近距離煤層巷道通風(fēng)及注氮防滅火設(shè)計(jì)

史旭東

（山西汾河焦煤股份有限公司回坡底煤礦 ，山西 洪洞 041600）

1 基本概況

10-1132巷設(shè)計(jì)沿10#煤層底板掘進(jìn)，煤層平均厚度2.65m，與上分層9#煤層間距2.3m，9#煤層平均厚度0.9m；與下分層11#煤層間距5.3m，11#煤層平均厚度3.2m，煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。根據(jù)相鄰工作面瓦斯涌出情況，預(yù)計(jì)本工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為0.2m3/min。本工作面揭露的為10#煤，該煤層煤的自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ類，自燃傾向性為自燃，煤塵火焰長度＞400mm，有煤塵爆炸性。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 巷道通風(fēng)設(shè)計(jì)

2.1 通風(fēng)線路

1132巷通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 1132巷通風(fēng)系統(tǒng)圖

1）新鮮風(fēng)流：地面→副斜井→東區(qū)556軌道運(yùn)輸大巷→東一采區(qū)軌道巷→10-1132巷→10-1132巷工作面。

2） 污濁風(fēng)流：10-1132巷工作面→10-1132巷→10-113運(yùn)輸聯(lián)巷→10-113回風(fēng)聯(lián)巷→東區(qū)回風(fēng)巷→2#回風(fēng)立井→地面。

2.2 風(fēng)量計(jì)算

1）按瓦斯涌出量計(jì)算：

式中：q掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面回風(fēng)流中最大絕對(duì)瓦斯涌出量，在此取0.2m3/min；K掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，在此取1.2；125為掘進(jìn)工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔粦?yīng)超過0.8%的換算系數(shù)。

算得：Q掘=125×0.2×1.2=30m3/min

2）按二氧化碳涌出量計(jì)算：

式中：qco2為掘進(jìn)工作面回風(fēng)流中最大絕對(duì)二氧化碳涌出量，在此0.51m3/min；Kco2為掘進(jìn)工作面二氧化碳涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，在此取1.2；100為按掘進(jìn)工作面回風(fēng)流中二氧化碳濃度不應(yīng)超過1%的換算系數(shù)。

算得：Q掘=100×0.51×1.2=62m3/min

3）按掘進(jìn)工作面同時(shí)作業(yè)人數(shù)計(jì)算需要風(fēng)量：

式中：N為掘進(jìn)工作面同時(shí)工作的最多人數(shù)（交接班時(shí)，兩班考慮），取30人。

算得：Q掘≥120m3/min

4）按炸藥消耗量計(jì)算：

因?yàn)楸竟ぷ髅媸褂镁C掘機(jī)掘進(jìn)，所以不需要根據(jù)工作面炸藥消耗量進(jìn)行風(fēng)量計(jì)算。

5）按局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量計(jì)算：

式中：Q扇為局部通風(fēng)機(jī)實(shí)際吸風(fēng)量，m3/min；Q掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面實(shí)際需風(fēng)量，m3/min；η為風(fēng)筒百米漏風(fēng)率，在此取3%；L掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面長度，在此取1100m。

Q扇=Q掘/(1-L掘/100×η)=192（/1-1100/100×3%）=286m3/min

局扇吸入風(fēng)量取286m3/min，根據(jù)計(jì)算確定選用2×30kW局扇可滿足供風(fēng)需求[1]。

6）按局部通風(fēng)機(jī)實(shí)際吸風(fēng)量計(jì)算：

式中：Q扇為局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量，在此取600m3/min；I為掘進(jìn)工作面同時(shí)通風(fēng)的局部通風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)，在此取1臺(tái)；0.25為有瓦斯涌出的巖巷，半煤巖巷和煤巷允許的最低風(fēng)速；S最大為局部通風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)到回風(fēng)口間的巷道最大斷面積，取14m2。算得：Q掘=600×1+60×0.25×12.8=792m3/min

7）按風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算：

A驗(yàn)算最小風(fēng)量：

有瓦斯涌出的巖巷，半煤巖巷和煤巷：

Q扇≥60×0.25S掘

Q扇≥60×0.25×12.8

Q扇≥192m3/min

B驗(yàn)算最大風(fēng)量：

Q扇≤60×4S掘

Q扇≤60×4×12.8

Q扇≤3072m3/min

經(jīng)驗(yàn)算掘進(jìn)工作面局扇前全風(fēng)壓配風(fēng)取792m3/min時(shí)，巷道風(fēng)速為1.03m/s，小于4m/s，大于0.25m/s，符合通風(fēng)要求。

2.3 設(shè)備選擇

1）局扇選擇：根據(jù)10-1132巷掘進(jìn)工作面配風(fēng)量及風(fēng)速要求，選FBDYNo.6.3（2×30kW）高效對(duì)旋局扇供風(fēng)。

2）風(fēng)筒選擇：選擇Ф800×10m的膠質(zhì)抗靜電、阻燃風(fēng)筒。

3 注氮防滅火

注氮系統(tǒng)的主體設(shè)備為DM800/10移動(dòng)式注氮裝置，包括制氮車一臺(tái)，空壓機(jī)車兩臺(tái)（一用一備），設(shè)備連接方式為高壓金屬波紋軟管[2]。

3.1 注氮工藝和方法

10-113采空區(qū)防火注氮，采用埋管注氮工藝[3]。當(dāng)工作面停產(chǎn)、推進(jìn)度小于60m或有害氣體成趨勢性上升等特殊情況時(shí)，采取注氮防滅火措施，杜絕采空區(qū)自燃[4]。

采用埋管注氮具體方法為：在10-1131巷口至10-113運(yùn)輸聯(lián)巷口敷設(shè)一趟100mm注氮管路，并留設(shè)1個(gè)截止閥；在100mm注氮管路末端安設(shè)1變2的變通，并留設(shè)兩個(gè)球閥，然后沿順槽向采空區(qū)敷設(shè)兩趟50mm的注氮管路。當(dāng)?shù)谝惶俗⒌苈废虿煽諈^(qū)埋入18m后，同時(shí)埋入第二趟注氮管路；當(dāng)?shù)诙俗⒌芸谙虿煽諈^(qū)埋入18m后，第一趟注氮管路開始注氮，當(dāng)?shù)诙斯苈废虿煽諈^(qū)埋入36m時(shí)開始向采空區(qū)注氮，同時(shí)停止第一趟管路注氮，并又重新埋設(shè)注氮管路，如此循環(huán)，直至工作面采完為止。需要說明的是，對(duì)注氮口應(yīng)采取保護(hù)措施，安裝濾網(wǎng)，防止采空區(qū)泥漿等堵塞。

3.2 輸?shù)肪€

井上制氮機(jī)房→2#進(jìn)風(fēng)立井→556軌道巷→東一采區(qū)三聯(lián)巷→東區(qū)皮帶巷→10-113正巷→采空區(qū)

3.3 輸?shù)苈?/h3>

10-1131巷口至10-113運(yùn)輸聯(lián)巷口輸?shù)苈愤x用100mm無縫鋼管鋪設(shè)；10-113運(yùn)輸聯(lián)巷口至采空區(qū)選用50mm鋼管鋪設(shè)。

3.4 注氮量計(jì)算

1）按產(chǎn)量計(jì)算。

式中：QN為注氮流量，m3/min；A 為年產(chǎn)量，t；取83.3萬 t/a；Ρ 為煤的密度，t/m3；T為年工作日，取330d；n1為管路輸?shù)剩?；一般取0.9；n2為采空區(qū)注氮效率[5]，%；一般為 0.3～0.7，取 0.7；C1為空氣中的氧濃度，取20.8%；C2為采空區(qū)防火惰化指標(biāo)，可取7%。

2）按噸煤注氮量計(jì)算。

式中：QN為注氮流量，m3/min；A 為年產(chǎn)量，t；K為工作面回采率，%；

QN=5A×K/（330×60×24）=5×833000×95%/(330×60×24)=8.326m3/min

3）按瓦斯量計(jì)算。

式中：QN為注氮流量，m3/min；QC為綜采面通風(fēng)量，m3/min；C為綜采面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛龋?；

4）按采空區(qū)氧化帶內(nèi)的氧濃度計(jì)算。

式中：QN為注氮流量，m3/min；QV為采空區(qū)氧化帶的漏風(fēng)量，m3/min；取7m3/min；C1為采空區(qū)氧化帶內(nèi)的原始氧濃度，取15%；C2為注氮防火惰化指標(biāo)，取7%；CN為注入氮?dú)庵械牡獨(dú)饧兌?，?7%；

經(jīng)計(jì)算取以上最大值，結(jié)合礦井具體情況考慮1.2-1.5的安全備用系數(shù)[6（]在此取1.4），即采空區(qū)防滅火時(shí)的最大注氮流量：

8.326 ×1.4=11.656m3/min=699.4m3/h。

4 結(jié) 語

通過對(duì)1132巷道通風(fēng)線路設(shè)計(jì)、風(fēng)量計(jì)算得出：局扇前全風(fēng)壓配風(fēng)取

792m3/min時(shí)，巷道風(fēng)速為 1.03m/s，小于4m/s，大于0.25m/s，符合通風(fēng)要求。另外，對(duì)10-113采空區(qū)防火注氮，采用埋管注氮工藝。經(jīng)計(jì)算，采空區(qū)防滅火時(shí)的最大注氮流量為699.4m3/h，能夠達(dá)到防滅火的目的。