吴龙山 高智军 李志强

（同煤集团梵王寺煤矿，山西 朔州 036002）

梵王寺煤矿设计年生产能力600万t/a，属低瓦斯矿井，采用立井开拓方式，在工业广场内布置主井、副井和风井三个井筒。根据该井田水文地质状况及邻近矿井建设过程中的涌水情况，主立井采用全井深冻结法施工。风量计算是矿井建设施工组织设计中的重要组成部分，是掘进工作面局部通风机选型的关键程序，风量计算方法是否合理直接关系到矿井施工安全、职工健康和掘进工效。

1 工程概况

梵王寺煤矿主井井筒全深650m，井筒净直径8.5m，净断面56.72m2，采用冻结法施工，冻结深度为660m（见表1主井井筒技术特征表）。表土段使用小型挖掘机挖掘，高效风镐、风铲修边，基岩段主要采用钻爆破法施工。井筒基岩段施工采用中深孔光面爆破，一次爆破最多炸药消耗量为490kg（见表2预期爆破效果表）。炸药采用T220水胶炸药，周边眼药卷规格为Φ35×400mm，重450g，其他眼药卷规格为Φ40×600mm，重900g。冻结段外壁采用短段掘砌混合作业方式，使用挖掘机挖掘，辅以风镐或高效风铲刷帮，抓岩机装罐，使用带刃角架整体活动式金属模板砌壁，固定段高2.0m或3.6m，使用底卸式吊桶下放混凝土。内、外层井壁间铺设双层聚乙烯防水塑料薄板，单层厚度为1.5mm；冻结壁与现浇混凝土外层井壁之间，铺设25mm厚的泡沫塑料板。内壁套砌施工使用组装式大块金属模板砌壁。基岩段外壁施工采用短段掘砌混合作业，固定段高3.6m（见表4主井井筒支护参数）。永久支护模板采用整体活动式金属模板。

表2 预期爆破效果表

表3 基岩段爆破原始条件

表4 主井井筒支护参数

2 井筒通风监测情况

2.1 安全监测监控系统

安全监测监控系统传感器的布置如下：甲烷传感器两台，一台安设在掘进工作面回风流，一台安设在井口；氧气传感器一台，设在工作面；一氧化碳传感器两台，一台安设在掘进工作面回风流，一台安设在井口；温度传感器一台，设在工作面；风筒风量传感器一组；风机开停传感器四台，设在地面。

2.2 局部通风系统

为适应井筒施工需要，该井筒采用压入式通风，初期局部通风机选用FBDⅡNo7.1/2×45型矿用防爆对旋轴流通风机，设在井口20m以外；风筒选用Φ1000mm胶质风筒，向井下压入新鲜空气。主备局部通风机实现“三专两闭锁”，且能自动切换。局部通风机性能参数如下：

额定功率：2×45kW；风量：580～850m3/min；全压：7000～1500Pa，效率：≥80%；噪声：≤25dB；频率：50Hz；电压：380/660V。

2.3 存在问题

在外壁施工过程中，爆破作业后排放炮烟时间较长，特别是在阴雨天受大气压的影响，排炮烟时间长达2h左右，严重影响工效。显然，风量计算参数选择不合理，导致供风量偏低。

3 风量计算方法分析

掘进工作面需要风量，应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、一次爆破使用的最大炸药量、同时工作的最多人数等有关规定分别进行计算，取其中最大值作为风机选型的依据。

因井筒施工分外壁施工和内壁施工两部分浇筑混凝土工程施工，下面结合采用冻结法施工立井现场实际分别进行计算分析：

3.1 井筒外壁施工时风量分析计算

（1）按瓦斯涌出量（二氧化碳涌出量）计算掘进工作面实际需风量

式中：

q掘CH4-掘进工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min，采用邻近矿井经验数据计算，仅作为参考。

实际施工过程中，安全监控系统显示CH4值未超0.015%；人工检查数据CH4最大值为0.00%，CO2最大值为0.05%。显然，井筒冻结圈低温对煤层附存瓦斯涌出有明显抑制作用。

（2）按人数计算掘进工作面实际需风量

式中：

N掘-掘进工作面同时工作最多人数，受作业空间影响，一般为30人，显然需风量偏低。

（3）按一次爆破使用的最大炸药量计算掘进工作面实际需风量

本矿井选用二级煤矿许用防冻水胶炸药

式中：

A掘-掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg；

10-每千克二、三级煤矿许用炸药需风量，m3/min。

Q掘=10A掘=4900m3/min，显然不合理。

（4）按巷道允许的最低风速计算

本井筒应采用以下公式：

式中：

S掘-掘进工作面巷道的净断面积，m2；

0.25 -有瓦斯涌出的岩巷、半煤岩巷和煤巷允许的最低风速，m/s。

Q=0.25×S×60=0.25×56.72×60=850.8m3/min

若引用该计算结果，在施工过程中井筒内局部存在风速不足0.15m/s现象。如在井筒Ⅵ段施工时，掘进断面为121.8m2，砌壁后断面为98.5m2，风速为0.14m/s。

（5）按井筒施工工作面爆破排除炮烟计算

根据《煤矿建设安全规范》（AQ1083-2011）规定，立井爆破作业所需风量通常按下式计算：

式中：

Q-掘进工作面所需风量，m3/min；

K-淋水系数，按表3取值（因井筒内无淋水，按0.8计算）；

A-一次起爆炸药消耗量，取490kg；

S-井筒净断面，取56.72m2；

T-排炮烟时间，取60min；

L-掘进井筒巷道通风长度，取650m。

计算得出：Q=1054m3/min。

按上述五种方法分别计算后，取其最大值为该工作面的实际需风量。根据需风量选择相应型号的局部通风机。可选用两台FBDNo8.0/2×75矿用防爆对旋轴流通风机由一趟风筒供风，主要性能参数如下：额定功率2×75kW；风量675～1260m3/min；全压2160～7170Pa；电压380/660V。或可选用四台FBDNo7.1/2×30型矿用防爆对旋轴流通风机两趟风筒供风，主要性能参数如下：额定功率2×30kW；风量 370～620m3/min；全压 600～6624；电压380/660V。

3.2 井筒内壁施工时风量分析计算

施工期内井壁围岩仍处于冻结状态，且马头门处煤壁已喷浆处理，井底壳也浇筑混凝土完毕，施工作业受瓦斯影响较小。因此可按巷道允许的最低风速公式计算：

式中：

S掘-掘进工作面巷道的净断面积，m2；

0.15 -无瓦斯涌出的岩巷允许的最低风速，m/s。

可选用两台FBDNo7.1/2×30型矿用防爆对旋轴流通风机由一趟风筒供风。额定功率：2×30kW；风量：370～620m3/min；全压：600～6624Pa；电压：380/660V。

4 结论

（1）立井井筒采用内外壁支护方式时，在计算施工所需风量时应分别考虑分析。

（2）立井采用全井深冻结法施工时，瓦斯涌出受低温影响，对风量计算意义不大；炸药消耗量较大时，按生产矿井掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量计算风量不切合实际；主要考虑采用按巷道允许的最低风速计算和按井筒掘进工作面爆破排除炮烟计算。

（3）在实际外壁作业施工中，如从耗电费用和作业空间上综合考虑，分析对比可选用一台较大功率局部通风机供风，以满足按巷道允许的最低风速计算得出的风量。