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
【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/min；
q—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≥25A ①
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40～60min；
K—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。

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B.H.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/kg P—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。

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/s
Sj—掘进巷道断面m2
Q—按照瓦斯涌出量、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。