邢奇凯 范杰轩

（山西兰花科技创业股份有限公司望云煤矿分公司，山西 晋城 048400）

1 望云煤矿15101 运输顺槽简述

望云煤矿15101 运输顺槽掘进工作面，煤层平均厚度5.5 m，倾角3°，容重1.40 m³/t，为Ⅱ类自燃煤层，位于15#煤一采区。本工作面设计掘进1200 m，断面4.5 m×5 m，沿煤层顶板掘进。此巷道初期掘进较为容易，随着巷道掘进长度增加，风筒漏风率增加，风筒出风口风量大大减少，工作面温度升高，粉尘浓度较大，严重影响巷道的掘进速度。

2 单巷大断面长距离局部通风技术选择

目前国内外解决大断面、长距离掘进通风的主要技术有：（1）单风机大直径柔性风筒压入式局部通风技术：采用 2×30 kW 以上大功率局部通风机，配合直径800 mm 以上的风筒对工作面进行供风[1-2]；（2）通风机间隔串联的局部通风技术：使用2 台局部通风机间隔一段距离进行串联作业，解决由于掘进通风距离长难以选择合适局部通风机的难题[3]；（3）构筑风库的局部通风技术：在巷道掘进到一定长度后，在巷道内构筑一个风库，用1 台或2 台局部通风机通过风筒同时向风库内供风，在风库内安设1 台局部通风机，将风库内的新鲜风流通过风筒供给工作面，工作面的污风经巷道排出地面[4]；（4）钻孔导风的局部通风技术：从其他水平巷道或地表向井下掘进巷道施工1 个通风钻孔，通过钻孔为施工巷道供风，可大幅缩短通风路径，增大掘进工作面的风量，改善掘进通风效果[5]。通风技术优缺点比较见表1。

表1 几种长距离掘进通风技术优缺点比较

通过对以上几种通风方法的优缺点比较，考虑到望云矿地质条件简单，瓦斯含量较低，需快速形成备用工作面的需求，决定选用大功率通风机，配套大直径柔性风筒压入式局部通风技术进行长距离掘进。

3 工作面需风量计算及风机选型

3.1 工作面需风量计算

掘进工作面所需风量，根据作业人数、瓦斯涌出量分别计算后，加上单轨吊（80 kW）进入工作面时所需风量，用最低风速对风量进行验算。

（1）按掘进面瓦斯涌出量计算：Q1=125×q×k =125×0.97×2.0=243 m³/min。Q 为掘进工作面瓦斯绝对涌出量；k 为该掘进面瓦斯涌出不均匀系数，取2.0。

（2）按掘进面作业人数计算：Q2=4N =4×22=88 m³/min。N 表示工作面同时工作的最多人数。

（3） 按 单 轨 吊 增 加 风 量 计 算：Q3=4P=4×80=320 m³/min。P 为单轨吊机车功率，80 kW。

故工作面需风量计算Qj=max（Q1+Q3，Q2+ Q3）=563 m³/min。按风速进行验算，本设计断面为22.5 m2，煤巷最低风速不低于0.25 m³/s，Qmin=0.25×60×22.5=337.5 m³/min，Qj＞Qmin， 风量满足要求，所以掘进面需风量Qj=563 m³/min。

3.2 压入式风筒风阻计算

风筒风阻由摩擦风阻Rf和局部风阻Re（包括接头风阻Rjo、弯头风阻Rb、风筒出口风阻Rom）组成。

式中：R 为风筒总风阻，N·s2/m8；L 为风筒全长，1200 m；d 为风筒直径，0.8 m；n 为风筒接头个数，120 个；ρ 为空气密度，1.2 kg/m³；s 为风筒断面积，0.5 m2；α 为风筒摩擦阻力系数，24.5×10-4N·s/m4；εjo为风筒接头阻力系数，0.030；εb为风筒拐弯局部阻力系数，取本巷道无弯头，取0；εom为风筒出口局部阻力系数，取1。

3.3 风筒漏风率计算

式中：η 为风筒漏风率；η100为风筒百米漏风率，取值见表2；L 为风筒全长，1200 m。

表2 不同风筒接头方式风筒漏风率

本矿风筒接头采用双反边， 所以η=0.6%×1200/100=7.2%

3.4 风机风量、全压计算及局部通风机选型

（1）局部通风机风筒入口吸风量：

Qf=Qj/（1-η）=563/（1-7.2%）=607 m³/min。

（2）工作面风筒平均风量：

（3）局部通风机风压：

h=RQ2=69.36×9.75×9.75=6593 Pa。

（4）确定局部通风机工况点：吸风口风量为607 m³/min，风压为6593 Pa。

（5）根据以上工况点，结合提供风机特性曲线，确定使用FBDNo7.1/2×45 kW 矿用轴流式局部通风机。该风机风量范围：480～780 m³/min，风压范围：1300～7200 Pa，如图1。

图1 FBDNo7.1/2×45 kW 局部通风机性能特性曲线

4 大功率局部通风机现场应用验证

4.1 现场测定数据汇总

15101 运输顺槽在使用大功率局部通风机配套柔性压入式风筒通风技术后，每100 m 对通风机的运行参数、工作面风量、风速、粉尘浓度、温度等进行检测，汇总结果见表3。

4.2 效果分析

（1）工作面掘进初期，电机频率设置为35 Hz，此时工作面风量满足要求，但工作面风速较大、煤尘浓度较大、温度较低、工作面环境较差，故将电动机频率调低，调至25 Hz，风量上虽然有所降低，但可满足工作面风量需求，此时粉尘浓度大大降低，工作面环境有较大改善。

（2）工作面掘进至700 m 处时，随着距离的增长，风筒的漏风率逐渐增加，风筒运行效果开始变差，到达900 m 时，漏风量达到104 m³/min，此时通过增加风机频率来增加风量，以满足风量需求。

（3）工作面掘进至1100 m 时，风筒受压明显，漏风地点和漏风量显著增加，通过增加风机频率增加风量的办法已效果不明显，因为风机吸风量虽在增加，但随着风压的增加，各漏风点的风压也在增加，漏风量也在增加，故只能通过减少风筒风阻等其他办法来增加工作面风量。

表3 不同通风距离下工作面参数统计

4.3 其他保证风量措施

（1）风筒吊挂要求要平、直、稳、紧、逢环必挂、过渡平缓，发现漏口，及时缝补。

（2）减少风筒阻力，一方面减少风筒接头数量，在实际掘进时从700 m 处，使用风筒由原来的10 m一节换为20 m 一节；另一方面，风筒接头使用专用接头保护带、双反边接法，减缓了风筒接头处的压力，降低风筒在高压下脱节的危险。

（3）在工作面安装自动洒水喷雾，及时将工作面煤尘通过水幕帘等方式降尘，保证工作断面中含尘量降低，风流顺畅。

5 结束语

通过对国内外大断面长距离掘进通风方法比较，确定选用大功率通风机、配套大直径柔性风筒压入式局部通风技术，对15101 运输顺槽长距离掘进进行通风。通过工作面需风量计算，综合考虑风筒摩擦阻力、风机工况点、工作面环境质量等因素，对不同工作频率的通风效果进行数据统计，根据掘进距离及时对局部通风机工作频率做出调整。经实践验证，FBDNo7.1/2×45 kW 风机满足了15101 运输顺槽大断面、长距离掘进通风需要，对同类大断面长距离掘进巷道施工具有借鉴意义。