长距离独头巷道掘进的通风技术研究_李新

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管路的安装、维护与管理，才能保障整个系统的通风
未恢复正常和未经全面检查确认巷道内已无有害气
效果。
体前，不得进入巷道内。
1） 成立以项目经理为中心，由安全员、通风管 理员、通风检测员参加的通风管理机构，负责通风系
3 结论
统各种设备的管理和检修，督促严格按既定的通风
1） 长距离独头巷道掘进通风施工方案采用压
通过两种方 法 在 同 一 地 点 的 实 测 数 据，可 以 得 出直径为 75 mm 的排放钻孔的排放半径。利用钻孔 瓦斯流量法测得的排放半径为 0． 30 m； 利用钻屑指 标法测得的排放半径为 0． 34 ～ 0． 42 m。综合二者测 定数据并结合实际生产情况，确定直径为 75 mm 的 排放钻孔的排放半径为 0． 30 m。
4 结论及建议
图 4 各测量孔钻屑指标值变化趋势
流量的变化来判定测量钻孔是否处于超前排放钻孔 的 影响范围之内，其代表一个区域煤层的瓦斯流量
1） 通过现场试验，利用钻孔瓦斯流量法、钻屑 指标法，对 “三软”低透气性突出煤层进行测定。现 场测定数据表明，该煤层直径为 75 mm 的排放钻孔 的排放半径是 0． 30 ～ 0． 42 m。结合实际生产情况， 排放半径取 0． 30 m。
3） 严格的通风管理措施是保障整个系统通风 效果的关键，应加强通风管路的安装、维护与管理， 在“防漏降阻”方面狠下功夫。
参考文献：
漏，应及时修补。风筒周围不得有尖锐突出物，动 力线、照明线与风筒分侧悬挂。
［1］ 黄元平． 矿井 通 风［M］． 徐 州： 中 国 矿 业 大 学 出 版 社， 1986．
统见图 3。
图 3 通风系统示意图
2 通风系统的管理
在长距离巷 道 掘 进 通 风 系 统 中，除 了 设 计 合 理 的通风方案，正确选择风机、风筒外，还需加强通风
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2012 年 4 月
矿业安全与环保
第 39 卷第 2 期
特征，测定结果对整个区域有代表性，也是这种测量 方法的优势所在； 钻屑指标法测定排放半径则是通 过测量孔的钻屑指标值来检验排放钻孔影响范围。
方案实施、操作； 通风检测员应定期测量巷道及风筒 内的风速、风量，巷道内的气压、有害气体含量等参 数，并做详细记录，有异常情况及时上报并按预案采 取相应措施。
2） 通风机管理主要做到： ① 不得随意停风机， 发生意外出现停机时，由专人负责通风机的开启工 作； ② 通风机的高压部位连接件之间必须使用衬 垫，风机与风筒接口要求捆扎严密，避免高压部位漏 风； ③ 建立严格的通风机开停制度，杜绝通风机无 计划停电停风。
图 1 一站式通风布置简图
1． 2 风筒选择 根据巷道断面大小，在保证巷道下部通道空间的
情况下，选择直径 d = 2． 5 m 的风筒，其布置见图 2。 在风筒直径的选择时，尽可能选择直径较大的风筒。
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虽然大直径风筒的购置费用较高，但在输送相同风 量时，大直径风筒产生的通风阻力远小于小直径风 筒，与大直径风筒配套使用的通风机压力较低，通风 机的功耗较小，长期运行能够节约大量电能，运行费 用较低。
3） 柔性风筒的安装必须做到平顺、挺直、扎紧、 安稳，尽量避免急转弯，以降低风筒内的局部通风阻 力； 实行定期巡回检查制度，加强维护，发现风筒破
入式一站式通风，仅需 1 台风机及 1 路风筒就可以 将新鲜风送至掘进工作面，满足巷道通风需求。该 通风系统结构简单，易于维护管理，并且成本较低。
2） 选用每节长 50 ～ 100 m 的高强度阻燃风筒， 单节风筒较长，减少了整条风筒的接头数量，可以有 效降低风筒的漏风量，提高风筒末端的风量； 风筒接 头数量少 还 可 以 有 效 降 低 风 筒 接 头 产 生 的 摩 擦 阻 力，从而降低整条风筒的阻力。
= 848． 3 kW
根据以上计算结果，选择中煤科工集团重庆研究
院生产的 FSD№18 /3 × 315 型三级隧道施工通风机， 该风机高效点风量为 86 m3 / s，风压为 8 000 Pa，通风
机风量及 风 压 均 能 满 足 通 风 需 求。 该 风 机 直 径 为
1． 8 m，风机为三级结构，由 3 台 315 kW 电动机分别
Apr. 2012
English Abstracts of This Issue
Experimental Study on Influence of Structural Anisotropy of Coal upon Gas Permeability (1)－The gas permeability parallel and vertical to the bedding of raw coal specimens under different gas pressures was measured by using coal and rock permeability testing system, the results showed that the structural anisotropy of coal had greater influence upon the gas permeability of coal, and the difference of gas permeability of the experimental coal specimens in two directions was one order of the magnitude. The serial and parallel flow -choking model of gas seepage of coal specimens was set up according to the difference of gas flow characteristics parallel and vertical to the bedding of coal specimens, and theoretical analysis was also made on the influence of bedding structure upon the gas permeability. Determination of Coal-seam Gas Pressure and Content Based on Residual Gas Amount (4) － In this paper, study was made on the influence of the gas pressure of No.9, 14 and 15 seams and the broken size of coal on the residual gas amount under the laboratory conditions. The results showed that the residual gas amount was in a power function relation with gas pressure and content, and the broken size of coal samples had a marked effect on residual gas amount, it mainly displayed that the smaller the size of coal, the smaller the residual gas amount, and when the size of coal samples increased or decreased to a certain extent, the residual gas amount tended to a constant value. Based on this experimental result, the gas pressure and content of coal seams can be determined by measuring the residual gas amount of coal samples and using the predetermined relation between the residual gas amount of coal samples and the gas pressure and content of coal seams. Experimental Study on Methane Desorption Characteristics of Coal under Condition of Different Temperature （6） － Experimental study was made on the desorption characteristics of methane in the coal under different temperature conditions, the results indicated that the initial desorption velocity of methane in the coal was faster under the same temperature and gas pressure, with the time delay, the desorption velocity slowly reduced, and finally, it came to desorption balance; the final desorbed methane amount in the coal increased with the temperature rise, and the absorption ability of coal to the methane reduced. The dynamic rules of methane desorption can be described with the empirical formula, diffusion model and seepage model, and the diffusion model can give better description of the description characteristics of methane; the parameter α in the empirical formula and the parameter Qd∞ in the diffusion model and the seepage model increased with the temperature rise, the parameter B in the diffusion model and the parameter b in the seepage decreased with temperature rise, and the parameter β in the empirical formula was in a random change with temperature. Research on Signal Processing Method of Laser Methane Sensor （9） － The concentration of methane gas is an important indicator for safe production in coal mines, and the accurate detection of methane concentration is the key to protect the safety of coal mines. A methane detection system was designed, which uses DFB laser as the light source and can conduct the compensation for the measurement error of the system by adopting the differential and harmonic detection methods. A new signal processing method for gas concentration was proposed, which can improve the stability of the testing system. The experimental results showed that the relative error was less than 2% in its detection range of 0-5%. Design and Realization of Mine Gas Monitoring System Based on ZigBee Self-adaptive Communication (19) － On the basis of study on the ZigBee routing protocol and the self - adaptive mechanism of wireless sensing network, this paper proposed a scheme of mine gas monitoring system based on ZigBee adaptive multi-hop communication technology. The design was based on the hardware nodes of chips of ATmega128L SCM and CC2420 RF transceiver. MQ-4 gas sensor module was used for data acquisition, and the data was transmitted to the monitoring center in the form of multi-hop communication, thus realizing the real-time monitoring of underground environmental conditions. The research and experimental results showed that this design system is stable, has low power consumption, and possesses a certain practical value in the actual mine gas monitoring. Inversion of Coal-body Gas Content by Using Gas Emission Rate in a Blast Heading Face (28) － In order to study the relation of gas emission characteristics in the working face with
= 2 722 Pa
风机全压 hf = hfr + her = 5 234 + 2 722 = 7 956 Pa
1． 5 通风机选型
风机高效率工况点： 风机风量 Q = Qf = 85． 3 m3 / s 风机全压 hf = 7 956 Pa 风机最高点效率 η ≥ 80% 风机功率［2］ P = Q hf / η = 85． 3 × 7 956 /0． 8
收稿日期： 2011 － 09 － 12； 2011 － 11 － 23 修订 作者简介： 李 新（ 1978—） ，男，四川泸州人，工程师，主 要从事矿用设备的研制及开发工作。
表 1 隧道施工常用通风方式优缺点对比
Hale Waihona Puke Baidu通风方式
优点
缺点
压入式
风筒 出 口 风 速 和 有 效 射 程 较 回风 风 流 污 染 整 个 隧
= 85． 3 m3 / s 式中： Qf 为通风机风量，m3 / s； 风筒百米平均漏风率 取 0． 74% 。 1． 4 风阻计算
风筒末端风速： vm = Qm / Af = 28 /4． 9 = 5． 714 m / s ·46·
风筒入口风速：
vf = Qf / Af = 85． 3 /4． 9 = 17． 4 m / s 式中 Af 为风筒面积，Af = πd2 /4 = 4． 9 m2 。
2） 以排放半径为 依 据，设 计 煤 巷 专 项 防 突 措 施，为煤巷的消突提供了技术支撑。
3） 随着矿井的不断开拓、延伸以及地质条件的 不断变化，钻孔排放半径也随之不断变化。因此，排 放半径也应不断更新，以保证矿井的安全生产。
（ 责任编辑： 李 琴）
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大，排烟 能 力 强，工 作 面 通 风 道，且排出较慢，恶化
时间短，主 要 使 用 柔 性 风 筒， 劳动环境
成本较低，隧道施工中常用
抽出式
粉尘、有毒有 害 气 体 直 接 被 吸 入风机，经 风 筒排 出隧道，不 污染其他 部 位，隧 道 内 空 气 质 量和工作环境良好
风筒 采 用 带 钢 骨 架 的 柔性风筒或硬质风筒， 成本较高
驱动 3 个叶轮，风机叶片由高强度铝合金制作，叶片
具有质量轻、强度高的特点。
1． 6 通风系统图
综上所述，该 独 头 巷 道 掘 进 通 风 方 案 采 用 压 入
式通风方式，使用单台风机进行一站式通风，风筒选
用直径为 2． 5 m 的高强度阻燃柔性风筒，通风机选
用 FSD№18 /3 × 315 型三级隧道施工通风机，通风系
压抽 通风效 果 较 佳，兼 备 压 入 式 和 需设 2 套风机和风筒，
混合式 抽出式的优点
成本较高
压入式通风又分为一站式通风和接力通风两种 方式。一站式通风是指在洞口外设置 1 个通风站， 将新鲜风直接送至工作面，中途不安装接力风机； 而 接力通风方式则需在巷道中段安装接力风机，对风 筒中的风流进行二次加压后将其送至工作面。一站 式通风设备安装简便，只有 1 个风机站，但对洞口风 机的风压要求较高。考虑到便于通风设备的安装及 维护，本项目采用了一站式通风，其布置见图 1。
4） 如果通风设备出现事故或巷道内通风受阻，
［2］ 李庆宜． 通风机［M］． 北京： 机械工业出版社，1986．
作业条件太差，则所有人员应撤离现场，在通风系统
（ 责任编辑： 卫 蓉）
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Vol．39 No．2 2012
MINING SAFETY & ENVIRONMENTAL PROTECTION
关键词： 独头巷道； 掘进； 长距离通风技术； 一站式通风 中图分类号： TD724； TU834． 3 文献标志码： B 文章编号： 1008 － 4495（ 2012） 02 － 0045 － 02
随着我国基础设施的广泛建设，由于地形、地理 条件的限制，出现了大量的公路及铁路隧道、引水隧 洞等施工项目，在这些施工项目中可能会出现长距 离独头掘进的现象。所谓长距离是指巷道的掘进长 度在几公里或十几公里以上，此时由于没有通风斜 井或辅助通风巷道，向掘进工作面送入新鲜风流就 很困难，因此有必要制订一个安全可行的通风施工 方案。通风方案的优劣及通风效果的好坏，直接关 系到隧道施工安全、工程造价和运营效益。在此以 某隧道施工项目中的独头巷道掘进为例，对其通风 方案进行分析。该隧道施工项目采用 TBM 掘进机 掘进，巷道的独头通风距离长 15 km，巷道断面积约 40 m2 。TBM 掘进机施工时，为了满足除尘、散热等 需要，要求巷道回风风速不低于 0． 7 m / s。
空气密度 ρ = 1． 17 kg / m3
摩擦阻力系数 λ = 0． 015 风筒摩擦阻力［1］
hfr
=
λρLvf vm 2d
=
0． 015
×
1． 17
× 15 000 × 2 × 2． 5
17． 4
×
5． 714
= 5 234 Pa
风筒局部风阻［1］ Rer = 1． 14 N·s2 / m8 风筒局部阻力［1］ her = RerQfQm = 1． 14 × 85． 3 × 28
1 巷道施工通风方案的选择
1． 1 通风方式的选择 巷道施工通风方式主要有 3 种，分别为压入式、
抽出式和压抽混合式，其优缺点比较见表 1。 在该施工项目中，如果巷道通风采取抽出式通
风，则风筒必须采用硬质风筒，考虑到风筒最长可达 15 km，使用硬质风筒成本过高，首先排除； 压抽混合 式通风也存在风筒成本 过 高 的 问 题； 该 巷 道 使 用 TBM 掘进机掘进，掘进机除尘效果好，如果采取压入 式通风，回 风 风 流 中 粉 尘 含 量 低，能 够 满 足 通 风 需 求，而且可以采用柔性风筒降低施工成本，因此在该 项目中选用压入式通风。
2012 年 4 月
技术经验
矿业安全与环保
第 39 卷第 2 期
长距离独头巷道掘进的通风技术研究
李新
（ 中煤科工集团重庆研究院，重庆 400039）
摘要： 结合某隧道施工项目的现场情况，提出一种长距离独头巷道掘进的通风施工方案。通过对压 入式、抽出式、压抽混合式通风的优缺点进行比较，选择压入式通风，并使用一站式通风方式； 通风设备 选用大直径风筒和多级隧道施工通风机，通风距离长达 15 km。使用压入式送风方式直接将新鲜风流 送至掘进工作面，满足了施工通风需求。
图 2 风筒布置示意图
选用高强度阻燃柔性风筒，每节长 100 m，具有 低摩擦 阻 力、低 漏 风 率 等 特 点。风 筒 总 长 度 L = 15 km，共有 150 节。 1． 3 风量计算
1） 按巷道内最多工作人数计算需求风量 Qm = QrN = 0． 067 × 200 = 13． 4 m3 / s 式中： Qm 为风筒末端风量，m3 / s； N 为巷道内同时最 多工作 人 数； Qr 为 每 人 每 秒 需 求 新 鲜 空 气 量，取 0． 067 m3 / s。 2） 按巷道回风风速计算需求风量 Qm = vhAh = 0． 7 × 40 = 28 m3 / s 式中： vh 为巷道最低回风风速，vh = 0． 7 m / s； Ah 为 巷道断面积，Ah = 40 m2 。 3） 按稀释内燃机废气计算需求风量 Qm = NsQnK = 600 × 0． 05 × 0． 55 = 16． 5 m3 / s 式中： Ns 为巷道中内燃机车总功率，kW； Qn 为内燃机车 单位功率每秒需求新鲜空气量，取 0． 05 m3 / （ s·kW） ； K 为 内燃机利用率系数，取 0． 55。 综合上述计算情况，按巷道回风风速计算需风 量最大，取其作 为 风 筒 末 端 风 量。再 根 据 风 筒 百 米 平均漏风率计算通风机风量： Qf = Qm / （ 1 － 0． 74% ） 150 = 28 /0． 992 6150