浅议掘进工作面需风量计算和局部通风机选型

浅议掘进工作面需风量计算和局部通风机选型陈坡刘和进中煤第七十一工程处有限责任公司，宿州，中国，234109摘要:掘进工作面局部通风机选型是《作业规程》和《施工组织设计》中一项重要内容，更是掘进工作面安全生产的保障。但按照行业传统掘进工作面需风量计算方法计算需风量时，存在一定不合理性。本文分析行业传统工作面需风量计算方法中各个计算公式的来源，结合我处各项目实际情况，提出符合实际的需风量计算方法和局部通风机选型程序，以供共同探讨。关键词:局部通风；风机选型；需风量；1引言局部通风机选型前提则是掘进工作面需风量计算，按照行业传统掘进工作面需风量计算方法计算需风量时，由于计算公式繁琐较多，部分计算公式选用不合理，再加上需风量计算程序错误，易出现理论计算需风量与实际需风量相差很大的现象，易会造成局部通风机选型不合理。2行业传统掘进工作面需风量计算方法存在的问题掘进工作面需风量计算，按照行业传统计算方法，则是分别按照按瓦斯（二氧化碳）涌出量、炸药使用量、局部通风机的实际吸入风量、人数和风速验算等规定分别进行计算，然后取其中最大值。计算过程中，以上计算方法是并列的。但是在掘进工作面施工前，我们仅仅能了解到时只有瓦斯、二氧化碳预计涌出量、炸药使用量和作业期间最多人数。而局部通风机实际吸入风量是根据不同的风机性能来确定的。在没有相关依据进行局部通风机选型时，局部通风机型号无法确定，风机的实际吸风量也是无法确定的。由此可见，行业传统掘进工作面需风量计算过程中，出现了程序错误。为了避免上述计算程序错误，建议正确局部通风机选型方法如下：①按照巷道预计瓦斯（二氧化碳）涌出量、炸药使用量和最多同时作业人员数量等分别按照相关公式进行计算，取最大值；②最大值与巷道按最大最小风速要求计算风量相比较，进行风量验证。③依据所取最大值，合理选择风机型号；④根据所选风机的实际吸风量与风机吸风口至巷道回风口之间巷道最小风速配风要求计算风量之和，确定风机安装地点的巷道配风，即为掘进工作面需风量。3工作面需风量计算各公式分析3.1按照瓦斯涌出量计算风量：行业传统需风量计算中，按照瓦斯涌出量计算风量公式是根据瓦斯浓度不超过1%换算而来的。但目前很多地方对瓦斯浓度管理已经提高了标准，行业传统需风量计算中，按照瓦斯涌出量计算公式已经不能满足该规定。因此，建议按照如下公式进行计算：式中：Q—掘进工作面需风量m3/minq—掘进工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量，m3/min；K—掘进工作面瓦斯涌出不均衡备用风量系数C—掘进工作面回风流中最高允许瓦斯浓度限值。3.2按照炸药使用量计算风量：目前按照炸药使用量计算风量的公式比较多，但主要是一下几种：一级煤矿许用炸药：Q≥25A①二、三级煤矿许用炸药：Q≥10A式中：Q—掘进工作面实际需要风量，m3/min；A—掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，Kg；25—每千克一级煤矿许用炸药需风量m3/min；10—每千克二、三级煤矿许用炸药需风量，m3/min。公式①是由如下公式演变而来的：式中：Q压—稀释、排除掘进巷道中炮烟所需的风量，m3/min;AC—掘进工作面一次起爆最大炸药量,Kg；b—每公斤炸药爆破后生成的当量CO的量；t—通风时间,一般取20～30min；C—爆破经通风后,允许工人进入工作面工作的CO浓度,一般取C=0.02%。将各参数取值代入上式后,简化为：Q≥25A；一级煤矿许用炸药；Q≥10A；二、三级煤矿许用炸药。Qkp=②式中：t—掘进巷道的通风时间，一般取40~60minK—淋水系数；S—掘进巷道的净断面积m2；A—同时爆破的炸药量kg；L—掘进巷道的通风长度m；巷道通风长度L的确定：按L稀=400A/S计算，当掘进巷道长度小于按该式计算的L稀的值时，取掘进巷道的长度；反之则取L稀的值。类似的公式还有：Q=Q=式中：p—局部通风机进出口风量比这几个公式都是源自于由前苏联В.Н.沃洛宁公式Qkp=式中：A—同时爆破炸药量kg；b—每kg炸药产生的CO当量，煤巷b=0.1m3/kg；岩巷b=0.04m3/kgP—风筒进出口风量比；C—氧化炭浓度允许值C=0.02%。综合考虑各种因素，各种系数取值不同，而衍生出不同的计算公式。公式①主要是侧重矿井生产期间的采掘工作面，其一次爆破使用炸药量不是很大，因而采用公式①计算。公式②主要是侧重于井筒施工期间的风量计算，根据《煤矿建设安全规范》要求，由于井筒施工，一次起爆炸药量较大，一般采用公式②进行风量计算。3.3按照最多同时作业人数计算风量：一般交接班时，人数是最多的。Q人=4N式中：N—掘进工作面同时工作的最多人数；4—每人每分钟需风量，m3/min。3.4风量验证：风量验证公式如下：岩巷：V×60×Sj≥Q≥0.15×60×Sj煤巷：V×60×Sj≥Q≥0.25×60×Sj式中：V—局部通风巷道允许最大风速；m/sSj—掘进巷道断面m2Q—按照瓦斯（二氧化碳）涌出量、炸药使用量、最多同时作业人员数量等计算出的最大风量，m3/min。应该注意的是，该计算公式中，Sj注释为“掘进巷道断面”是不合适的，应该是充分考虑风流自掘进迎头至回风系统混合风流段的巷道断面情况。所以风量验证时应该满足两个条件：一、风量必须大于自迎头至回风混合风流段最大巷道断面处的最小风速；二、风量必须小于自迎头至回风混合风流段巷道断面最小处的最大风速。充分考虑风速、断面后，计算公式建议调整如下：岩巷：V×60×S小≥Q≥0.15×60×S大煤巷：V×60×S小≥Q≥0.25×60×S大式中：V—局部通风巷道允许最大风速m/s；S小—自迎头至回风混合风流段巷道最小断面m2；S大—自迎头至回风混合风流段巷道最大断面m2；Q—按照瓦斯（二氧化碳）涌出量、炸药使用量、最多同时作业人员数量等计算出的最大风量，m3/min。4局部通风机选型分别按照瓦斯（二氧化碳）涌出量、炸药使用量和最多同时作业人员数量等计算出风量，取最大值；在风量验证满足要求的情况下，即可进行风机选型的下一步工作。4.1按照风筒百米漏风率计算风机需风量：Q扇=m3/min③式中：Q—根据公式计算的掘进工作面风量m3/minP—漏风率L—掘进巷道长度4.1计算风筒风阻：R总=R摩+R局=+0.15R摩=6.48×1.15×α×L/D5(N·s2/m8)式中：R总—风筒总风阻；N·s2/m8R摩—风筒摩擦风阻；N·s2/m8R局—风筒局部风阻；N·s2/m8α—风筒摩擦阻力系数；N﹒s2﹒m-4D—风筒直径，mL—风筒总长，m4.2计算局部通风机的风压：Ht=Ht=R总QQ扇＋hvoR总QQ扇＋hvo=R总QQ④扇＋0.811ρQ2/D4式中：Ht—通风机全压，PaR总—风筒的总风阻，N﹒s2﹒m-8Q—掘进工作面风量，m3/sQ扇—局部通风机的工作风量，m3/s（由通风机风量换算而来）由公式③和④计算出的局部通风机风量Q扇和风机风压Ht,结合各类局部风机的性能曲线和参数，确定局部通风机的合理工作范围，选择长期运行效率较高的局部通风机。4.3根据所选的局部通风机确定巷道配风：局部通风机安装工作地点巷道所需风量即是巷道配风：Q巷=υ×S×60＋Q扇max式中：υ—局部通风机吸风口后方巷道应具有的风速（岩巷0.15m/s，煤巷0.25m/s），S—局部通风机处巷道最大断面m2Q扇max—局部通风机最大额定吸风量m3/min需要注意的是，Q扇