新區(qū)段通風(fēng)系統(tǒng)形成過程中避免串聯(lián)通風(fēng)解決方案研究

宋兆雪, 郭 英, 姜希印

（1.兗州煤業(yè)股份有限公司通防部，山東 鄒城273500；2.兗礦集團(tuán)安全監(jiān)察局，山東 鄒城273500；3.兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦，山東濟(jì)寧，272072）

0 引 言

煤礦生產(chǎn)過程中往往采區(qū)內(nèi)為構(gòu)成新區(qū)段通風(fēng)系統(tǒng)的掘進(jìn)巷道，其回風(fēng)要串入采區(qū)主要進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)，給礦井安全生產(chǎn)帶來了一定的隱患，通過利用混合式通風(fēng)方法，將掘進(jìn)工作面回風(fēng)導(dǎo)入回風(fēng)巷道中，可有效避免串聯(lián)通風(fēng)帶來的各類問題。

1 礦井通風(fēng)與工作面概況

1.1 礦井概況

濟(jì)寧二號(hào)煤礦位于山東省濟(jì)寧市任城區(qū)，井田面積87 平方公里，地質(zhì)儲(chǔ)量8.55 億t，可采儲(chǔ)量3.47 億t，屬低瓦斯礦井，礦井生產(chǎn)能力為500 萬t/a。

1.2 礦井通風(fēng)方式、方法

礦井通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式，主、副井進(jìn)風(fēng)，風(fēng)井回風(fēng)，礦井總進(jìn)風(fēng)量為17888m3/min，風(fēng)量滿足安全生產(chǎn)需要。

1.3 工作面概況

B11301 采煤工作面為礦井11 采區(qū)最后一個(gè)邊角煤開采工作面，其運(yùn)輸順槽的掘進(jìn)開門點(diǎn)位于礦井-740 公路巷內(nèi)，-740 公路巷為礦井11 采區(qū)主要進(jìn)風(fēng)巷道，常規(guī)解決方案B11301 工作面運(yùn)順掘進(jìn)回風(fēng)將串入11 采主要進(jìn)風(fēng)巷道中，發(fā)生串聯(lián)后被串工作面將安裝大量甲烷傳感器，不便于礦井安全管理，且會(huì)帶來綜合防塵等問題，常規(guī)解決方案通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖1 所示。

圖1 常規(guī)解決方案通風(fēng)系統(tǒng)圖

2 全風(fēng)壓與局部通風(fēng)相結(jié)合的混合式通風(fēng)解決方案

2.1 巷道啟封期間通風(fēng)解決方案

B113下01 運(yùn)順開門點(diǎn)位于113 下01 運(yùn)順內(nèi)，需對(duì)113下01 運(yùn)順密閉進(jìn)行啟封，經(jīng)檢查密閉內(nèi)氣體濃度為氧氣：18%，二氧化碳：1%，甲烷：0.1%，一氧化碳0ppm，啟封巷道長度共30m;為防止啟封期間排放瓦斯的回風(fēng)串入11 采區(qū)，決定采用全風(fēng)壓抽出式通風(fēng)方式對(duì)密閉進(jìn)行啟封，通過調(diào)整吸風(fēng)口位置控制排放瓦斯?jié)舛?，如圖2 所示。

為保證全風(fēng)壓通風(fēng)風(fēng)量，需根據(jù)負(fù)壓值對(duì)風(fēng)量進(jìn)行預(yù)先計(jì)算。

1）導(dǎo)風(fēng)風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)選擇。膠布風(fēng)筒的摩擦阻力系數(shù)與百米風(fēng)阻（吊掛質(zhì)量一般，包括接頭局部風(fēng)阻）R100可見表1。

表1 膠布風(fēng)筒的摩擦阻力系數(shù)與百米風(fēng)阻值

受巷道斷面影響，本次采用的是￠800mm 膠布風(fēng)筒，故風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)選擇為：32×10-4N·s2·m-4；百米風(fēng)阻值：6.5N·s2·m-8。

2）風(fēng)筒風(fēng)阻計(jì)算。

式中：α 為摩擦阻力系數(shù)，N·s2·m-4；L 為風(fēng)筒長度，m，最遠(yuǎn)供風(fēng)距離取70m；U 為風(fēng)筒周長，m；S 為風(fēng)筒斷面積，m2。

3）風(fēng)筒百米風(fēng)阻計(jì)算：

式中：L 為風(fēng)筒長度，m，取70m；R100為風(fēng)筒百米風(fēng)阻值，N·s2·m-8。

抽出通風(fēng)風(fēng)筒沿程阻力取計(jì)算最大值為4.55N·s2·m-8，根據(jù)風(fēng)筒拐彎局部阻力系數(shù)曲線，風(fēng)筒拐90°彎時(shí)，拐彎局部阻力系數(shù)為1.2，本次敷設(shè)風(fēng)筒未進(jìn)行拐彎，故預(yù)計(jì)風(fēng)筒總阻力為4.55N·s2·m-8

4）風(fēng)量預(yù)算。

經(jīng)現(xiàn)場測定，113下01 運(yùn)順機(jī)頭風(fēng)門內(nèi)外靜壓差為400Pa，故在完全紊流狀態(tài)下，根據(jù)摩擦阻力的計(jì)算公式：

式中：h 為通風(fēng)阻力，Pa；取400Pa；R 為風(fēng)阻，N·s2·m-8；取4.55N·s2·m-8S 為有效通風(fēng)面積，m2；取0.5024m2；V 為預(yù)計(jì)風(fēng)速，m/sρ 為空氣密度，Kg/m3；取1.2Kg/m3

通過預(yù)算，采用￠800mm 風(fēng)筒全風(fēng)壓通風(fēng)提供的風(fēng)量預(yù)計(jì)約為354m3/min，考慮0.9 倍的漏風(fēng)系數(shù)，則風(fēng)量最小預(yù)計(jì)為354×0.9=318.6m3/min，現(xiàn)場實(shí)測風(fēng)量為320m3/min。

5）巷道啟封后為風(fēng)量計(jì)算。啟封巷道為噴漿支護(hù)巷道，按最低允許風(fēng)速0.15m/s 進(jìn)行計(jì)算,需要風(fēng)量為0.15×60×17=153m3/min，因此啟封后全風(fēng)壓通風(fēng)風(fēng)量能夠滿足非掘進(jìn)期間的通風(fēng)需求。

圖2 啟封前后通風(fēng)系統(tǒng)圖

2.2 巷道掘進(jìn)期間通風(fēng)解決方案

根據(jù)掘進(jìn)工作面風(fēng)量計(jì)算，B11301 工作面掘進(jìn)期間需風(fēng)量為255m3/min，由于長距離負(fù)壓通風(fēng)存在諸多弊端，因此決定采用局部通風(fēng)機(jī)對(duì)掘進(jìn)巷道供風(fēng)，通過風(fēng)機(jī)選型，確定選用FBDNo.5.6（2×15kW）型對(duì)旋軸流局部通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)實(shí)際吸風(fēng)量為320 m3/min，為避免形成串聯(lián)通風(fēng)，保留巷道開口期間的抽出式風(fēng)筒，風(fēng)筒吸風(fēng)口距巷道開口不小于10m，同時(shí)滿足以下風(fēng)量計(jì)算。

式中：Q局吸為實(shí)測局部通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量，取320m3/min。S 為順槽巷道面積，取17m2。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可見，正常掘進(jìn)期間采用壓入和抽出混合通風(fēng)時(shí)，一路負(fù)壓風(fēng)筒提供的抽出風(fēng)量不能滿足回風(fēng)需要，必須增加一路抽出式風(fēng)筒，以保證總抽出風(fēng)量大于473m3/min，增加一路抽出式風(fēng)筒后現(xiàn)場實(shí)測總排風(fēng)量580m3/min，滿足要求，且未出現(xiàn)風(fēng)流紊亂及掘進(jìn)工作面回風(fēng)串入南翼公路巷現(xiàn)象，如圖3 所示。

圖3 B113 下01 運(yùn)順掘進(jìn)期間通風(fēng)系統(tǒng)圖

3 效果分析

通過采取全風(fēng)壓與局部通風(fēng)相結(jié)合的混合式通風(fēng)方法，減少了下部采區(qū)安設(shè)各類傳感器5 臺(tái)，減少維護(hù)人工成本10 人次/月，掘進(jìn)巷道按照10 個(gè)月施工計(jì)算可節(jié)約費(fèi)用共計(jì)約5 萬元，并保證了下部采區(qū)的空氣質(zhì)量，改善了職工的作業(yè)環(huán)境。

通過采取全風(fēng)壓與局部通風(fēng)相結(jié)合的混合式通風(fēng)方法，有效解決了11 采區(qū)邊角煤B11301 工作面通風(fēng)系統(tǒng)形成過程中串聯(lián)通風(fēng)問題，避免了串聯(lián)通風(fēng)帶來的一系列安全問題，具有一定的推廣價(jià)值。