掘進(jìn)工作面局部風(fēng)機(jī)的選型與應(yīng)用

郭海騰

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)金達(dá)煤業(yè)有限公司， 山西 孝義 032300）

引言

我國(guó)煤炭資源多為地下井工開采，合理、足量的通風(fēng)對(duì)井工煤礦掘進(jìn)工作面安全生產(chǎn)具有十分重要的意義[1-3]。為保證綜采工作面人員、設(shè)備等所需的正常風(fēng)量，以金達(dá)礦10402 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面為研究背景，對(duì)工作面局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了選型研究。

1 工作面情況

10402 運(yùn)輸順槽所掘煤層為太原組10 號(hào)煤層，本工作面位于金達(dá)礦二采區(qū)南翼，巷道性質(zhì)為半煤巖。其作為10402 綜采工作面的運(yùn)輸巷道使用，巷道設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1 318 m，巷道最大凈斷面積為11.76 m2，根據(jù)掘進(jìn)工藝要求，10402 運(yùn)輸順槽擬采用壓入式通風(fēng)方式。

2 掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量計(jì)算

2.1 按照瓦斯涌出量分析

根據(jù)瓦斯涌出情況，掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量公式如下：

式中：q掘?yàn)榫蜻M(jìn)面平均瓦斯涌出量，為相對(duì)平均值，m3/min；K瓦斯為瓦斯涌出的不均衡系統(tǒng)，取1.00。

為保證風(fēng)量充足，計(jì)算選用礦井瓦斯等級(jí)鑒定材料中所測(cè)的掘進(jìn)工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量q掘取0.24 m3/min；基于掘進(jìn)面風(fēng)流中瓦斯的濃度不能超過(guò)1%，換算系數(shù)取100。將各個(gè)數(shù)據(jù)代入式（1），得Q=24 m3/min。

2.2 按照CO2 涌出量分析

根據(jù)CO2涌出情況，掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量公式如下：

式中：qCO2為掘進(jìn)面回風(fēng)流中CO2絕對(duì)涌出量，m3/min；KCO2為CO2涌出不均勻的備用系數(shù)。

為保證風(fēng)量充足，瓦斯等級(jí)鑒定材料中所測(cè)的掘進(jìn)工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量qCO2取0.63 m3/min；根據(jù)掘進(jìn)過(guò)程中實(shí)際觀測(cè)情況，通過(guò)日最大絕對(duì)二氧化碳涌出量和月平均日絕對(duì)二氧化碳涌出量的比值計(jì)算，其比值為1；67 為掘進(jìn)面回風(fēng)流中CO2質(zhì)量濃度低于1.5%時(shí)的換算系數(shù)。將各參數(shù)代入式（2），得Q掘=22 m3/min。

2.3 按工作面人員數(shù)量分析

按照工作面同時(shí)作業(yè)的最大人員數(shù)分析，掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量按下式計(jì)算：

式中：N 為掘進(jìn)工作面同時(shí)工作的最多人數(shù)，根據(jù)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取32 人；q1為每人每分鐘需風(fēng)量，取4 m3/min。將各參數(shù)代入，得Q掘=128 m3/min。

2.4 按所需炸藥量分析

10402 運(yùn)輸順槽屬于半煤巖巷道，在實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中，局部區(qū)域需要進(jìn)行鉆孔爆破，根據(jù)鉆孔炸藥用量，工作面所需風(fēng)量按下式計(jì)算：

式中：A 為掘進(jìn)工作面一次爆破的最大炸藥量，取10.5 kg；q2為1 kg 炸藥爆破后，需要供給的風(fēng)量，根據(jù)以往的爆破統(tǒng)計(jì)情況，取10 m3/min。將各參數(shù)代入式（4），得Q掘=105 m3/min。

2.5 按巷道最低風(fēng)速分析

根據(jù)掘進(jìn)巷道所需的最低風(fēng)速，工作面所需的風(fēng)量按下式計(jì)算：

式中：vmin為掘進(jìn)面風(fēng)流的最小速度，取0.25 m/s；S為掘進(jìn)巷道的斷面積，取11.76 m2。將各參數(shù)代入式（5）中，得Q掘=177 m3/min。

2.6 掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量確定

經(jīng)計(jì)算分析，取所需風(fēng)量的最大值，由此確定掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量為177 m3/min。

3 局部風(fēng)機(jī)選型

3.1 局部風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量分析

掘進(jìn)工作面局部風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量一般按百米漏風(fēng)率（Le）確定[4-5]，根據(jù)下式計(jì)算：

式中：Q吸為掘進(jìn)面局部風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量，m3/min；Q掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面所需風(fēng)量，據(jù)上述分析，取177 m3/min；Le為百米漏風(fēng)率，根據(jù)柔性風(fēng)筒百米漏風(fēng)率的規(guī)定，取2%；L為最大通風(fēng)距離，10402運(yùn)輸順槽最大掘進(jìn)長(zhǎng)度為1 340 m，因此最大通風(fēng)距離取1 340 m。

將各參數(shù)代入式（6）中，得Q吸=241.80 m3/min?？紤]到實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中風(fēng)量的不可預(yù)測(cè)損失，取1.2倍的安全系數(shù)，則局部風(fēng)機(jī)的最大吸風(fēng)量為290.16 m3/min。

3.2 摩擦阻力分析

掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)時(shí)風(fēng)筒的摩擦阻力按照下式計(jì)算：

式中：P摩為掘進(jìn)期間摩擦阻力，Pa；α 為風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)，kg/m3，根據(jù)表1 確定；L 為風(fēng)筒長(zhǎng)度，取10402 運(yùn)輸順槽最大掘進(jìn)長(zhǎng)度，1 340 m；Q吸為局部風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量，根據(jù)上述分析，取290.16 m3/min；U為風(fēng)筒周長(zhǎng)，m；S 為風(fēng)筒斷面積，m2。

表1 風(fēng)筒直徑與摩擦阻力系數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系

結(jié)合以往的通風(fēng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)筒直徑取1 000 mm，風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)α=0.002 9，將各參數(shù)代入式（7），得P摩=589.92 Pa。

考慮掘進(jìn)工作面通風(fēng)距離較遠(yuǎn)，風(fēng)筒局部具有彎頭等，增大了通風(fēng)阻力，根據(jù)以往測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合10402 運(yùn)輸順槽的實(shí)際通風(fēng)情況，確定局部風(fēng)阻為P阻=300Pa。由此，可確定風(fēng)筒的總體摩擦阻力為P=P摩+P阻=889.92 Pa。

3.3 風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒選型

根據(jù)上述分析，10402 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量不低于177 m3/min，工作面局部通風(fēng)機(jī)所需吸風(fēng)量不低于290.16 m3/min，通風(fēng)風(fēng)筒的總體摩擦阻力不低于889.92 Pa，綜合分析，確定選用FBD№/6.3/2×30kW 型對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)供風(fēng)量為380～700m3/min，風(fēng)機(jī)工作全壓為1300～6600Pa，風(fēng)筒選用Φ1 000 mm 膠質(zhì)阻燃風(fēng)筒，可以滿足通風(fēng)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

掘進(jìn)工作面由于受其自身的施工工藝要求及實(shí)際作業(yè)空間的限制，工作面無(wú)法實(shí)現(xiàn)類似于綜采面的U 形通風(fēng)或Y 形通風(fēng)，掘進(jìn)面基本采用獨(dú)頭通風(fēng)，因此在局部風(fēng)機(jī)的實(shí)際選型過(guò)程中應(yīng)保證風(fēng)機(jī)具有足夠的通風(fēng)量。10402 運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)過(guò)程中使用FBD№/6.3/2×30kW 型對(duì)旋式軸流局部通風(fēng)機(jī)，工作面采用壓入式通風(fēng)，在實(shí)際施工過(guò)程中未出現(xiàn)供風(fēng)不足等情況。局部風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量較好地滿足了工作面人員及設(shè)備的用風(fēng)要求，為工作面提供了安全的作業(yè)條件，保障了掘進(jìn)工作面的安全生產(chǎn)。