經坊煤業礦井需風量與通風能力核定研究

李君年

（山西省長治經坊煤業有限公司，山西 長治 047100）

0 引 言

通風系統是礦井安全生產系統的重要組成部分，直接影響著礦井生產能力與現場安全生產。特別是高瓦斯礦井，礦井通風系統的失調造成瓦斯等通風事故，未能及時將有毒有害氣體稀釋并排出礦井之外。因此，對高瓦斯礦井需風量與通風能力進行計算核定，是保證礦井正常安全開采的基礎。

1 礦井基本情況

經坊煤業地處山西省長治市上黨區，井田面積30.72 km2，產能3.00 Mt/a。礦井通風方式為抽出式，屬高瓦斯礦井。目前在北翼七采區布置3-邊角08 回采工作面（即將進行末采）、3-邊角07 工作面（備用工作面），計劃布置3-邊角101 運輸順槽和3-邊角102回風順槽2 個掘進工作面；在八采區布置3-802 回采工作面、3-805 預抽工作面（備用工作面）、3-8061 運輸順槽掘進工作面、3-8062 回風順槽2 個掘進工作面；礦井北翼七采區和八采區中布置的回采工作面不同時進行回采作業。在南翼五采區布置3-508 回采工作面；在六采區布置3-6051 運輸順槽掘進工作面、3-6052 回風順槽掘進工作面、3-603 探巷6 掘進工作面、3-603 探巷7 掘進工作面；六采區中3-603 探巷6和探巷7 為2 個停掘放水供風工作面。

2 礦井需風量計算

礦井通風系統要求能夠滿足井下各個用風地點風量需求，如公式1 所示，需要對回采工作面、掘進工作面、井下硐室、備用工作面以及其他巷道等用風地點的需風量分別進行計算。

式中：Qk為礦井需風量合計，m3/min；Qc、Qj、Qd、Qb、Qf分別表示回采工作面、掘進工作面、井下硐室、備用工作面以及其他巷道的總需風量，m3/min；kaq為不同礦井通風系統相應的備用系數，由于經坊煤業采用抽出式通風，因此取值1.2。

2.1 回采工作面需風量

1）按照適宜于井下作業環境，由公式（2）計算：

式中：ν 為回采工作面風速，取1.0 m/s；S為回采工作面的有效斷面積，即最大和最小控頂有效斷面的平均值，3- 邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分別取 14.633 、14.633、9.02 m2；kg為回采工作面采高風量調整系數，取1.2；kl為回采工作面長度風量調整系數，3- 邊角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分別取 1.3、1.4 、1.2。

將以上各參數代入公式（2）計算得出，3-邊角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的需風量分別為959 m3/min、1 032 m3/min、 546 m3/min。

2）按照瓦斯涌出量，可由公式（3）進行計算：

式中：Qh為回采工作面回風順槽回風流當中絕對瓦斯涌出量平均值，3- 邊角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分別取 1.29 、3.31 、3.84 m3/min；kh為回采工作面瓦斯涌出不均勻的備用風量系數，即絕對瓦斯最大涌出量同月平均絕對瓦斯涌出量之間的比值，3- 邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508工作面分別取1.6、1.6、1.2。

將以上各項參數代入公式3 計算可得出，3-邊角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的需風量分別為 206 m3/min、530 m3/min、461 m3/min。

3）按照回采工作面作業人數，可由公式（4）進行計算：

式中：Nh為回采工作面同時作業最多人數，即交接班時允許最大人數，3- 邊角08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分別取 65 、65 、40 人。

將以上各項參數代入公式4 中計算可得出，3-邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的需風量分別為 260 m3/min、260 m3/min、160 m3/min。

4）按照風速驗算。根據公式（1）~（3）計算結果，3-邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面的最大需風量分別為 959 m3/min、1 032 m3/min、546 m3/min。

式中：Scb為回采工作面最大控頂有效斷面積，3-邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508 工作面分別取11.03 、11.03 、6.78 m2；Scs為回采工作面最小控頂有效斷面積，3- 邊角 08 工作面、3-802 工作面、3-508工作面分別取 9.46 、9.46 、5.85 m2。

經過驗算各個回采工作面最大需風量均可以滿足風速要求，回采工作面總需風量為2 537 m3/min。

2.2 掘進工作面需風量

1）按照瓦斯涌出量，由公式（6）進行計算：

式中：Qj為掘進工作面回風流當中絕對瓦斯涌出量平均值，3- 邊角 101 運輸順槽、3- 邊角 102 回風順槽、3-6051 運輸順槽、3-6052 回風順槽、3-603探巷 6、3-603 探巷 7 等掘進工作面分別取 0.29、0.29 、0.29 、0.29 、0.18 、0.18 m3/min；kj為掘進工作面瓦斯涌出不均勻的備用風量系數，即絕對瓦斯最大涌出量同月平均絕對瓦斯涌出量之間的比值，3-邊角 101 運輸順槽、3- 邊角 102 回風順槽、3-6051 運輸順槽、3-6052 回風順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘進工作面分別取 1.5 、1.5 、1.3、1.3 、1.5 、1.5。

將以上各項參數代入公式6 計算可得出，3-邊角 101 運輸順槽、3- 邊角 102 回風順槽、3-6051 運輸順槽、3-6052 回風順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘進工作面的需風量分別為44、44、31、31、27、27 m3/min。

2）按照掘進工作面作業人數，由公式（7）計算：

式中：Nj表示掘進工作面同時作業最多人數，即交接班時允許最大人數，3- 邊角101 運輸順槽、3-邊角 102 回風順槽、3-6051 運輸順槽、3-6052 回風順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷 7 等掘進工作面分別取36、36、30、30、30、30 人。

將以上各項參數代入公式7 計算可得出，3-邊角 101 運輸順槽、3- 邊角 102 回風順槽、3-6051 運輸順槽、3-6052 回風順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘進工作面的需風量分別為 144 、144 、120 、120 、120 、120 m3/min。

3）按照局扇運行能力，可由公式8 進行計算：

式中：Qαf表示局扇實際吸風量，3-邊角101 運輸順槽、3- 邊角 102 回風順槽、3-6051 運輸順槽、3-6052 回風順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷 7 等掘進工作面分別取 550 、550 、420 、420 、420 、420 m3/min；I為掘進工作面同時工作的局扇數量，取1臺；Shd為掘進工作面局扇安裝位置到回風口巷道最大斷面積，3-邊角101 運輸順槽、3- 邊角102 回風順槽、3-6051 運輸順槽、3-6052 回風順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷7 等掘進工作面分別取 12.6 、12.6、12.4 、12.4 、11.25、11.25 m2。

將以上各項參數代入公式（8）當中進行計算可以得出，3-邊角101 運輸順槽、3- 邊角102 回風順槽、3-6051 運輸順槽、3-6052 回風順槽、3-603 探巷6、3-603 探巷7 等掘進工作面的需風量分別為739、739 、606 、606 、589 、589 m3/min。

根據公式（6）~（8）計算結果，3- 邊角 101 運輸順槽、3- 邊角 102 回風順槽、3-6051 運輸順槽、3-6052 回風順槽、3-603 探巷 6、3-603 探巷 7 等掘進工作面的最大需風量分別為739、739、606、606、589、589 m3/min。通過對各個掘進工作面的最大需風量進行驗算，均可以符合風速要求，由此掘進工作面總需風量為3 868 m3/min。

2.3 硐室需風量

1）井下爆炸材料庫需風量可由公式（9）計算：

式中：Vk為井下爆炸材料庫的體積，取1 785 m3。代入公式9 當中進行計算可以得出：井下爆炸材料庫需風量為119 m3/min。

2）井下其他硐室在符合《煤礦安全規程》關于溫度和有害氣體濃度等相關規定的條件下，4、6、7、8 采區變電所及8 采區水倉、3 采區膠輪車存放硐室可以根據經驗配風量取值150 m3/min。由此，硐室總需風量為1 019 m3/min。

2.4 備用工作面及其他巷道需風量

1）備用工作面需風量可以按照不低于回采工作面需風量的一半進行取值。目前有布置3-邊角07和3-805 備用工作面，可以分別按3- 邊角08 和3-802 回采工作面需風量959 m3/min 和1 032 m3/min的一半進行計算；由此，備用工作面總需風量為996 m3/min。

2）其他巷道需風量可由公式（10）進行計算：

式中：Kw為其他巷道的瓦斯涌出不均衡系數，取1.3；Qw為瓦斯絕對涌出量的平均值，取0.71 m3/min。井下有8 處其他巷道，代入公式（10）中計算可以得出：其他巷道總需風量為984 m3/min。

2.5 礦井總需風量

將1～5 計算結果代入公式（1）中進行計算可以得出礦井總需風量為10 090 m3/min。

3 礦井通風能力驗算

目前，礦井布置井筒數量為5 個，其中主、副斜井和進風立井承擔著進風的任務，南翼和北翼回風立井承擔著回風的任務。主、副斜井和進風立井的進風量分別為1 397、4 436、8 780 m3/min，礦井的總進風量為14 613 m3/min，總回風量為14 683 m3/min。通過上述計算結果可以得出，礦井總進風量可以足礦井總需風量要求。

4 結束語

本文對回采工作面、掘進工作面、井下硐室、備用工作面以及其他巷道等用風地點的需風量分別進行計算，確定礦井總需風量為10 090 m3/min，礦井通風系統能夠滿足井下用風地點需風要求，因此礦井通風能力可以符合井下安全生產的需求。