经坊煤业矿井需风量与通风能力核定研究

2021-05-21李君年

煤矿现代化 2021年3期

李君年

（山西省长治经坊煤业有限公司，山西长治 047100）

0 引言

通风系统是矿井安全生产系统的重要组成部分，直接影响着矿井生产能力与现场安全生产。特别是高瓦斯矿井，矿井通风系统的失调造成瓦斯等通风事故，未能及时将有毒有害气体稀释并排出矿井之外。因此，对高瓦斯矿井需风量与通风能力进行计算核定，是保证矿井正常安全开采的基础。

1 矿井基本情况

经坊煤业地处山西省长治市上党区，井田面积30.72 km2，产能3.00 Mt/a。矿井通风方式为抽出式，属高瓦斯矿井。目前在北翼七采区布置3-边角08 回采工作面（即将进行末采）、3-边角07 工作面（备用工作面），计划布置3-边角101 运输顺槽和3-边角102回风顺槽2 个掘进工作面；在八采区布置3-802 回采工作面、3-805 预抽工作面（备用工作面）、3-8061 运输顺槽掘进工作面、3-8062 回风顺槽2 个掘进工作面；矿井北翼七采区和八采区中布置的回采工作面不同时进行回采作业。在南翼五采区布置3-508 回采工作面；在六采区布置3-6051 运输顺槽掘进工作面、3-6052 回风顺槽掘进工作面、3-603 探巷6 掘进工作面、3-603 探巷7 掘进工作面；六采区中3-603 探巷6和探巷7 为2 个停掘放水供风工作面。

2 矿井需风量计算

矿井通风系统要求能够满足井下各个用风地点风量需求，如公式1 所示，需要对回采工作面、掘进工作面、井下硐室、备用工作面以及其他巷道等用风地点的需风量分别进行计算。

式中：Qk为矿井需风量合计，m3/min；Qc、Qj、Qd、Qb、Qf分别表示回采工作面、掘进工作面、井下硐室、备用工作面以及其他巷道的总需风量，m3/min；kaq为不同矿井通风系统相应的备用系数，由于经坊煤业采用抽出式通风，因此取值1.2。

2.1 回采工作面需风量

1）按照适宜于井下作业环境，由公式（2）计算：

式中：ν 为回采工作面风速，取1.0 m/s；S为回采工作面的有效断面积，即最大和最小控顶有效断面的平均值，3- 边角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分别取 14.633 、14.633、9.02 m2；kg为回采工作面采高风量调整系数，取1.2；kl为回采工作面长度风量调整系数，3- 边角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分别取 1.3、1.4 、1.2。

将以上各参数代入公式（2）计算得出，3-边角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的需风量分别为959 m3/min、1 032 m3/min、 546 m3/min。

2）按照瓦斯涌出量，可由公式（3）进行计算：

式中：Qh为回采工作面回风顺槽回风流当中绝对瓦斯涌出量平均值，3- 边角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分别取 1.29 、3.31 、3.84 m3/min；kh为回采工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，即绝对瓦斯最大涌出量同月平均绝对瓦斯涌出量之间的比值，3- 边角 08 工作面、3-802 工作面、3-508工作面分别取1.6、1.6、1.2。

将以上各项参数代入公式3 计算可得出，3-边角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的需风量分别为 206 m3/min、530 m3/min、461 m3/min。

3）按照回采工作面作业人数，可由公式（4）进行计算：

式中：Nh为回采工作面同时作业最多人数，即交接班时允许最大人数，3- 边角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分别取 65 、65 、40 人。

将以上各项参数代入公式4 中计算可得出，3-边角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的需风量分别为 260 m3/min、260 m3/min、160 m3/min。

4）按照风速验算。根据公式（1）~（3）计算结果，3-边角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的最大需风量分别为 959 m3/min、1 032 m3/min、546 m3/min。

式中：Scb为回采工作面最大控顶有效断面积，3-边角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分别取11.03 、11.03 、6.78 m2；Scs为回采工作面最小控顶有效断面积，3- 边角 08 工作面、3-802 工作面、3-508工作面分别取 9.46 、9.46 、5.85 m2。

经过验算各个回采工作面最大需风量均可以满足风速要求，回采工作面总需风量为2 537 m3/min。

2.2 掘进工作面需风量

1）按照瓦斯涌出量，由公式（6）进行计算：

式中：Qj为掘进工作面回风流当中绝对瓦斯涌出量平均值，3- 边角 101 运输顺槽、3- 边角 102 回风顺槽、3-6051 运输顺槽、3-6052 回风顺槽、3-603探巷 6、3-603 探巷 7 等掘进工作面分别取 0.29、0.29 、0.29 、0.29 、0.18 、0.18 m3/min；kj为掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，即绝对瓦斯最大涌出量同月平均绝对瓦斯涌出量之间的比值，3-边角 101 运输顺槽、3- 边角 102 回风顺槽、3-6051 运输顺槽、3-6052 回风顺槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘进工作面分别取 1.5 、1.5 、1.3、1.3 、1.5 、1.5。

将以上各项参数代入公式6 计算可得出，3-边角 101 运输顺槽、3- 边角 102 回风顺槽、3-6051 运输顺槽、3-6052 回风顺槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘进工作面的需风量分别为44、44、31、31、27、27 m3/min。

2）按照掘进工作面作业人数，由公式（7）计算：

式中：Nj表示掘进工作面同时作业最多人数，即交接班时允许最大人数，3- 边角101 运输顺槽、3-边角 102 回风顺槽、3-6051 运输顺槽、3-6052 回风顺槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷 7 等掘进工作面分别取36、36、30、30、30、30 人。

将以上各项参数代入公式7 计算可得出，3-边角 101 运输顺槽、3- 边角 102 回风顺槽、3-6051 运输顺槽、3-6052 回风顺槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘进工作面的需风量分别为 144 、144 、120 、120 、120 、120 m3/min。

3）按照局扇运行能力，可由公式8 进行计算：

式中：Qαf表示局扇实际吸风量，3-边角101 运输顺槽、3- 边角 102 回风顺槽、3-6051 运输顺槽、3-6052 回风顺槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷 7 等掘进工作面分别取 550 、550 、420 、420 、420 、420 m3/min；I为掘进工作面同时工作的局扇数量，取1台；Shd为掘进工作面局扇安装位置到回风口巷道最大断面积，3-边角101 运输顺槽、3- 边角102 回风顺槽、3-6051 运输顺槽、3-6052 回风顺槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘进工作面分别取 12.6 、12.6、12.4 、12.4 、11.25、11.25 m2。

将以上各项参数代入公式（8）当中进行计算可以得出，3-边角101 运输顺槽、3- 边角102 回风顺槽、3-6051 运输顺槽、3-6052 回风顺槽、3-603 探巷6、3-603 探巷7 等掘进工作面的需风量分别为739、739 、606 、606 、589 、589 m3/min。

根据公式（6）~（8）计算结果，3- 边角 101 运输顺槽、3- 边角 102 回风顺槽、3-6051 运输顺槽、3-6052 回风顺槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷 7 等掘进工作面的最大需风量分别为739、739、606、606、589、589 m3/min。通过对各个掘进工作面的最大需风量进行验算，均可以符合风速要求，由此掘进工作面总需风量为3 868 m3/min。

2.3 硐室需风量

1）井下爆炸材料库需风量可由公式（9）计算：

式中：Vk为井下爆炸材料库的体积，取1 785 m3。代入公式9 当中进行计算可以得出：井下爆炸材料库需风量为119 m3/min。

2）井下其他硐室在符合《煤矿安全规程》关于温度和有害气体浓度等相关规定的条件下，4、6、7、8 采区变电所及8 采区水仓、3 采区胶轮车存放硐室可以根据经验配风量取值150 m3/min。由此，硐室总需风量为1 019 m3/min。

2.4 备用工作面及其他巷道需风量

1）备用工作面需风量可以按照不低于回采工作面需风量的一半进行取值。目前有布置3-边角07和3-805 备用工作面，可以分别按3- 边角08 和3-802 回采工作面需风量959 m3/min 和1 032 m3/min的一半进行计算；由此，备用工作面总需风量为996 m3/min。

2）其他巷道需风量可由公式（10）进行计算：

式中：Kw为其他巷道的瓦斯涌出不均衡系数，取1.3；Qw为瓦斯绝对涌出量的平均值，取0.71 m3/min。井下有8 处其他巷道，代入公式（10）中计算可以得出：其他巷道总需风量为984 m3/min。

2.5 矿井总需风量

将1～5 计算结果代入公式（1）中进行计算可以得出矿井总需风量为10 090 m3/min。

3 矿井通风能力验算

目前，矿井布置井筒数量为5 个，其中主、副斜井和进风立井承担着进风的任务，南翼和北翼回风立井承担着回风的任务。主、副斜井和进风立井的进风量分别为1 397、4 436、8 780 m3/min，矿井的总进风量为14 613 m3/min，总回风量为14 683 m3/min。通过上述计算结果可以得出，矿井总进风量可以足矿井总需风量要求。