矿井通风系统优化研究

矿井通风系统优化研究

平江伟

河南大有能源股份有限公司耿村煤矿

摘要：对于煤矿生产来说，通风管理是其管理工作中的一项重要内容，煤矿生产环境复杂，且存在诸多不确定因素，一旦通风管理不到位，极易出现通风事故，甚至给煤矿安全生产造成严重威胁。因此加强煤矿通风管理并采取有效措施防范通风事故是非常必要的。本文以国内某矿井为例，阐述矿井通风设计的方式和井下风量的计算方法。

关键词：煤矿；通风系统；风量计算

就煤矿生产的实际情况来看，煤矿井通风系统运行的价值在于，将新鲜空气输送至矿井中，稀释并排除矿井内的有毒有害空气，因而矿井通风系统的选择直接关系着整个矿井通风质量，关系着煤矿生产安全性。由于矿井通风系统类型丰富，为有效防范煤矿通风事故，要结合矿井自身特性科学选择矿井通风系统，做好矿井通风工作，确保矿井中污浊空气得以顺利排出。

一、通风方式及供风距离

采用压入式通风，局部通风机安装在12采区皮带下山七通道口以下新鲜风流中，最长供风距离为1200m。

二、通风系统

新风：12采区皮带下山→（2-3）12250上巷溜子巷→（2-3）12250上巷掘进正头。

乏风：掘进头→（2-3）12250高抽巷回风联络巷→12采区专用回风下山→12采区2-1回风上山、2-2回风上山→12采区1#、2#回风井→地面。

三、通风设施 

（2-3）12250上巷在车场设置一组调节风门，安设2道联锁的正向风门和2道反向风门，保证两道风门不能同时打开，风量，风速符合《煤矿安全规程》的规定，风流稳定。风门、风窗等设施必须可靠，及时清除巷道的杂物和障碍，避免在通风设施前后5m停放矿车，堆放材料及其它物品，确保风流畅通。

四、风量计算

工作面实际需要风量，应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、工作人员、风速以及局部通风机吸风量等规定分别进行计算。

4.1 按照瓦斯涌出量计算

Qhf=100×qhg×khg

式中：

qhg—掘进工作面回风流中平均的绝对瓦斯涌出量，m³/min，取值0.4m³/min。

khg—掘进工作面瓦斯涌出不均衡的风量备用系数，取1.8。

100——按掘进工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1％的换算系数。

Qhf=100×qhg×khg=100×0.4×1.8=72（m³/min）

4.2 按照二氧化碳涌出量计算

Qhf=67×qhc×khc

式中：

qhc——掘进工作面回风流中平均绝对二氧化碳涌出量，m³/min；该巷道二氧化碳平均绝对瓦斯涌出量，取值0.06。

khc——掘进工作面二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数，正常生产条件下，日最大绝对二氧化碳出量与月平均日绝对二氧化碳涌出量的比值；取1.8。

67——按掘进工作面回风流中二氧化碳的浓度不应超过1.5％的换算系数。

Qhf=67×qhc×khc=67×0.06×1.8=7.2m³/min

4.3 按工作人员数量计算

按工作面同时作业最多人数计算风量：

Qhf=4Nhf

式中：

Qhf——掘进工作面的需风量，m³/min

Nhf——工作面交接班时最多人数，18人，

Qhf=4Nhf=4×18＝72m³/min

4.4 按风速进行验算

4.4.1 验算最小风量

Qaf≥60×0.25Shf=60×0.25×20.7=311m³/min

4.4.2 验算最大风量

Qaf≤60×4.0Shf=60×4.0×20.7=4968（m³/min）

式中：

Shf——掘进工作面巷道的最大净断面积，（2-3）12250上巷最大断面为20.7㎡；

4.5局部通风机选型

4.5.1 局部通风机实际吸风量计算

4.5.1.1 确定风机有效风量率：

由η100=（η/L）×100可得η=η100×L/100

式中：

η——漏风率，%；

η100——风筒百米漏风率，根据柔性风筒的百米漏风率表取2%；

L——列风筒最大长度,取1200m。

η=2%×1200/100=24%

柔性风筒的百米漏风率

Pe=(1-η)×100%

式中：

Pe—有效风量率，%；

η—漏风率，取计算值24%；

Pe=(1-24%)×100%=76%

4.5.1.2 确定局部通风机需吸风量：

Qs=Ｑd/Pe

式中：

Qs——局部通风机吸风量，m³/min；

Qd——掘进工作面的需风量，按（4.1）～（4.4）计算取值311m³/min；

Pe——有效风量率，%

Qs=Ｑd/Pe=311/76%=409（m³/min）

4.5.2 风机风压及计算

4.5.2.1 风筒全长风阻计算：

R=R摩+R接+R弯+R出

其中:

4.6.2.1.1 风筒摩擦阻力

R摩=6.5

式中：

R摩—风筒的沿程摩擦阻力，NS2/m8

α—风筒摩擦阻力系数，取0.0024KgS2/m4

L—风筒长度, 1200 m

D—风筒直径,0.8m

4.5.2.1.2 风筒接头阻力

R接=nξ接头

式中：

R接—风筒接头风阻，NS

2/m8

ξ接头—风筒接头阻力系数，一般取0.09KgS2/m4

n—接头个数，122个

ρ—空气密度，取1.2Kg/m3

S—风筒出口断面积，直径800mm风筒断面积为0.5024㎡

4.5.2.1.3 风筒弯头阻力

R弯=nξ弯

式中：

R弯—风筒弯头风阻，NS2/m8

ξ弯头——风筒弯头阻力系数，风筒拐弯为40度，取0.4KgS2/m4

n—弯头个数，4个

ρ—空气密度，取1.2Kg/m3

S—风筒出口断面积，直径800mm风筒断面积为0.5024㎡

4.5.2.1.4 风筒出口阻力

R出=

式中：

R出—风筒出口风阻，NS2/m8

α—风筒摩擦阻力系数，取0.0024KgS2/m4

D—风筒直径,0.8m

g—重力加速度，9.8m/S2

风筒全风阻

R=57.25+26+3.8+0.0048=87.0548NS2/m84.5.2.2 局部通风机全风压计算

h通全=RQd×Qs+

式中：

h通全——局部通风机全压

R——风筒总风阻

Qd——掘进工作面的需风量，311m³/min（5.2m³/s）

Qs——局部通风机工作风量，409m³/min（6.8m³/s）

S——风筒出口断面积，m，直径800mm风筒断面积为0.5024㎡

ρ—空气密度，取1.2Kg/m³。

h通全=87.0548×5.2×6.8+64.38≈3142Pa

综上所述，计算的风机吸风量（409m³/min），风机风压（3142Pa），根据风量风压特性曲线可选用2×22kW、2×30kW局部通风机，考虑经济效益需要选用FBDNo6.3/2×30kW局部通风机，采用压入式通风，单台风机的额定吸风量为630-350m³/min，风机风压850-6200Pa。

4.5.2.3 安装局部通风机巷道需风量：

Qhf=∑Qaf+60×0.15Shd

式中：

∑Qaf——掘进工作面同时运转的局部通风机实际吸风量的总和，m3/min；取538m3/min。

0.15——无瓦斯涌出岩巷的允许最低风速，m/s；

Shd——局部通风机末端至（2-3）12250上巷回风巷口巷道最大断面，取12㎡。

Qhf=538+60×0.15×12=646m³/min

综上所述，掘进工作面需风量311m³/min，选用FBDNo6.3/2×30kW局部通风机，采用压入式通风，单台风机的额定吸风量为630-350m³/min，风机风压850-6200Pa。选用直径800mm抗静电、阻燃风筒，安装局部通风机巷道需风量646m³/min，能满足（2-3）12250上巷掘进期间供风要求。

总而言之，煤矿通风安全管理是煤矿企业生产过程中重要的管理内容之一，通风状态的好坏不仅关系到企业的生产效率和经济效益，同时还对井下矿工的生命安全有着直接影响，煤矿通风安全管理的实现，必须要要强化通风安全管理意识，明确影响煤矿通风安全管理的具体因素，并做好通风系统、通风安全控制及通风环境的管理，科学选择矿井风量调节方法与矿井通风系统，以有效防范煤矿通风事故，确保煤矿生产得以安全顺利进行，要实现煤矿企业的安全生产，建立一个科学的通风安全管理信息系统是必要的。