81101工作面均压通风设计研究

李 雄

（山西焦煤汾西矿业水峪公司，山西 孝义 032300）

水峪煤业新设计采区八采区，位于霍西煤田汾西矿区水峪井田，采区总面积为3.03km2，现八采区布置有1个回采工作面、3个开掘面。该采区采用分区式通风方式、抽出式通风方法，八采区进风井为后河副斜井，回风井为后河回风立井，进风量为3379m3/min，回风量为3448m3/min。81101工作面南距后河煤矿约800m，该工作面可采长度710m，倾斜长153m，面积147915m2，煤层厚度平均7m，煤层倾角3°～5°，该工作面所采煤层为太原组之10+11#煤层，工作面瓦斯绝对涌出量为0.41m3/min，相对涌出量为0.40m3/t。煤尘具有爆炸危险性,煤的自燃倾向性等级Ⅱ级，属自燃煤层。本文针对水峪煤矿81101工作面采用均压通风防灭火进行设计及评价。

水峪煤矿使用抽出式通风方法，81101工作面周边采空区、上覆层采空区相互贯通，造成回采期间漏风较大、上隅角有害气体增大、氧气降低、一氧化碳异常涌出，对矿井的防灭火工作造成了很大的压力。为解决上述问题，现对水峪煤矿81101工作面采用均压通风防灭火进行研究，为同类型矿井通风防灭火提供有益借鉴。

1 均压通风风量设计

（1）按气象条件计算

式中：

V采-设计开采工作面风速，取1.0m/s；

S采-设计开采工作面的有效面积，面积按最大与最小控顶距两者的平均值计算，取11.5m2；

K采高-工作面可以进行调整的采高系数，取1.2；

K采面长-工作面可以进行调整的长度系数，取1.2；

70%-有效通风断面系数[1-3]；

60-单位换算产生的系数。

（2）按二氧化碳涌出量计算

式中：

q-CO2绝对涌出量，根据实测为q=0.9m3/min；

K-CO2涌出不均衡系数，取K=1.6。

（3）按照工作面一共同时需要工作的最多人数计算

式中：

N-一个工作面同时可以最多工作的人数，取N=72。

（4）按瓦斯涌出量计算

式中：

Q采-回采工作面实际需要风量，m3/min；

q采-工作面开采中瓦斯的绝对涌出量，q采=0.41m3/min；

KCH4-采煤过程中工作面瓦斯涌出的不均衡系数，取1.7。

根据以上计算，选取最大值确定工作面最大风量为Q=696m3/min。

（5）按工作面开采中风速进行验算

①验算所需要的最小风量：

②验算所需要的最大风量

式中：

S最大-开采工作面能承受的最大控顶面积，m2；

L最大-开采工作面最大的控顶距，m；

H采高-开采工作面真实的采高，m；

S最小-开采工作面能承受的最小控顶面积，m2；

L最小-开采工作面最大的控顶距，m；

0.25 -开采过程中工作面允许的最小的风速，m/s；

70%-通风断面的有效系数；

4.0 -开采过程中工作面允许的最大的风速，m/s。

通过上述验算，185.85 m3/min＜Q采＜2570.4m3/min，故本工作面实际需风量Q采满足工作面风速要求，符合《煤矿安全规程》要求。

2 调压风机选型及配套风筒

2.1 风量范围选择

（1）风筒出口风量确定

式中：

Q出-调压风机工作时风筒出口的风量，m3/min；

Q面-工作面开采中需要用到的风量，m3/min；

Q返-调压风机风筒出口向调压风门及相关联巷方向返回风量，取100m3/min；

S—调压风机到风筒出口以及和其他相关联巷道的最大断面，m2。

（2）调压风机选型时风量确定

（调压风机最小风量+调压风机最大风量）/2≥Q出

根 据 计 算 得，Q出为 796m3/min， 选 择FBDNO.8.0型2×55kW局部通风机，额定吸风量为 640～1000m3/min。

（1000+640）/2=820≥Q出

81101材料巷、运输巷风速验算：

最小风量：15S=15×12.04=180.6m3/min；

最大风量：240S=240×12.04=2889.6m3/min。

其中：

S-81101材料巷、运输巷断面积，取12.04m2。

15S＜Q采＜240S，故符合规程要求。

2.2 调压风机风压范围确定

（1）工作面最大调压值确定

式中：

P1、P2-开采工作面起点和终点两点的绝对静压，P1取 710Pa，P2取 700Pa；

Z1、Z2-所测两点的标高，分别取810m、800m；

g-重力加速度，取9.8m/s2；

h自-工作面漏风处的自然风压，在冬天与地面的通风方式大致相同，夏季反之，春天与秋天方向不确定，一般最大为100～200Pa；

每个监测点的空气密度按以下公式确定：

式中：

p-测点空气的绝对静压或大气压力，Pa；

t-测点空气的温度，℃。

经计算h=237Pa。

（2）调压风机确定

FBDNO.8.0型2×55kW局部通风机

（调压风机最小风量+调压风机最大风量）/2=820m3/min≥Q出

风量及风压均符合要求。

（3）风机切换及闭锁

主、副调压风机电源取自八采一段变电所不同母线段高开移变专用电源，且风机自动切换装置灵敏可靠，根据《汾西矿业集团公司均压通风技术管理标准》中规定调压主副风机每天必须进行一次切换运行，确保调压风机可靠运行，故综采队组电钳工每天需对调压风机进行一次切换，并负责调压风机的日常保养、维护、检修。

（4）风机安设

81101材联巷安设两台55kW×2调压风机，且风筒出口通过风门返回的风量必须符合最低风速要求，严禁出现循环风。

（5）风筒选型

水峪煤矿选用2×55kW的调压风机，直径为1000mm的风筒。

3 调压风机位置及风筒吊挂方式

3.1 调压风机位置

调压风机通过81101材巷（现场位置已标定）内起吊锚杆上进行吊挂安装，并通过三通相连。风机距离地大于0.3m，距轨道大于0.5m，距回风口不小于10m，且吸风口前5m内不得有任何障碍物，吸风口前的风流要保持畅通无阻且要避开产尘源。

3.2 风筒长度

为了有效达到漏风通道始末均压目的，并根据81101现场实际情况，确定风筒长度为120m。

3.3 风筒材质

81101工作面调压风机所使用的风筒为硬质风筒，通过钢绞线进行吊挂，在穿过调压风门时必须使用铁质风筒，风筒通过风门墙长度为2～5m，风筒要延续连接至材料巷最里一道风门往里10m处。

4 调压风门及调节风窗设置

4.1 调压风门的确定

（1）风门墙垛

81101材、运两巷内各砌筑三道调压风门墙，墙体厚度为500mm，墙垛使用砖进行砌筑，且施工时必须对顶、底及两帮掏槽，岩巷掏槽深度不小于200mm，煤巷掏槽深度不小于500mm，并见实帮、实顶、实底，砌筑后必须四周抹不少于100mm宽的裙边，以防漏风，且必须用水泥全部抹面。

（2）风门

在选定的位置安装调压风门，81101运巷调压风门为木质风门，规格为1.5×2m，厚度不得小于20mm；81101材巷调压风门为铁质的无压风门，规格为2.8×2.5m，风门铁板厚度不小于3mm，四周用角铁或扁铁作框架，且两道风门之间的距离不得小于一列矿车的长度，风门安设完好后，必须在风门下设底坎，以减少下部漏风且风门前方必须安设防撞设施，避免撞坏风门。

4.2 调节风窗的确定

（1）调节风窗设置

81101工作面风门墙上，不得用填放砖块、料石及其他物体的方式进行调节，且81101运输巷的调节风门位置的皮带必须用专用的挡皮进行封闭，进而使其具备溜子功能，以便风量的调节，进而减少漏风。

（2）调节风窗计算

根据通风学中通风阻力定律h=RQ2，结合风流流经窗口时断面突然发生缩小或者扩大变化，根据流体力学的理论，调节风窗窗口面积的计算公式如下：

式中：

S窗-所需调节风窗通过风窗口的通风面积，m2；

Q-所需调节风窗通过风窗口的通风量，m3/s；

S-安装调节风窗时巷道面积，m2；

h窗-通过调节窗的通风阻力，Pa；

经计算得：

因实际中影响因素较多，上述公式只是基本公式，具体窗口的面积还需根据工作面现场实际参数的变化来调整。工作面通风示意图如图1、图2所示。

图1 工作面全风压通风示意图

图2 工作面均压通风示意图

5 效果评价分析

通过对均压系统调试应用可知，当工作面材、运两巷调压设施都完好，且对调压风机正常切换时，能有效地达到工作面与采空区压力平衡，工作面漏风量最大为15m3/min，氧气体积分数在18.5%左右，且无有毒有害气体涌出的现象；当停用均压通风系统后，以1h为分界线，1h内工作面各类气体浓度及漏风量几乎不变，1h以后工作面出现漏风量增大、氧气浓度迅速下降、一氧化碳气体涌出的现象。

至此，通过对水峪煤矿81101工作面采用均压通风防灭火系统进行设计，解决了工作面漏风、氧气浓度低等问题，同时也为工作面的防灭火工作打下了坚实的基础。

6 结论

本文通过对水峪煤矿81101工作面进行工作面风量计算、调压风机选型及配套风筒、调压风机位置及风筒吊挂方式、调压风门及调节风窗设置研究与分析，设计了工作面的通风方式，并通过风量指标进行了评价验证，表明该设计合理，确保了矿井通风系统的稳定、合理、可靠。