量计算：

Q掘=q掘K瓦/C掘回=6.41×1.5/0.8%

=1 202 m3/min

(2)

式中：Q掘为掘进工作面实际需要风量，m3/min；q掘为掘进工作面瓦斯绝对涌出量，取6.41 m3/min；K瓦为掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数，取1.5；C为掘进工作面回风流中瓦斯允许浓度，取0.8%。

3) 风速验算：

(3)

Vmin

Q掘min=VminS=15×19.25=346.5 m3/min

Q掘max=VmaxS=240×19.25=4 620 m3/min

经过以上计算，掘进工作面需风量为1 202 m3/min。

4) 风筒漏风量计算：

风筒的漏风率一般用百米漏风率作为比较指标。根据要求，在2 000 m以上时，百米漏风率Le不得大于1.5%。

按照1.5%计算：

Q漏=(Q末×L×Le)/(100-L×Le)

(4)

式中：Q漏为风筒的漏风风量，m3/min；Q末为风筒的出口风量，m3/min；取1 202 m3/min；L为风筒的长度，取2 000 m、3 000 m；Le为百米漏风率，取1.5%。

则：Q漏1=515 m3/min(L取2 000 m)

Q漏2=983 m3/min(L取3 000 m)

Q局1=Q末+Q漏= 1 202+515

=1 717 m3/min

Q局2=Q末+Q漏= 1 202+983

=2 185 m3/min

3 风机及风筒的选型

3.1 风机的选型

王庄煤矿9101风巷掘进工作面采用两台2×45 kW风机供风，为了实现长距离掘进工作面通风的要求，现在矿上未来想采用两台2×75 kW风机供风，两种风机的参数如表1所示。

表1 风机参数

3.2 合理选择风筒型号

风筒风阻包括风筒的摩擦风阻(R1)和局部风阻(R2)，其中局部风阻(R2)包括接头处风阻(R2-1)、弯头处风阻(R2-2)和风筒出风口风阻(R2-3)。

压入式风筒的总风阻为：

Rf=R1+R2=R1+R2-1+R2-2+R2-3

(5)

(6)

在局部通风中，风筒的总风阻可根据总摩擦风阻进行估算。一般认为，将风筒的局部风阻(压入式)合计近似为风筒总摩擦风阻的20%，因此，风筒的总风阻为：

Rf=7.782αL/D5

(7)

式中：Rf为整列风筒风阻，N·S2/m8；α为摩擦阻力系数，取0.002 9 N·S2/m4；L为整列风筒长度，取3 000 m；D为通风直径，取1 m。

通过公式(7)计算得出：

Rf1=7.782×0.002 9×3 000/15=6.67 N·S2/m8

Rf0.8=7.782×0.003 2×3 000/(0.8)5

=228 N·S2/m8

hf=Rf·Q局·Q末

(8)

式中：hf为风筒通风阻力；直径1 000 mm的风筒吸风量为11.2 m3/s，直径800 mm风筒吸风量为7 m3/s。

Q末=Q局×(1-P100×L/100)

(9)

式中：L为直径1 000 mm、800 mm风筒供风长度，取3 000 m；P100为直径1 000 mm×10 m、800 mm×10 m;风筒百米漏风率，1.5%；则直径1 000 mm的风筒Q末=6.2 m3/s，直径800 mm风筒Q末=3.85 m3/s。

代入公式(8)，则：直径1 000 mm风筒hf=Rf·Q局·Q末=67.7×11.2×6.2=4 701 Pa，直径800 mm风筒hf=Rf·Q局·Q末=228×7×3.85=6 145 Pa。

经过计算，两风筒的阻力都分别处在两台对应的局部通风机全压范围内，800 mm风筒阻力接近对应风机的最大压力。

4 长距离掘进工作面风机及风筒选型验算

4.1 风机的选型验算

根据2.2节计算可得，当掘进工作面长度达2 000 m或3 000 m长时，工作面的最小需风量分别为1 717 m3/min和2 185 m3/min。

从表1可以看出,王庄现有的风机型号很难满足2 000～3 000 m这样的长距离掘进工作面的供风要求，想选用的风机型号两台同时运行可满足2 000～3 000 m这样的长距离掘进工作面的供风要求。

4.2 风筒的选型验算

根据3.2节中的计算可得，直径为800 mm和1 000 mm风筒在3 000 m时的通风阻力分别为6 145 Pa和4 701 Pa，从表1风机参数表中可以看出，两风筒的阻力都分别处在两台对应的局部通风机全压范围内，但800 mm风筒阻力接近对应风机的最大压力，所以选择1 000 mm的风筒更符合通风安全要求。

5 局部通风管理

1) 局扇和启动装置安装在进风流中，距回风口不小于10 m，吊挂或者安放在地面(距巷道底板高度大于0.3 m)。局扇的吸风量小于全风压供给该处的风量，以免发生循环风。

2) 风机供电实行“三专两闭锁”，严禁随意停开局扇，杜绝无计划停风；定期进行风电闭锁、瓦斯电闭锁试验，确保局部通风系统的稳定和安全，实现停风即停电、瓦斯超限即报警断电的功能。

3) 局扇设专人看管，并悬挂局扇管理牌板和专职局扇司机，局扇司机实行现场交接班；备用局扇每天试运转一次。

4) 根据巷道断面、掘进机及转载胶带型号，严格规定两趟风筒出风口至工作面的距离(一般情况下靠煤帮风筒出风口距离窝头不超5 m，行人巷风筒距离窝头不超15 m)，保证工作面窝头风量。

5) 巷道使用直径1 m、长10 m风筒进行延伸掘进，为减少风筒接头数量，可定期将巷道内10 m，风筒更换为20 m或50 m风筒，以减少风筒局部阻力。

6) 风筒在巷道拐弯处使用专用弯头，不准拐急弯、拐死弯。减少风筒弯头处局部阻力。

7) 风筒出风口必须正对窝头，不对弯向煤墙或顶板，以减少风筒出风口的局部阻力。

8) 风筒必须吊挂平直，逢环比挂，遇见巷道起伏时要提前顺巷道坡度起伏吊挂风筒，以减少风筒局部阻力。

6 结 语

1) 当掘进工作面达2 000 m长时，掘进工作面的需风量为1 717 m3/min；当掘进工作面的长度增加到3 000 m时，掘进工作面的需风量为2 185 m3/min。

2) 根据风量的验算，王庄矿现使用的风机很难满足2 000～3 000 m这样的长距离掘进工作面的通风要求，必须选用其他风机或者采取一定的瓦斯治理措施才能实现长距离掘进工作面通风的要求，保证掘进工作面的安全高效生产。