长距离独头巷道掘进局部通风设计及改进方法与措施探讨

范海峰 胡子龙

摘 要 巷道长距离掘进施工形成独头巷道，不能形成贯穿风流，放炮后炮烟长时间不能散尽，达不到施工要求，影响工程施工进度。长距离通风风阻较大，漏风严重，使通风质量无法保证。巷道掘进过程中产生的有害气体会对工作环境造成巨大影响。矿山生产掘进过程中，采用的通风方式较为简单，远远不能满足工程施工工期的要求，因而对局部通风方式进行专门设计，采用有效措施势在必行。

关键词 局部通风;通风方式;风机选择

1 基本概况

2018年荣达矿业铅锌银矿深部资源接替技术改造建设项目中即将开始施工的200m中段开拓工程在进行掘进施工时会形成长距离独头巷道，不能形成贯穿风流。根据施工计划，3-2井施工完成800m进尺后才能与3-4井平巷掘砌工程贯通[1]。

2 局部通风设计

根据200m中段掘进计划，以3-2井独头巷道掘进800m为例进行局部通风设计。

2.1 通风方式的选择

由于掘进巷道较长，通风路径较长，相对压入式和抽出式两种通风方式，采用压入式和抽出式这两种通风方式联合运用的混合式通风能取得更好的通风效果，其中压入式风机向工作面供新风，抽出式风机从工作面排除污风。现在我们大多数所选用的风筒为柔性风筒，故混合式通风可采用长抽短压式通风，如图2-1所示。

2.2 工作面需风量计算

独头工作面的污浊空气主要成分是爆破后所产生的炮烟及各种作业场所所产生的矿尘，故局部通风所需要的风量可按照排除炮烟和矿尘进行计算[2]。

（1）压入式通风。风筒出口到工作面的距离小于风流的有效射程时，压入式通风的风量可根据进行计算;

式中Q—风量，m?/s;t—通风时间，s。t取40min;A—一次爆破炸药消耗量，kg;—独头巷道长度，m;S—巷道断面积，㎡，S取5.76。

一次爆破炸药消耗量A计算如下：

a、炮眼数目的确定：

根据公式进行估算 。

式中 N—炮眼数目（个）;F—岩石坚硬系数，取平均值12; S—巷道掘进断面（㎡），取5.76。

=24.276≈24（个）

b、单位岩石炸药消耗量：根据修正的普氏公式

其中q—单位岩石炸药消耗量（kg/m?）;

—考虑炸药爆力的校正系数，=525/p;

P—所用炸药的爆力（mL），根据（140175）岩石粉状乳化炸药H5查表得出p取值400。

2.083（kg/m?）。

c、总装药量：根据每一掘进循环爆破的岩石体积，计算出总装药量：

式中S—巷道掘进断面（㎡）;L—炮眼深度（m）;η——炮眼利用率，取值0.8。

kg。

故，压入式通风的风量，计算得知800m长度时压入式通风风量为2.354m?/s

风筒出口有效射程可根据公式进行计算。。

（2）混合式通风。混合式抽出式风量应为，长度为800m时，抽出式通风风量为2.942m?/s。

（3）排尘风速计算风量。可根据公式进行计算，式中v为排尘风速，按规定选取0.25m/s。故排尘风量Q=0.25×5.76=1.44m?/s。

2.3 风筒的选择

风筒可采用柔性风筒，在井下施工过程中拆装运搬方便。因巷道独头掘进超过500m，可选用800～1000mm直径的风筒。风筒位置如图2.3。

根据柔性风筒规格参数查询得知：800mm直径风筒节长10m、壁厚1.2mm、风筒质量3.2/kg·，风筒断面0.503/㎡。

由于风筒接头决定着风筒风阻系数及漏风系数，故在长距离掘进时采用如图2.4的螺圈反边连接方式可减少漏风及风阻[3]。

2.4 局扇的供风计算

局扇供风量。由于风筒存在漏风，局扇供风量应根据公式进行计算。式中：——局扇供风量，m?/s;—风筒末端风量，m?/s;—风筒漏风风量备用系数，可用百米漏风率来表示，即：其中：L—风筒长度，m，—风筒百米漏风率，柔性风筒取值0.01～0.3。

由计算得出，风筒长度为800m时，风筒漏风风量备用系数为2.50，末端风量为2.354m?/s，局扇供风量为5.89m?/s。

（2）局扇风压。局扇风压需要克服风筒阻力及风流出口动压损失。可根据公式进行计算。

式中：R—风筒风阻，N·S?/;S—风筒或局扇出口的面积，㎡;g—重力加速度，m/S?，取值9.8 m/S?;—空气重率，N/m?，取值12.67 N/m?;—流经风筒的平均风量，m?/s，;—风机或风筒出口流出的风量，m?/s。

在实际中，整列风筒风阻除与长度和接头等有关外，还与风筒的吊挂维护等管理质量密切相关。因缺少实测资料，根据《通风安全学》第二版中所给出参考表6-3-6中的数值R=6.5 N·S?/进行计算[4]。计算得出：

局扇风压计算表

风筒长度（m） 风筒末端风量（Q0-m?/s） 局扇供风量（Qf-m?/s） 流经风筒的平均流量（Qm-m?/s） 局扇风压（Hf-N·s?·m8）

800 2.354 5.89 3.72 102.80

2.5 局部通風机的选型

（1）确定局部通风机的工作参数。我们以最大掘进长度800m为基准，确定工作面所需风量。根据公式可计算出风机的工作风量[5]。

式中—柔性风筒的漏风系数，即，n为风筒接头数，取值8。为每个接头的漏风率，当采用螺圈反边接头时取值0.005。故。

通过计算得知，当达到最大掘进长度800m时，风机的工作风量m?/s。

局部风机的全压可根据公式

进行计算，采用压入式通风为4837Pa，采用抽出式通风为4175Pa。

（2）选择局部风机。

根据以上计算，局部风机应符合验算。风机参数选择应取最大值。

根据现在所使用的淄博金河风机有限公司所提供的风机技术参数表2.5-2选择局部风机，型号为№7.1 2×30的风机。风机风量为：620～370 m?/min，风压为600～6624Pa[6]。

3 改进措施

（1）增大风筒直径和每节长度，提高风筒接头质量。风筒接头可采用薄铁片做成内外压板连接，当风筒有破损时杜绝针缝漏风，可采用对口缝接、灌胶等方式，以尽可能降低风筒的漏风系数和通风阻力。

（2）局扇加高，可将局扇放在一个焊制的铁架上，与风筒保持成一线，风筒吊挂在顶板上。

（3）采用混合式通风方式，保证压入风筒出口据工作面不超过10m，抽出风筒入口应滞后压入风筒出口5m以上，同时，施工过程中，根据施工进度，及时调整风筒、局扇与工作面的间距，保证施工效果[7]。

（4）优化炮孔布置，减少总装药量。当确定风机后，应对风机设置专用开关、专用电缆、专用变压器来保证稳定持续的供电。为了发挥最大的风机能效，就要对风筒进行设计及规划，減少漏风而降低风机阻力。另外对风筒的管理与检查必须要落实到工作中，加强管理人员责任意识，确保通风安全。

参考文献

[1] 张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011：177.

[2] 全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会.矿业工程管理与实务[M].北京：中国建筑工业出版社，2011：17.

[3] 卢义玉.井巷工程设计与施工[M].徐州：中国矿业大学出版社， 2010：51.

[4]《采矿设计手册》编写委员会编.采矿设计手册第二册[M].北京：中国建筑工业出版社，1988：37.

[5]《采矿设计手册》编写委员会编.采矿设计手册第三册[M].北京：中国建筑工业出版社，1988：21.

[6] 王文才，乔旺.长距离局部通风技术的发展现状与趋势[J].煤炭科学技术，2012，40（1）：46-49.

[7] 左锋.浅谈长距离掘进通风技术[J].能源与节能，2015，（3）：145-146.