浅谈基建矿井斜井井筒平行施工时期通风方案的优化

【摘要】在矿井建设时期，特别是主、副斜井（或平硐）平行施工期间，随着开凿距离的延伸，原有的独立压入式通风已不能满足施工需要，必须加大通风设备投入，才能确保通风合理有效地为生产施工服务。在现实施工中可利用两井筒之间的联巷，并在其中一个井口加设临时抽风机，把局扇放到井下适合的新鲜风流位置，使两条井筒形成简易的通风系统，在不影响正常生产的情况下，从而减少了现场通风管理任务，且加强了矿井建设的安全系数和抗灾能力。本文以不连沟煤矿主、副斜井通风方案为例，简述其通风方案改造与风量计算等。

【关键词】压入式通风；临时抽风机；通风方案；风机选型；通风系统改造

一、概述

不连沟煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗东部，矿井设计生产能力为1000万吨/年，属低瓦斯矿井，采用主、副平峒、两立风井混合开拓，单水平盘区式开采。其中，主、副斜井均为全岩巷道，主斜井筒最大掘进断面15.76㎡，设计全长2476.2m，副斜井井筒最大掘进断面25.42㎡，设计全长2532.7m，基岩段均采用普通钻爆法施工。当时主斜井已施工近1840m，副斜井已施工近1880m。

二、通风方案

原设计通风方案均采用压入式通风，即在地面距井口20m以外各安设两台2×30kw和两台2×55kw对旋式局部通风机（各为一主一备），分别向主、副斜井两个掘进工作面输送新鲜空气。

但随着施工进度的加快，由于通风距离过长，继续采用目前的压入式通风已无法满足主、副井的通风需要。为杜绝因通风能力不足带来的隐患，保证现场施工需要，决定改用抽、压混合式通风方式，即在主斜井井筒出口处安设一台抽出式通风机，并砌筑密闭墙，使抽风机抽出主、副斜井井筒内的污浊空气，并使其主、副斜井井筒内形成一定的负压，再将目前安设在地面距井口20m以外的两台局部通风机移动到距掘进工作面最近的联巷外大于20m处。新鲜空气由于大气压力作用，从地面进入副斜井井筒内，再经副斜井井筒的两台局扇，将新鲜空气沿风筒送至主、副斜井井筒的掘进工作面。

三、所需风量计算

（一）主斜井井筒掘进工作面风量计算

2、按炸药量计算

3、按局扇的吸风量计算

4、按人数计算

5、按风速进行验算

（二）副斜井井筒掘进工作面需风量计算

1、按瓦斯（或二氧化碳）涌出量计算

Q副=100qgK=100×0.2×2.0=40 m3/min；式中Q副—副斜井掘进工作面所需风量，m3/min；

qg—掘进工作面回风流中瓦斯（或二氧化碳）的绝对涌出量，根据实测取0.2 m3/min；K—该掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数，一般可取1.5～2.0。

2、按炸药量计算

Q副=25A=25×19.4=485 m3/min；式中A—掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，取19.4㎏。

3、按局扇的吸风量计算

Q副=Q扇=950 m3/min；式中Q扇—局扇实际吸风量，选用2×55kw对旋风机吸入风量为950 m3/min。

4、按人数计算

Q副=4N=4×30=120 m3/min；式中N—掘进工作面同时工作的最多人数。

5、按风速进行验算

根据最低风速验算，按最低风速0.15 m/s计算，最低风量

Q副≥0.15×60×S=9×25.42=228.78 m3/min

根据最高风速验算，按最高风速4m/s计算，掘进工作面风量

Q副≤4×60×S=240×25.42=6100.8 m3/min

根据以上计算副斜井井筒选用2×55kw对旋风机，最大供风量950 m3/min，可以满足使用要求。

（三）联络巷配风风量计算

不连沟煤矿主、副斜井井筒之间共布置了四个联络巷，联络巷净断面为13.4㎡。根据《煤矿安全规程》第一百零一条规定，联络巷中的允许风速最低不低于0.15m/s，由于第四个联络巷作为回风联巷不需要配风，所以主、副斜井井筒之间联络巷配风风量为：Q联=N×0.15×60×S=3×0.15×60×13.4=361.8 m3/min；式中S—联络巷巷道断面积，㎡。

（四）局部通风机与4号联络巷之间配风风量

摆设在副斜井井筒内的两台局部通风机与4号联络巷口之间有大于20m的距离，按规定该段岩石巷道内的风速不得低于0.15 m/s。因此，局部通风机三号联络巷之间的配风风量为：

Q配=0.15×60×21.2=190.8 m3/min；

通过以上计算可知，主、副斜井井筒施工期间最困难通风时期所需风量为：Q总=Q主+Q副+Q联+Q配=630+950+361.8+190.8=2132.6 m3/min

四、通风最困难时期通风阻力计算

1、主斜井井筒通风阻力计算

参照内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司不连沟矿井初步设计说明书，主斜井井筒摩擦阻力系数：α=0.012 N·S2/m4；

主斜井井筒摩擦风阻Rf：Rf=αLU/S3=0.012×2476.2×12.5/13.33=0.158 N·S2/m8；式中α—巷道摩擦阻力系数，N·S2/m4； L—巷道总长度，m；U—巷道周长，m；S—巷道的净断面积，㎡

主斜井井筒摩擦阻力H主：

H主= Rf×Q2=0.158×（2132.6/60）2=199.606 Pa；式中Rf—巷道摩擦风阻，N·S2/m8；Q—巷道通过的风量，m3/s

2、副斜井井筒通风阻力计算

参照内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司不连沟矿井初步设计说明书，主斜井井筒摩擦阻力系数：α=0.0098 N·S2/m4；副斜井井筒摩擦风阻Rf：Rf=αLU/S3=0.0098×2532.7×17.8/21.23=0.046 N·S2/m8；式中α—巷道摩擦阻力系数，N·S2/m4；L—巷道总长度，m；U—巷道周长，m；S—巷道的净断面积，㎡

副斜井井筒摩擦阻力H主：

H主= Rf×Q2=0.046×（2132.6/60）2=58.113 Pa；式中Rf—巷道摩擦风阻，N·S2/m8；Q—巷道通过的风量，m3/s

3、联络巷通风阻力计算

参照内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司不连沟矿井初步设计说明书，联络巷巷道摩擦阻力系数：α=0.0098 N·S2/m4；

联络巷巷道摩擦风阻Rf：Rf=αLU/S3=0.0098×37.761×14/13.43=0.002 N·S2/m8；式中α—巷道摩擦阻力系数，N·S2/m4；L—巷道总长度，m；U—巷道周长，m；S—巷道的净断面积，㎡

联络巷巷道摩擦阻力H联：H联= Rf×Q2=0.002×（2132.6/60）2=2.527 Pa；式中Rf—巷道摩擦风阻，N·S2/m8；Q—巷道通过的风量，m3/s

通过以上计算可知，抽风机运行时井下巷道总的摩擦阻力为：H总= H主+H副+H联=199.606+58.113+2.527=260.246 Pa

五、通风最困难时期抽风机工作压力计算

抽风机在运行过程中，除了要克服井下巷道的摩擦阻力外，风机自身还要消耗一部分动能，抽风机在运行过程中消耗的动能为：

H动=（1/2）ρ（Q2/S2）=（1/2）×1.2×（2132.6/60）2/0.792=1214.544 Pa；式中Q—巷道通过的风量，m3/s；S—抽风机排风断面，取0.79㎡；ρ—巷道中的空气密度，取1.2㎏/m3

抽风机在运行过程中的工作压力等于抽风机的工作全压：H全= H总+H动=260.246+1214.544=1474.79 Pa

六、抽风机选型

通过以上计算，所选用的抽风机其工作风压必须大于1474.79 Pa。

抽风机最小排风量必须大于：Q风机=K×Q总=1.2×2132.6=2559.12 m3/min；式中Q总—通风最困难时期的井下所需风量，m3/min；K—配风系数，取1.2参考（B）DKZ系列对旋风机性能参数，选用（B）DKZ-6-No55型对旋通风机，可以满足主、副斜井后期施工实际通风需要。（B）DKZ-6-No55型对旋通风机性能参数为：功率：2×55kw；风机叶片可调角度为24°～48°；风机风量可调范围为1250～2670 m3/min；风机风压可调范围为726～2130 Pa

结束语

通过对不连沟煤矿主、副斜井井筒施工通风方案的选型计算，为以后同类基建矿井斜井平行施工通风方案的选择提供了参考和借鉴，为矿井安全、快速、高效施工提供了基础保障。

作者简介

程 强（1987- ），男，2007年毕业于郑州工业安全职业学院，通风助理工程师，现就职于中煤矿山建设集团三十工程处通风科。

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