長距離獨頭巷道掘進局部通風設計及改進方法與措施探討

范海峰 胡子龍

摘 要 巷道長距離掘進施工形成獨頭巷道，不能形成貫穿風流，放炮后炮煙長時間不能散盡，達不到施工要求，影響工程施工進度。長距離通風風阻較大，漏風嚴重，使通風質量無法保證。巷道掘進過程中產生的有害氣體會對工作環(huán)境造成巨大影響。礦山生產掘進過程中，采用的通風方式較為簡單，遠遠不能滿足工程施工工期的要求，因而對局部通風方式進行專門設計，采用有效措施勢在必行。

關鍵詞 局部通風;通風方式;風機選擇

1 基本概況

2018年榮達礦業(yè)鉛鋅銀礦深部資源接替技術改造建設項目中即將開始施工的200m中段開拓工程在進行掘進施工時會形成長距離獨頭巷道，不能形成貫穿風流。根據(jù)施工計劃，3-2井施工完成800m進尺后才能與3-4井平巷掘砌工程貫通[1]。

2 局部通風設計

根據(jù)200m中段掘進計劃，以3-2井獨頭巷道掘進800m為例進行局部通風設計。

2.1 通風方式的選擇

由于掘進巷道較長，通風路徑較長，相對壓入式和抽出式兩種通風方式，采用壓入式和抽出式這兩種通風方式聯(lián)合運用的混合式通風能取得更好的通風效果，其中壓入式風機向工作面供新風，抽出式風機從工作面排除污風。現(xiàn)在我們大多數(shù)所選用的風筒為柔性風筒，故混合式通風可采用長抽短壓式通風，如圖2-1所示。

2.2 工作面需風量計算

獨頭工作面的污濁空氣主要成分是爆破后所產生的炮煙及各種作業(yè)場所所產生的礦塵，故局部通風所需要的風量可按照排除炮煙和礦塵進行計算[2]。

（1）壓入式通風。風筒出口到工作面的距離小于風流的有效射程時，壓入式通風的風量可根據(jù)進行計算;

式中Q—風量，m?/s;t—通風時間，s。t取40min;A—一次爆破炸藥消耗量，kg;—獨頭巷道長度，m;S—巷道斷面積，㎡，S取5.76。

一次爆破炸藥消耗量A計算如下：

a、炮眼數(shù)目的確定：

根據(jù)公式進行估算 。

式中 N—炮眼數(shù)目（個）;F—巖石堅硬系數(shù)，取平均值12; S—巷道掘進斷面（㎡），取5.76。

=24.276≈24（個）

b、單位巖石炸藥消耗量：根據(jù)修正的普氏公式

其中q—單位巖石炸藥消耗量（kg/m?）;

—考慮炸藥爆力的校正系數(shù)，=525/p;

P—所用炸藥的爆力（mL），根據(jù)（140175）巖石粉狀乳化炸藥H5查表得出p取值400。

2.083（kg/m?）。

c、總裝藥量：根據(jù)每一掘進循環(huán)爆破的巖石體積，計算出總裝藥量：

式中S—巷道掘進斷面（㎡）;L—炮眼深度（m）;η——炮眼利用率，取值0.8。

kg。

故，壓入式通風的風量，計算得知800m長度時壓入式通風風量為2.354m?/s

風筒出口有效射程可根據(jù)公式進行計算。。

（2）混合式通風?；旌鲜匠槌鍪斤L量應為，長度為800m時，抽出式通風風量為2.942m?/s。

（3）排塵風速計算風量?？筛鶕?jù)公式進行計算，式中v為排塵風速，按規(guī)定選取0.25m/s。故排塵風量Q=0.25×5.76=1.44m?/s。

2.3 風筒的選擇

風筒可采用柔性風筒，在井下施工過程中拆裝運搬方便。因巷道獨頭掘進超過500m，可選用800～1000mm直徑的風筒。風筒位置如圖2.3。

根據(jù)柔性風筒規(guī)格參數(shù)查詢得知：800mm直徑風筒節(jié)長10m、壁厚1.2mm、風筒質量3.2/kg·，風筒斷面0.503/㎡。

由于風筒接頭決定著風筒風阻系數(shù)及漏風系數(shù)，故在長距離掘進時采用如圖2.4的螺圈反邊連接方式可減少漏風及風阻[3]。

2.4 局扇的供風計算

局扇供風量。由于風筒存在漏風，局扇供風量應根據(jù)公式進行計算。式中：——局扇供風量，m?/s;—風筒末端風量，m?/s;—風筒漏風風量備用系數(shù)，可用百米漏風率來表示，即：其中：L—風筒長度，m，—風筒百米漏風率，柔性風筒取值0.01～0.3。

由計算得出，風筒長度為800m時，風筒漏風風量備用系數(shù)為2.50，末端風量為2.354m?/s，局扇供風量為5.89m?/s。

（2）局扇風壓。局扇風壓需要克服風筒阻力及風流出口動壓損失?？筛鶕?jù)公式進行計算。

式中：R—風筒風阻，N·S?/;S—風筒或局扇出口的面積，㎡;g—重力加速度，m/S?，取值9.8 m/S?;—空氣重率，N/m?，取值12.67 N/m?;—流經(jīng)風筒的平均風量，m?/s，;—風機或風筒出口流出的風量，m?/s。

在實際中，整列風筒風阻除與長度和接頭等有關外，還與風筒的吊掛維護等管理質量密切相關。因缺少實測資料，根據(jù)《通風安全學》第二版中所給出參考表6-3-6中的數(shù)值R=6.5 N·S?/進行計算[4]。計算得出：

局扇風壓計算表

風筒長度（m） 風筒末端風量（Q0-m?/s） 局扇供風量（Qf-m?/s） 流經(jīng)風筒的平均流量（Qm-m?/s） 局扇風壓（Hf-N·s?·m8）

800 2.354 5.89 3.72 102.80

2.5 局部通風機的選型

（1）確定局部通風機的工作參數(shù)。我們以最大掘進長度800m為基準，確定工作面所需風量。根據(jù)公式可計算出風機的工作風量[5]。

式中—柔性風筒的漏風系數(shù)，即，n為風筒接頭數(shù)，取值8。為每個接頭的漏風率，當采用螺圈反邊接頭時取值0.005。故。

通過計算得知，當達到最大掘進長度800m時，風機的工作風量m?/s。

局部風機的全壓可根據(jù)公式

進行計算，采用壓入式通風為4837Pa，采用抽出式通風為4175Pa。

（2）選擇局部風機。

根據(jù)以上計算，局部風機應符合驗算。風機參數(shù)選擇應取最大值。

根據(jù)現(xiàn)在所使用的淄博金河風機有限公司所提供的風機技術參數(shù)表2.5-2選擇局部風機，型號為№7.1 2×30的風機。風機風量為：620～370 m?/min，風壓為600～6624Pa[6]。

3 改進措施

（1）增大風筒直徑和每節(jié)長度，提高風筒接頭質量。風筒接頭可采用薄鐵片做成內外壓板連接，當風筒有破損時杜絕針縫漏風，可采用對口縫接、灌膠等方式，以盡可能降低風筒的漏風系數(shù)和通風阻力。

（2）局扇加高，可將局扇放在一個焊制的鐵架上，與風筒保持成一線，風筒吊掛在頂板上。

（3）采用混合式通風方式，保證壓入風筒出口據(jù)工作面不超過10m，抽出風筒入口應滯后壓入風筒出口5m以上，同時，施工過程中，根據(jù)施工進度，及時調整風筒、局扇與工作面的間距，保證施工效果[7]。

（4）優(yōu)化炮孔布置，減少總裝藥量。當確定風機后，應對風機設置專用開關、專用電纜、專用變壓器來保證穩(wěn)定持續(xù)的供電。為了發(fā)揮最大的風機能效，就要對風筒進行設計及規(guī)劃，減少漏風而降低風機阻力。另外對風筒的管理與檢查必須要落實到工作中，加強管理人員責任意識，確保通風安全。

參考文獻

[1] 張國樞.通風安全學[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2011：177.

[2] 全國一級建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書編寫委員會.礦業(yè)工程管理與實務[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011：17.

[3] 盧義玉.井巷工程設計與施工[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社， 2010：51.

[4]《采礦設計手冊》編寫委員會編.采礦設計手冊第二冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988：37.

[5]《采礦設計手冊》編寫委員會編.采礦設計手冊第三冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988：21.

[6] 王文才，喬旺.長距離局部通風技術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].煤炭科學技術，2012，40（1）：46-49.

[7] 左鋒.淺談長距離掘進通風技術[J].能源與節(jié)能，2015，（3）：145-146.