千米深井建井期间风库接力通风技术应用＊

杨本生 刘 杰 赵利涛 邵文通

（河北工程大学资源学院，河北省邯郸市，056038）

千米深井建井期间风库接力通风技术应用＊

杨本生 刘 杰 赵利涛 邵文通

（河北工程大学资源学院，河北省邯郸市，056038）

介绍了在千米深井及长距离巷道掘进中，当通风设备不能将所需新鲜风流有效地输送至用风地点时，在中部适当位置构筑一风库，通过接力通风的方式，解决用风需求。通过验算，安全可靠又经济合理地选取风机。保证了工程进度又提高了矿井建设的安全程度。

千米深井 独头掘进 风库 接力通风

随着煤炭资源的开采，浅部资源逐渐枯竭，矿井开采向深部延伸。近几年来，千米深井开掘及深部巷道的掘进数量也越来越多。深井巷道的掘进不仅对施工质量上有了更高的要求，同时在独头掘进时的通风、排水方面也存在着一系列有待解决的问题。现有局部通风机难以通过ø1000mm风筒将新鲜风流经千米井筒远距离的输送到施工地点，并且远距离输送风流既不经济，效率又低，难以保证施工点对新鲜风流的需求。

改善深井巷道独头掘进施工地点通风环境，减少施工影响，研究高性能通风设备及其配套技术和通风管理技术自然成为至关重要的课题。以磁西一号矿井建井为例，通过对千米深井长距离独头掘进巷道的通风技术研究，决定在主井井底北绕道侧构筑长度为25m的井底风库作为通风接力措施，以此解决千米深井长距离独头掘进巷道通风的问题。

1 工程概况

磁西一号矿井位于峰峰矿区东部，煤层埋藏深度1000～1500m，设计生产能力为1.8Mt／a，矿井设主、副井工业场地。风井与副井场地联合布置，设在九龙矿东北，场地标高＋155m，风井井筒深度1305.0m，副井井筒深度1340.0m，当前为亚洲地区第一深井。主井工业场地与九龙矿工业场地联合布置，主井工业场地标高＋117m，主井井筒深度972.0m。磁西矿井属我国华北煤矿区，受瓦斯影响严重，根据《联建可行性研究报告说明书汇总》对综掘工作面的瓦斯涌出量预测，岩巷综掘工作面最大瓦斯涌出量为1.3m3／min。磁西矿设－850m和－1150m两个水平，已勘探区域服务年限40.3a，工业场地采用平坡式布置形式，表土及风化基岩段采用冻结法凿井，基岩段采用普通法配合地面预注浆法凿井。立井转平巷时期增加4个掘进工作面，最远掘进距离3417m。

2 主井施工区通风方案设计

2.1 主井井筒通风方案

磁西一号矿主井井筒深度972m，净直径7.0m，净断面38.49m2，采用机掘施工方式。为适应井筒施工需要，采用压入式通风，即在距井口附近至少10m处安设2台型号为FBD№7.5／2×45局部对旋风机（其中一台备用），布置一路ø1000mm PVC阻燃风筒，向井下工作地点输送新鲜空气，井筒回风。

2.2 立井转平巷时期通风方案

依据《冀中能源峰峰集团磁西一号矿（超千米深井）施工组织设计井巷工程施工网络图》，主井井底南、北绕道同时掘进，采用地面通风机通风。南、北绕道施工结束后，在北绕道一侧掘进风库，实现长距离供风，风库长度为25m。通风系统见图1。

图1 通风系统图

直至－850m水平进风行人大巷与北绕道贯通后，掘进施工工作面有4个，现按－850m水平进风行人大巷选择局部通风机（该巷道断面最大），受井筒断面及深度限制，不可能实现每个掘进工作面均实行地面压入式独立供风，拟采用混合式通风，即一路新鲜风流沿主井内风筒到达井底风库（主井地面局部通风机不变，型号为FBD№7.5／2×45），另一路新鲜风流沿九龙副井井筒到达主井井底风库（在九龙副井－600m井底车场安设4台局部通风机，其中两台备用，型号为FBD№8.0／2×75），两路风流流入在北绕道设置的风库内，供局部通风机群吸入，局部通风机群分别向各掘进工作面供风，乏风由主井井筒排至地面。

3 通风系统相关风量计算及通风机选型

3.1 掘进工作面需风量计算及通风机选型

3.1.1 掘进工作面需风量计算

磁西一号矿井采用综掘机掘进，掘进工作面的断面面积见表1。

表1 掘进工作面的断面面积

（1）按工作面最多作业人数计算。

式中：Q人——按工作面最多人数计算需风量，m3／min；

N——掘进工作面最多人数，取30人；

4——每人用风量不少于4m3／min。

经计算Q人＝120m3／min。

（2）按掘进工作面瓦斯涌出量计算。

根据《联建可行性研究报告说明书汇总》对综掘工作面的瓦斯涌出量预测。

式中：Q掘——按掘进工作面瓦斯涌出量计算需风量，m3／min；

Q瓦——掘进工作面瓦斯绝对涌出量，取1.3m3／min；

K——掘进工作面瓦斯涌出不均匀系数，取2.0。

经计算Q掘＝260m3／min。

（3）按风速进行验算。

－850m水平进风行人大巷需风量：

式中：Q1min——按最小风速计算时的－850m水平进风行人大巷风流量，m3／min；

Q1max——按最大风速计算时的－850m水平进风行人大巷风流量，m3／min；

S1——－850m水平进风行人大巷净断面面积。

－850m带式输送机运输大巷需风量：

式中：Q2min——按最小风速计算时的－850m带式输送机大巷风流量，m3／min；

Q2max——按最大风速计算时的－850m带式输送机大巷风流量，m3／min；

S2——－850m带式输送机运输大巷净断面面积。

－850m水平泵房管子道通道需风量：

式中：Q3min——按最小风速计算时的－850m水平泵房管子道通道风流量，m3／min；

Q3max——按最大风速计算时的－850m水平泵房管子道通道风流量，m3／min；

S3——－850m水平泵房管子道通道净断面面积。

－850m井底水仓需风量：

Q4min＝60×0.15×S4＝115.2m3／min Q4max＝60×4×S4＝3072m3／min

式中：Q4min——按最小风速计算时的－850m井底风仓风流量，m3／min；

Q4max——按最大风速计算时的－850m井底风仓风流量，m3／min；

S4——－850m井底水仓道净断面面积。

根据以上验算，考虑到其他因素，富裕系数取1.2，因而掘进工作面需风量Q为312m3／min，满足《规程》规定的风速要求。

3.1.2 风筒风阻计算

按该工期内通风最长距离计算，风筒全长为2329m，采用直径ø800mm PVC阻燃风筒，每节风筒长为10m。

（1）风筒摩擦风阻。

式中：R摩——风筒摩擦风阻，N·S2／m8；

α——胶质风筒的摩擦阻力系数，取0.0025 N·S2／m4；

D——风筒直径，取0.8m；

L——风筒总长，取2329m。

经计算R摩＝115.5N·S2／m8。

（2）风筒的风量比。

式中：P——风筒风量比；

K——风筒单位接头漏风系数，取0.001。经计算P＝1.29。

（3）局部通风机的吸入风量。

掘进工作面所需风量：

式中：Q通——通风机吸风量，m3／min。

（4）局部通风机工作风压。

经计算得H全＝4024Pa。

（5）局部通风机实际风阻。

3.1.3 局部通风机选型

图2 FBD№6.3／2×30型局部通风机特性曲线

通过以上计算，在FBD系列局部通风机性能曲线上进行通风机选型，选用FBD№6.3／2×30型矿井用防爆压入式对旋轴流局部通风机，产生的风量能满足通风要求。－850m水平进风行人大巷局部通风机选型主要技术参数：通风距离2329m，巷道断面16.1m2，风筒直径800mm，工作面需风量312m3／min，风机工作风量402m3／min，全压4024Pa，风机型号FBD№6.3／2×30；预测风机工况点工作风阻89.64N·S2／m8，工作风量510m3／min，全压6500Pa。

FBD№6.3／2×30型局部通风机特性曲线见图2。根据其特性曲线，在掘进工作面施工期间，风机效率η在70%～90%。由于长距离通风，通风阻力很大，在4000Pa以上，增加风筒直径可降低通风阻力。

3.2 风库进风量计算及通风机选型

3.2.1 风库供风量演算

式中：Q库——风库供风量，m3／min；

P——供风系数，漏风和防止局部通风机群的循环风，取1.2；

n——掘进头个数，共4个；

Q局大——取最大局部通风机吸风量，510 m3／min。

经计算Q库＝2448m3／min。

主井井底北绕道风库内进风量必须满足局部通风机群的吸风量，因此九龙－600m井底车场安设的局部通风机风量最低不能小于1689m3／min，即选用型号为FBD№8.0／2×75（4台，其中2台备用）和主井局部通风机FBD№7.5／2×45（2台，其中1台备用）矿井用防爆压入式对旋轴流局部通风机并附设ø1000mm风筒能满足风量要求。

3.2.2 风库供风风筒通风阻力

（1）风筒风阻R的计算。

由于分九龙－600m井底车场和主井地面两个通风机地点供风，则R九龙＝6.5×α×L／D5；其中：α＝0.0025，D＝1.0m，L＝883m，经计算R九龙＝14.34N·S2／m8。同理得R主井＝17.68N·S2／m8。

（2）总通风阻力。

式中：λ——风筒风阻富裕系数，取1.2。

经计算得R九龙总＝17.2N·S2／m8。

同理得R主井总＝21.22N·S2／m8。

（3）局部通风机工作风量。

（4）局部通风机工作风压。

经计算得H主井＝1450Pa。

同理和H九龙＝1175.5Pa。

3.2.3 局部通风机选型

通过以上计算，在FBD系列局部通风机性能曲线上进行通风机选型，主井地面选用FBD№7.5／2×45，九龙－600m井底车场选用FBD№8.0／2×75型矿井用防爆压入式对旋轴流局部通风机，产生的风量能满足通风要求。其主要技术参数如表2所示。

表2 局部通风机选型参数

计算可知，风库进风量：Q主井＝1072÷1.3＝824m3／min；Q九龙＝1277÷1.3＝982m3／min，均大于风库需风量612m3／min，满足风量要求。

4 结论

建井期间长距离独头掘进通风不足直接影响了建井进度、有害气体的排放，而现阶段通风设备又很难将大量新鲜风流长距离地输送到用风地点，接力风库的构筑可有效解决这一问题，同时又是高效经济且具有创新理念的通风方式，具有广阔的应用前景，可为相似条件下的矿井建设提供例证。

［1］ 赖涤泉.隧道施工通风与防尘［M］.北京：中国铁道出版社，1994

［2］ 王海峰.乌鞘岭特长隧道斜井施工通风技术［J］.科技情报开发与经济，2007（15）

［3］ 张国枢.通风安全学［M］.江苏徐州：中国矿业大学出版社，2007

［4］ 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局，煤矿安全规程.［M］.北京：煤炭工业出版社，2011

［5］ 张明月.优化通风系统降低通风阻力［J］.中国煤炭，2007（6）

Application of ventilation relay technology in building of kilometer deep shaft

Yang Bensheng，Liu Jie，Zhao Litao，Shao Wentong
（School of Resources，Hebei University of Engineering，Handan，Hebei 056038，China）

In long distance tunneling of kilometer deep shaft，the ventilation equipment can not efficiently convey the fresh airflow to the wind－needed position，so，it needs to build a ventilated storage in appropriate position in the middle part to meet the airflow demand through the ventilation relay method.After testing and calculating，the fan is selected safely，economically and reasonably which has ensured the project progress and improved the safety degree in mine construction.

kilometer deep shaft，blind heading，ventilated storage，ventilation relay

TD722

A

＊河北省自然科学基金（E2011402046）

杨本生（1956－），男，河北省武安市人，教授，硕士生导师，主要从事矿山压力及控制研究。

（责任编辑 张艳华）