新区段通风系统形成过程中避免串联通风解决方案研究

宋兆雪, 郭 英, 姜希印

（1.兖州煤业股份有限公司通防部，山东 邹城273500；2.兖矿集团安全监察局，山东 邹城273500；3.兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿，山东济宁，272072）

0 引 言

煤矿生产过程中往往采区内为构成新区段通风系统的掘进巷道，其回风要串入采区主要进风巷道内，给矿井安全生产带来了一定的隐患，通过利用混合式通风方法，将掘进工作面回风导入回风巷道中，可有效避免串联通风带来的各类问题。

1 矿井通风与工作面概况

1.1 矿井概况

济宁二号煤矿位于山东省济宁市任城区，井田面积87 平方公里，地质储量8.55 亿t，可采储量3.47 亿t，属低瓦斯矿井，矿井生产能力为500 万t/a。

1.2 矿井通风方式、方法

矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式，主、副井进风，风井回风，矿井总进风量为17888m3/min，风量满足安全生产需要。

1.3 工作面概况

B11301 采煤工作面为矿井11 采区最后一个边角煤开采工作面，其运输顺槽的掘进开门点位于矿井-740 公路巷内，-740 公路巷为矿井11 采区主要进风巷道，常规解决方案B11301 工作面运顺掘进回风将串入11 采主要进风巷道中，发生串联后被串工作面将安装大量甲烷传感器，不便于矿井安全管理，且会带来综合防尘等问题，常规解决方案通风系统图如图1 所示。

图1 常规解决方案通风系统图

2 全风压与局部通风相结合的混合式通风解决方案

2.1 巷道启封期间通风解决方案

B113下01 运顺开门点位于113 下01 运顺内，需对113下01 运顺密闭进行启封，经检查密闭内气体浓度为氧气：18%，二氧化碳：1%，甲烷：0.1%，一氧化碳0ppm，启封巷道长度共30m;为防止启封期间排放瓦斯的回风串入11 采区，决定采用全风压抽出式通风方式对密闭进行启封，通过调整吸风口位置控制排放瓦斯浓度，如图2 所示。

为保证全风压通风风量，需根据负压值对风量进行预先计算。

1）导风风筒摩擦阻力系数选择。胶布风筒的摩擦阻力系数与百米风阻（吊挂质量一般，包括接头局部风阻）R100可见表1。

表1 胶布风筒的摩擦阻力系数与百米风阻值

受巷道断面影响，本次采用的是￠800mm 胶布风筒，故风筒摩擦阻力系数选择为：32×10-4N·s2·m-4；百米风阻值：6.5N·s2·m-8。

2）风筒风阻计算。

式中：α 为摩擦阻力系数，N·s2·m-4；L 为风筒长度，m，最远供风距离取70m；U 为风筒周长，m；S 为风筒断面积，m2。

3）风筒百米风阻计算：

式中：L 为风筒长度，m，取70m；R100为风筒百米风阻值，N·s2·m-8。

抽出通风风筒沿程阻力取计算最大值为4.55N·s2·m-8，根据风筒拐弯局部阻力系数曲线，风筒拐90°弯时，拐弯局部阻力系数为1.2，本次敷设风筒未进行拐弯，故预计风筒总阻力为4.55N·s2·m-8

4）风量预算。

经现场测定，113下01 运顺机头风门内外静压差为400Pa，故在完全紊流状态下，根据摩擦阻力的计算公式：

式中：h 为通风阻力，Pa；取400Pa；R 为风阻，N·s2·m-8；取4.55N·s2·m-8S 为有效通风面积，m2；取0.5024m2；V 为预计风速，m/sρ 为空气密度，Kg/m3；取1.2Kg/m3

通过预算，采用￠800mm 风筒全风压通风提供的风量预计约为354m3/min，考虑0.9 倍的漏风系数，则风量最小预计为354×0.9=318.6m3/min，现场实测风量为320m3/min。

5）巷道启封后为风量计算。启封巷道为喷浆支护巷道，按最低允许风速0.15m/s 进行计算,需要风量为0.15×60×17=153m3/min，因此启封后全风压通风风量能够满足非掘进期间的通风需求。

图2 启封前后通风系统图

2.2 巷道掘进期间通风解决方案

根据掘进工作面风量计算，B11301 工作面掘进期间需风量为255m3/min，由于长距离负压通风存在诸多弊端，因此决定采用局部通风机对掘进巷道供风，通过风机选型，确定选用FBDNo.5.6（2×15kW）型对旋轴流局部通风机，风机实际吸风量为320 m3/min，为避免形成串联通风，保留巷道开口期间的抽出式风筒，风筒吸风口距巷道开口不小于10m，同时满足以下风量计算。

式中：Q局吸为实测局部通风机的吸风量，取320m3/min。S 为顺槽巷道面积，取17m2。

根据计算结果可见，正常掘进期间采用压入和抽出混合通风时，一路负压风筒提供的抽出风量不能满足回风需要，必须增加一路抽出式风筒，以保证总抽出风量大于473m3/min，增加一路抽出式风筒后现场实测总排风量580m3/min，满足要求，且未出现风流紊乱及掘进工作面回风串入南翼公路巷现象，如图3 所示。

图3 B113 下01 运顺掘进期间通风系统图

3 效果分析

通过采取全风压与局部通风相结合的混合式通风方法，减少了下部采区安设各类传感器5 台，减少维护人工成本10 人次/月，掘进巷道按照10 个月施工计算可节约费用共计约5 万元，并保证了下部采区的空气质量，改善了职工的作业环境。

通过采取全风压与局部通风相结合的混合式通风方法，有效解决了11 采区边角煤B11301 工作面通风系统形成过程中串联通风问题，避免了串联通风带来的一系列安全问题，具有一定的推广价值。