掘进工作面局部风机的选型与应用

郭海腾

（山西煤炭运销集团金达煤业有限公司， 山西 孝义 032300）

引言

我国煤炭资源多为地下井工开采，合理、足量的通风对井工煤矿掘进工作面安全生产具有十分重要的意义[1-3]。为保证综采工作面人员、设备等所需的正常风量，以金达矿10402 运输顺槽掘进工作面为研究背景，对工作面局部通风机进行了选型研究。

1 工作面情况

10402 运输顺槽所掘煤层为太原组10 号煤层，本工作面位于金达矿二采区南翼，巷道性质为半煤岩。其作为10402 综采工作面的运输巷道使用，巷道设计走向长度为1 318 m，巷道最大净断面积为11.76 m2，根据掘进工艺要求，10402 运输顺槽拟采用压入式通风方式。

2 掘进工作面所需风量计算

2.1 按照瓦斯涌出量分析

根据瓦斯涌出情况，掘进工作面所需风量公式如下：

式中：q掘为掘进面平均瓦斯涌出量，为相对平均值，m3/min；K瓦斯为瓦斯涌出的不均衡系统，取1.00。

为保证风量充足，计算选用矿井瓦斯等级鉴定材料中所测的掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量q掘取0.24 m3/min；基于掘进面风流中瓦斯的浓度不能超过1%，换算系数取100。将各个数据代入式（1），得Q=24 m3/min。

2.2 按照CO2 涌出量分析

根据CO2涌出情况，掘进工作面所需风量公式如下：

式中：qCO2为掘进面回风流中CO2绝对涌出量，m3/min；KCO2为CO2涌出不均匀的备用系数。

为保证风量充足，瓦斯等级鉴定材料中所测的掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量qCO2取0.63 m3/min；根据掘进过程中实际观测情况，通过日最大绝对二氧化碳涌出量和月平均日绝对二氧化碳涌出量的比值计算，其比值为1；67 为掘进面回风流中CO2质量浓度低于1.5%时的换算系数。将各参数代入式（2），得Q掘=22 m3/min。

2.3 按工作面人员数量分析

按照工作面同时作业的最大人员数分析，掘进工作面所需风量按下式计算：

式中：N 为掘进工作面同时工作的最多人数，根据以往的实践经验，取32 人；q1为每人每分钟需风量，取4 m3/min。将各参数代入，得Q掘=128 m3/min。

2.4 按所需炸药量分析

10402 运输顺槽属于半煤岩巷道，在实际掘进过程中，局部区域需要进行钻孔爆破，根据钻孔炸药用量，工作面所需风量按下式计算：

式中：A 为掘进工作面一次爆破的最大炸药量，取10.5 kg；q2为1 kg 炸药爆破后，需要供给的风量，根据以往的爆破统计情况，取10 m3/min。将各参数代入式（4），得Q掘=105 m3/min。

2.5 按巷道最低风速分析

根据掘进巷道所需的最低风速，工作面所需的风量按下式计算：

式中：vmin为掘进面风流的最小速度，取0.25 m/s；S为掘进巷道的断面积，取11.76 m2。将各参数代入式（5）中，得Q掘=177 m3/min。

2.6 掘进工作面所需风量确定

经计算分析，取所需风量的最大值，由此确定掘进工作面所需风量为177 m3/min。

3 局部风机选型

3.1 局部风机吸风量分析

掘进工作面局部风机的吸风量一般按百米漏风率（Le）确定[4-5]，根据下式计算：

式中：Q吸为掘进面局部风机的吸风量，m3/min；Q掘为掘进工作面所需风量，据上述分析，取177 m3/min；Le为百米漏风率，根据柔性风筒百米漏风率的规定，取2%；L为最大通风距离，10402运输顺槽最大掘进长度为1 340 m，因此最大通风距离取1 340 m。

将各参数代入式（6）中，得Q吸=241.80 m3/min。考虑到实际掘进过程中风量的不可预测损失，取1.2倍的安全系数，则局部风机的最大吸风量为290.16 m3/min。

3.2 摩擦阻力分析

掘进工作面局部通风时风筒的摩擦阻力按照下式计算：

式中：P摩为掘进期间摩擦阻力，Pa；α 为风筒摩擦阻力系数，kg/m3，根据表1 确定；L 为风筒长度，取10402 运输顺槽最大掘进长度，1 340 m；Q吸为局部风机的吸风量，根据上述分析，取290.16 m3/min；U为风筒周长，m；S 为风筒断面积，m2。

表1 风筒直径与摩擦阻力系数对应关系

结合以往的通风实践经验，风筒直径取1 000 mm，风筒摩擦阻力系数α=0.002 9，将各参数代入式（7），得P摩=589.92 Pa。

考虑掘进工作面通风距离较远，风筒局部具有弯头等，增大了通风阻力，根据以往测量数据，结合10402 运输顺槽的实际通风情况，确定局部风阻为P阻=300Pa。由此，可确定风筒的总体摩擦阻力为P=P摩+P阻=889.92 Pa。

3.3 风机及风筒选型

根据上述分析，10402 运输顺槽掘进工作面所需风量不低于177 m3/min，工作面局部通风机所需吸风量不低于290.16 m3/min，通风风筒的总体摩擦阻力不低于889.92 Pa，综合分析，确定选用FBD№/6.3/2×30kW 型对旋式轴流通风机，风机供风量为380～700m3/min，风机工作全压为1300～6600Pa，风筒选用Φ1 000 mm 胶质阻燃风筒，可以满足通风要求。

4 结语

掘进工作面由于受其自身的施工工艺要求及实际作业空间的限制，工作面无法实现类似于综采面的U 形通风或Y 形通风，掘进面基本采用独头通风，因此在局部风机的实际选型过程中应保证风机具有足够的通风量。10402 运输顺槽在掘进过程中使用FBD№/6.3/2×30kW 型对旋式轴流局部通风机，工作面采用压入式通风，在实际施工过程中未出现供风不足等情况。局部风机的通风量较好地满足了工作面人员及设备的用风要求，为工作面提供了安全的作业条件，保障了掘进工作面的安全生产。