浅析长距离独头斜巷通风问题

1浅析长距离独头斜巷通风问题任禄红1王思圣2郭建龙3（1.华亭煤业集团赤城煤矿甘肃华亭744100；2.华亭煤业集团赤城煤矿甘肃华亭744100；3.华亭煤业集团赤城煤矿甘肃华亭744100；）摘要：基建矿井开拓时期，都要掘进长距离的独头巷道，长距离独头巷道掘进过程中会产生多种有毒有害气体、粉尘等污染物严重威胁井下作业人员的安全和巷道的快速施工。长期以来通风问题一直是制约长距离独头巷道快速、安全掘进的瓶颈。关键词：长距离独头通风AnalysisoflongsingleinclinedtunnelventilationproblemsRENlu-hong1WANGsi-sheng2GUOJian-long3(1HuatingcoalgroupinChichengcoalmineinGansuHuating744100;2HuatingcoalgroupinChichengcoalmineinGansuHuating744100;3HuatingcoalgroupinChichengcoalmineinGansuHuating744100;)Abstract:Capitalconstructionminedevelopmentperiod,aredrivinglongdistancesinheadingface,rapidconstructionoflongsingletunnelexcavationcanbegeneratedintheprocessofdownholeoperationpersonnelofvarioustoxicandharmfulgas,dustandotherpollutantsseriousthreattothesafetyoftunnel.Longtermsinceventilationproblemhasbeenthebottleneckoflongsingleentryfast,safedriving.Keywords:LongdistanceBlindVentilation能否解决长距离独头巷道通风问题，是减少辅助掘进工程量，实现工作面优化布置和快速掘进的前提条件之一。华亭煤业集团赤城煤2矿主斜井通过对爆破方式、炸药、通风方法、局部通风机及风筒的合理选择及相关配套措施，实现了斜长2060米，净断面积为19.01m2的长距离独头斜巷通风。1局部通风方法的确定目前局部通风方法总体上可分为压入式、抽出式和压抽混合式三种：1.1压入式通风优点：①局部通风机及其附属电气设备布置在新鲜风流中，乏风流不通过局部通风机，安全性好；②新鲜风流最先流经工作面，工作面附近空气新鲜、有毒有害气体聚居少；③风筒风速和有效射程大、冲淡和排出炮烟作用强，可防止瓦斯层状积聚，散热效果好。④可用柔性风筒，重量轻，便于运输且材料成本低。⑤掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走，不仅能排出掘进工作面围岩涌出的有毒有害气体还可以沿途带走后巷内的粉尘。工作面空气清新、劳动环境好。缺点：①长距离巷道掘进排出炮烟需要的风量大，所排出的炮烟在巷道中随风流扩散蔓延范围大、时间长，后巷空气质量差。②局部通风机因故障停止运转时，掘进工作面风流压力降低不利3于排出掘进工作面围岩涌出的有毒有害气体。1.2抽出式通风优点：①局部扇风机把掘进工作面的有毒有害气体和粉尘经风筒抽出，新鲜风流沿巷道进入，回风流不污染巷道，巷道内空气质量好。②在有效射程内排尘效果好，排出炮烟所需的风量较小。缺点：①回风流经过扇风机，叶轮与外壳碰撞或其他原因产生火花时有引起煤尘、瓦斯爆炸的危险。②掘进巷道涌出的有毒有害气体和粉尘流经工作面排出，工作面空气质量差、劳动环境不好。③有效吸程小、掘进施工中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。④风筒承受负压作用，必须使用刚性或者带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高、重量大、运输不便。1.3混合式通风混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用，兼有压入式和抽出式两者的优点，其中压入式向工作面供新风，抽出式从工作面排出污风。其布置方式取决与掘进工作面空气中污染物的空间分布和掘进、装载机械的位置。按局部通风机和风筒的布设位置，分为长压短抽、长抽短压和长抽长压三种；按抽压风筒口的位置关系，每种方式又有前抽后压和前压后抽两种方式。4结合以上三种通风方式的优缺点，综合分析主斜井的通风需要，经过对通风效果和成本的比较，最终选用压入式局部通风方法。2风量计算2.1按掘进工作面最低风速和气温计算Q掘=60VSKt式中，Q掘为掘进工作面需风量,m3/min；V为工作面最低风速，岩掘进工作面的最低风速取0.15m／s;S为掘进巷道断面积，取19.01m2；Kt为温度调整系数，取1.1。Q掘=60×0.15×19.01×1.1=188.199(m3/min)2.2按掘进工作面最多人员数量计算Q掘=4NK式中N为单个工作面最多人数，取25。K为单个工作面最多人数，取1.5。Q掘=4×25×1.5=150(m3/min)2.3按掘进工作面瓦斯涌出量计算Q掘=100q瓦K瓦式中q瓦为掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min，取0.1;K瓦为瓦斯涌出不均匀备用风量系数，取2。Q掘=100×0.1×2=20(m3/min)2.4按一次起爆的最大炸药量计算5为了减小工人劳动强度、实现快速施工采用一次爆破的方式破碎岩石。2.4.1选用一级煤矿许用炸药时Q掘=25A式中A为掘进工作面一次爆破的最大炸药量，㎏，取45㎏;Q掘=25×45=1125(m3/min)2.4.2选用二、三级煤矿许用炸药时Q掘=10AQ掘=10×45=450(m3/min)显然，选用煤矿二、三级许用炸药时掘进工作面排出炮烟的需风量比选用煤矿一级许用炸药时掘进工作面排出炮烟的需风量小、通风难度小。因此，选用煤矿二级许用乳化炸药。按以上3种计算方式取最大数1125m3/min。经过对掘进工作面所需风量的计算得知：掘进工作面的最大需风量取决于爆破方式和爆破所用的炸药种类。分段爆破时一次起爆的最大炸药量小、所需风量小，但不利于减小劳动强度和快速施工。在全断面一次爆破时为减少掘进工作面最大需风量，应该选择爆炸后产生有毒有害气体少的煤矿二、三级炸药。经过综合分析，主斜井掘进工作面选用RMⅡ煤矿乳化炸药。因此，掘进工作面的最大需风量为450m3/min。3局部通风设备的选择3.1风筒的选择6风筒是掘进施工中的导风装置，对风筒的基本要求是漏风小、风阻小、质量轻、拆装方便。柔性风筒具有轻便、可伸缩、拆卸搬运方便的优点。3.1.1选型原则：风筒选择时应尽可能地选择大直径风筒。虽然大直径风筒的购置成本较高，但在输送相同的风量时大直径风筒产生的通风阻力远小于小直径风筒，与大直径风筒配套使用的风机压力较低，风机功率消耗较小，长期运行能够节约大量电能，运行费用较低。3.1.2风筒的阻力风筒的摩擦阻力系数与百米风阻值风简直径／mm3004005006007008009001000α╳104/N·s2·m－45349454138323029R100/N·s2·m－8412314943414.76.53.32.0Rp=L/100×R100=21×2.0=42Pa3.1.3漏风系数即：风筒有效风量的倒数P漏＝1/（1-nη接）＝1÷（1-208×0.002）＝1.71式中n为风筒接头数，208个；η接—每个接头的漏风率，插接时η接=0.01～0.02；螺圈反边接头时η接=0.002。3.1.4风筒的漏风正常情况下，胶布风筒接口、全长的壁面和缝合针眼都有漏风，所以风筒漏风属于连续的均匀漏风。漏风使局部通风机风量Q通与风7筒出口风量Q掘不等。风筒的漏风量Q漏与风筒种类，接头的数目、方法和质量以及风筒直径、风压等有关，但更主要的是与风筒的维护和管理密切相关。综合考虑各种因素和巷道实际断面，选择直径1000mm的柔性风筒。风简接头采用罗圈反边方式，漏风小，不易胀开，百米漏风率L1002%。为解决爆破抛掷的煤矸对风筒破坏的问题，引进少量抗炮崩高强度风筒在掘进工作面附近循环使用，有效地增加了出风口的风量.3.2局部通风机的选择在长距离独头巷道掘进通风中，通常会在独头巷道掘进的整个时期都选用一台风机，而局部通风机所需的风压是根据巷道掘进的最终长度所克服的阻力来计算的，但是在掘进施工的时候巷道的长度是随着掘进工作的延续而逐渐由短至长延伸的。因此，按掘进结束时起的巷道长度选择的局扇在巷道长度较短时输出的负荷大于实际需要的负荷，出现“大马拉小车”的状况，造成了能量和费用的浪费。为了降低长距离独头巷道掘进过程中的电能消耗，有专家学者提出了分段通风的方法。所谓分段通风是指将整个巷道长度划分为若干段，每个阶段根据巷道长度不同选用不同功率的风机进行通风的一种通风方法。3.2.1选型原则根据使通风电费和风机的购置费用的和为最小的原则确定最优分段数，并根据风筒的购置费用和在不同直径时花费的电费确定最优8的风筒直径。在此选择対旋局部通风机通风，前期对旋风机单机叶轮运行。后期两级叶轮同时运行以达到节约电费的目的。3.2.2计算所需通风机的工作风量根据掘进工作面所需风量Q掘和风筒的漏风情况，用下式计算所需通风机的工作风量Q通：Q通＝Q掘P漏＝450×1.71＝769.5m3/min式中Q通为所需局部通风机的工作风量，m3/min；Q掘为掘进工作面所需风量，450m3/min；（3）、计算所需通风机的全风压H全＝R风Q掘Q通＋h动＝R风Q掘Q通＋0.811ρQ掘2/D4＝2.0/100×2080×(450÷60)×(769.5÷60)＋0.811×1.2×(450÷60)2÷（1.0）4＝4095Pa式中R风为压入式风筒的总风阻；Q通为局部通风机的实际工作风量，769.5m3/min；h动为风筒出口动压损失，Pa；ρ为空气密度，1.2kg/m3；D为风筒直径，1.0m。根据15%的风筒局部风阻计算，所以H全=4095×（1+0.15）=4710Pa3.2.3风机选型9FBD型对旋轴流局部通风机主要技术参数型号规格功率kW风量m3/min全压Pa电压V最高全压效率%噪声dBa№6.3/2×302×30630～4201000～5800380/660/1140≥80≤25№6.7/2×372×37680～4501200～6000≥80≤25№7.1/2×452×45800～5001200～6800≥80≤25№8/2×552×55950～7001500～7000≥80≤25经过计算分析可选择FBD型№7.1/2×45风机，但是FBD型№7.1/2×45风机功率2×45kW。如果在掘进的整个时期都使用这一台风机的话将会造成电能的浪费。按分段通风的原则，将2080米巷道分为两段选择风机。①0～1400米，所需通风机的工作风量Q通为：P漏＝1/（1-nη接）＝1÷（1-140×0.002）＝1.39Q通＝Q掘P漏＝450×1.39＝625.5m3/min所需通风机的全风压为：H全＝R风Q掘Q通＋h动＝R风Q掘Q通＋0.811ρQ掘2/D4＝2.0/100×1400×(450÷60)×(625.5÷60)＋0.811×1.2×(450÷60)2÷（1.0）4＝3339（Pa）根据15%的风筒局部风阻计算，所以10H全=3339×（1+0.15）=3840（Pa）选择FBD型№6.3/2×30②1400～2080米所需通风机的工作风量Q通为：P漏＝1/（1-nη接）＝1÷（1-208×0.002）＝1.71Q通＝Q掘P漏＝450×1.71＝769.5.5m3/minH全＝R风Q掘Q通＋h动＝R风Q掘Q通＋0.811ρQ掘2/D4＝2.0/100×2080×(450÷60)×(769.5÷60)＋0.811×1.2×(450÷60)2÷（1.0）4＝4095Pa根据15%的风筒局部风阻计算H全=4095×（1+0.15）=4710Pa选择FBD型№7.1/2×45按分段通风方法将掘进通风分为两段，0～1400米选择FBD型№6.3/2×30风机，1400～2080米选择