煤矿掘进通风技术分析与应用

江 帅，刘晓恒，张国良，宋 丹

（中铁隧道装备制造有限公司， 河南 郑州 450016）

煤矿在巷道掘进过程中，很容易产生大量的粉尘和瓦斯积聚，这既影响到井下工人的身体健康，也对煤矿的安全生产构成重大威胁。因此，从改善井下的作业状况和安全装备着手，研究安全、可靠、有效的通风除尘技术，既能降低粉尘对工人身体健康的影响，又能为煤矿的安全生产提供保障。

1 掘进通风方法

煤矿掘进通风方法按通风动力形式不同分为局部通风机通风、矿井全风压通风和引射器通风3种。其中，局部通风机通风是煤矿巷道掘进时最为常用的掘进通风方法。局部通风机通风按其工作方式不同可分为压入式、抽出式和混合式3种［1－2］。

（1）压入式通风。压入式通风的局部通风机和启动装置都位于新鲜风流中，不易引起瓦斯和煤尘爆炸，安全性好，且具有风筒出口风流的有效射程长、排烟能力强、工作面通风时间短等优点；但也存在污风沿巷道排出、污染范围大等缺点，主要适用于以排出瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进通风。

（2）抽出式通风。抽出式通风时污风经风筒排出，掘进巷道中为新鲜风流，具有排烟时间短等优点；其缺点主要是风筒吸入口的有效吸程短，因污风由局部通风机抽出，安全性差，在有瓦斯涌出的工作面一般不使用抽出式通风。

（3）混合式通风。混合式通风采用压入式和抽出式联合工作，其中采用压入式向工作面供新风，采用抽出式从工作面排出污风。混合式通风兼有抽出式与压入式通风的优点，通风效果好；其主要缺点是设备成本高、管理复杂，在压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量较小。混合式通风适用于大断面、长距离岩巷掘进施工。

2 掘进工作面风量的计算

由于大部分煤矿采用机械化掘进，不消耗炸药。因此，可按瓦斯涌出量、CO2涌出量与工作面人数分别计算，选取其中的最大值作为掘进工作面所需风量，并按巷道通风的最低、最高风速要求进行验算［3］。

（1）按瓦斯涌出量计算：

式中：Q——掘进工作面实际需要风量，m3／min；

q1——掘进工作面瓦斯平均绝对涌出量，m3／min；

K——掘进工作面备用风量系数，机掘工作面取K＝1.5～2.0。

（2）按CO2涌出量计算：

式中：q2——掘进工作面 CO2平均绝对涌出量，m3／min。

（3）按工作面人数计算：

式中：N——掘进工作面同时工作的最大人数。

（4）按《煤矿安全规程》规定的最低风速，验算最小风量：

式中：Vmin——掘进中的岩巷的容许最低风速Vmin＝0.15m／s，掘进中的半煤岩巷和煤巷的容许最低风速Vmin＝0.25m／s；

Vmax——掘进中的岩巷、半煤岩巷和煤巷规定的最高风速，Vmax＝4m／s；

S——掘进工作面巷道的净断面积，m2。

3 通风设备的选择

3.1 风筒的选择

目前，我国煤矿的局部通风一般都采用柔性风筒。风筒直径应根据通风距离和通过的风量来考虑。一般单巷掘进长度在1000m以内时，可选直径为500mm以下的风筒；长度在1000m以上时，宜选用直径600mm以上的风筒［4］。为降低通风阻力，应尽可能采用较大直径的风筒。风筒预选后，可按下列公式进行验算：

式中：H——风筒通风总阻力，Pa；

h1——风筒摩擦阻力，Pa；

h2——风筒局部阻力，取摩擦阻力的10%，Pa；

a——风筒摩擦阻力系数，NS2／m4；

L1——风筒长度，m；

P——风筒净断面周长，m；

S1——风筒净断面面积，m2；

Qf——风筒过风量，m3／s。

3.2 局部通风机的选择

（1）局部通风机工作风量：

式中：Qj——局部通风机的工作风量，m3／min；

ψ——风筒漏风备用系数；

n——风筒数量，按照局部通风机最大通风距离选取；

η——单节风筒漏风率。

（2）局部通风机工作风压：

式中：Ht——局部通风机的工作风压，Pa；

L——局部通风机最大供风距离，m；

R——风筒百米风阻，NS2／m8。

由上述方法求出Qj和Ht后，可按局部通风机特性曲线或参数表选择合适的局部通风机。

3.3 风筒出口与掘进工作面的距离

式中：L2——风筒出口与掘进工作面的距离，m。

3.4 局部通风机的安装位置

局部通风机的安装位置应满足［5］：

（1）安装位置在进风巷且该处的供给风量要大于局部通风机的吸入量；

（2）距掘进巷道回风口的距离不小于10m，距巷道底板的距离不小于0.3m；

（3）风机与风机吸风口之间的距离不得小于10m。

3.5 局部通风机安装位置所需风量

式中：Q0——局部扇风机安装位置所需风量，m3／min；

Q1——巷道内最低风速所需风量，m3／min；Q2——局部通风机的吸入风量，m3／min；

S0——局部通风机所在巷道的净断面积，m2；

4 通风设备管理

（1）局部通风机和风筒的安装和使用必须符合《煤矿安全规程》的规定；

（2）风筒由专人管理，吊挂前必须检查风筒的完好性，吊挂要平直，接口严密，拐弯处要设弯头，以降低通风阻力；

（3）局部通风机设专人管理，设备要齐全，局部通风机必须吊挂，使风筒、风机成直线布置，保证通风顺畅；杜绝出现无计划停电、停风现象；

（4）安排专人定期对巷道的通风、除尘、隔爆等相关设备进行检查，发现问题及时处理。

5 实际应用及效果

根据以上计算公式，万利一矿31301辅运顺槽掘进工作面选用两台FBD－N0.6.3／2×22局部通风机（一台备用），风机电机额定功率为2×22kW，全风量为346～547m3／min，工作风压800～5200 Pa，局部通风机安装在辅运大巷距离31301－31302集中胶运巷贯通口外不少于10m处，配套使用Φ1000mm柔性胶质抗静电阻燃风筒。除尘系统采用奥钢联MB670掘锚机自带的HCN300／1HY湿式除尘器，风机电机额定功率为2×15kW，抽风量为300m3／min，需水量30～60L／min。通过现场测定，31301辅运顺槽掘进工作面采用此种混合式通风方式能够保证掘进工作面供风充足，煤尘及瓦斯浓度均在煤矿安全规程要求的范围内，各项指标满足煤矿安全规程要求，保证了煤矿的安全、高效生产。

6 结 语

在煤矿巷道掘进时，需根据不同的井下工况，采用合理的通风方法，同时配合使用高效的除尘装置，这有利于降低掘进工作面的粉尘浓度，提高巷道的掘进效率，为煤矿的安全生产提供保障［6－8］。

［1］ 张国枢，谭允祯，陈开岩，等.通风安全学［M］.徐州：中国矿业出版社，2004.

［2］ 卢喜山，赵学雷，等.综掘面新式机械综合除尘系统的设计及应用［J］.煤矿安全，2007（8）：22－23.

［3］ 国家煤矿安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程［M］.北京：煤炭工业出版社，2011.

［4］ 程卫民，刘向升，阮国强，等.煤巷锚掘快速施工的封闭控尘理论与技术工艺［J］.煤炭学报，2009，34（2）：203－207.

［5］ 聂 文，程卫民，郭允相.综掘面空气幕封闭式除尘系统的研究与应用［J］.煤矿安全，2009，40（3）：19－22.

［6］ 何廷山.矿井通风与安全［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［7］ 王晓珍，蒋仲安，王 善，等.煤巷掘进过程中粉尘浓度分布规律的数值模拟［J］.煤炭学报，2007，32（4）：386－390.

［8］ 刘进平，卢志刚.矿井掘进通风循环风形成条件分析［J］.辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2011（S1）：50－52.