攀枝花（煤业）集团有限公司太平矿 四川攀枝花 617014
摘要：太平煤矿采区通风系统原设计时，因地质条件恶劣，一般采取顺煤层或逆煤层打设回风上山的方式进行通风系统设计，这种通风方式巷道掘进量大，作业时间长，施工时，在南一采区通风系统完善时，采取了大直径竖直反井通风技术，在竖井通风施工过程中减少了施工难度，提高施工安全系数，保证了矿井安全生产，提高了竖井的可靠性。
关键词：竖直反井；一次；成巷
1、矿井概况
太平煤矿+700m水平南一采区原设计+700m水平南一采区回风通过采区内部回风竖井，进入3101石门后通过+900m水平南二采区总排上山及3121-21回风巷排出地表，而3101石门作为+700m水平南一采区材料、设备运输、行人通道，不符合《煤矿安全规程》第149条中关于专用回风巷的规定。为解决+700m水平南一采区3101石门无专用回风巷的问题，对+700m水平南一采区通风系统采用大直径竖直反井通风方式进行了修改完善设计。
2、+700m水平南一采区通风系统概述
入风（新风）：副一、副二斜井、暗管子斜井→ +700m水平南翼运输大巷→+700m水平南一采区集中材料上山、架空人车上山→ 各区段石门 → 各采掘工作面。
回风（乏风）：各采掘工作面 → 区段回风石门 → +700m水平南一回风竖井→3101石门→分两个路径：
①+900m水平南二总排上山→+900m水平南二采区回风斜井→地表。
②3121-21回风平巷→+900m水平南三架空人车上山→2501石门→+1325m水平回风斜井→地表
图1 煤矿位置图
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3、+700m水平南一采区通风系统设计完善方案
在+700m水平南一采区下组（上段）布置二条回风竖井（3101石门底板标高至3103石门顶板标高段），下组（下段）布置一条回风竖井（3103石门底板标高至3104石门顶板标高段），并在3101石门回风井横川至+900m南二总排上山下口建设风桥将+700m南一采区石门及3102石门变电所回风引入+900m南二总排。（详见附图2）。
巷道断面规格：大直径竖直反井采用ZFY2.5/200型钻机施工，φ2.5m，净断面积4.9m²。
4、+700m水平南一采区采用大直径竖直反井通风的风量验算
+700m水平南一采区通风系统采用大直径竖直反井通风后，按照采掘工作面集中布置在采区第二区段，布置2个采工作面，4个掘进工作面（2个综掘工作面、2个炮掘工作面），1个变电所，1个配电点、1个绞车房，1个独立通风的机车充电峒室（详见附图5），对采区所需风量核算如下：
Q采区=（∑Q采+∑Q掘+∑Q峒+∑Q维）×K漏
式中 Q采区—采区所需总风量，m3/min；
∑Q采—采煤工作面所需总风量，m3/min；
∑Q掘—掘进工作面所需总风量，m3/min；
∑Q硐—硐室所需总风量，m3/min；
∑Q维—巷道维护所需总风量，m3/min；
K漏—采区漏风系数（1.05～1.15），取1.05
1）∑Q综采的计算
（1）按瓦斯涌出量计算
Q综 =125q×k =125×0.45×1.6＝90m3/min
式中 Q综—按瓦斯涌出量计算风量，m3/min；
q—综采工作面瓦斯绝对涌出量，根据+700m水平南一采区煤层瓦斯参数测定数据及+900m水平南三采区各煤层开采时瓦斯涌出情况推算，+700m水平南一采区综采工作面绝对瓦斯涌出量取0.45m3/min；
k—综采工作面瓦斯涌出不均衡系数（1.2～1.6），取1.6。
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图2巷道施工平、剖面图
②按人数计算
Q综=4×N=4×45=180m3/min
式中 Q综—按综采工作面同时工作的最多人数计算风量，m3/min；
4── 每人每分钟供风标准，m3；
N──工作面同时工作的最多人数，人。
③按工作面温度计算
Q综=60×V×S×K
=60×1.2×6.62×1.1
＝524.3（取525m3/min）
式中：Q综──按工作面温度计算风量；
V──工作面适宜风速，采煤工作面风流温度按22℃考虑，取1.2m/s；
S──工作面平均有效通风断面，平均取值6.62m2。2个综采工作面采用ZQY3400/09/24支架，配风按ZQY3400/15/35支架，平均控顶距5.39m，采高1.6m，综采支架阻挡面积2m2。
K──工作面长度系数，取为1.1
④按允许最高、最低风速验算
Vmin×S＜Q综＜Vmax×S
15×6.62＝99.3m3/min＜568m3/min＜240×6.62＝1588.8m3/min
式中：Q综──综采工作面确定风量，m3/min
Vmin──工作面最低风速，按规定取15m/min；
Vmax──工作面最高风速，按规定取240m/min。
风速验算符合规定，故综采工作面风量确定为525m3/min。
则：∑Q采=2Q综采=2×525=1050 m3/min
2、∑Q综掘的计算
综掘工作面
（1）需要风量
①按瓦斯涌出量计算
Q综掘=125×q×k=125×0.4×2.0=100m3/min
式中 Q综掘—按瓦斯涌出量计算风量，m3/min；
q—工作面瓦斯涌绝对出量，根据+700m水平南一采区煤层瓦斯参数测定数据及+900m水平南三采区各煤层开采时瓦斯涌出情况推算，故+700m水平南一采区综掘工作面绝对瓦斯涌出量取值为0.4m3/min；
k—工作面瓦斯涌出量不均衡系数（1.5～2.0），取2.0。
②按人数计算
Q综掘=4×N =4×15=60m3/min
式中 Q综掘—按综掘工作面按人数计算风量，m3/min；
4─ 每人每分钟供风标准，4m3；
N ─工作面同时工作最多人数，人。
③按最高、最低风速验算
Vmin×S掘＜Q综掘＜Vmax×S掘
15×8.2＝123m3/min＞100m3/min＜240×8.2＝1968m3/min
式中Q综掘─综掘工作面确定的需要风量，m3/min；
S综掘─综掘工作面断面，8.2m2；
根据以上计算，综掘工作面的需要风量为123m3/min。
④局部通风机吸入风量的确定：
Q吸=Pq×Q综掘=123×1/（1-60×0.001）=130.85 m3/min
式中：Q综掘—掘进工作面风量，m3/min；
Pq=1/1-Nηj
式中：N—风筒接头数（掘进工作面最长掘送距离为600m，取值60。）
ηj—第个风筒接头的漏风率，风筒伸延长为600m时取0.001。
根据上述计算，+700m水平南一采区综掘工作面配备2台FBD2×15KW型局部通风机（1台工作，1台备用），其额定吸入风量为560～220m3/min，全压为350～4600Pa，工作面风筒选取直径为Φ600mm风筒，能够满足工作面风量要求。
根据井下目前使用局部通风机的现场实测情况，FBD2×15KW型局部通风机实际吸入风量为230m3/min，故局部通风机吸入风量确定为230m3/min。
⑤局部通风机需要的全风压风量
Q全＝Q局＋S×V
＝230＋10.09×9
=320.81m3/min（取值321m3/min）
式中：Q全—掘进工作面局部通风机需要的全风压风量，m3/min；
Q吸—掘进工作面选用的局部通风机的吸入风量，m3/min；
S—局部通风机安设处巷道的断面积，m2；
V—局部通风机安设处的规定风速，m/min；
故一个综掘工作面的实际需要风量为321m3/min。
则：∑Q综掘=2Q综掘=2×321=642m3/min
2）炮掘工作面
（1）炮掘工作面需要风量
①按瓦斯涌出量计算
Q炮掘=125×q×k=125×0.2×2.0=50m3/min
式中：Q炮掘—按瓦斯涌出量计算风量，m3/min；
q—工作面瓦斯涌绝对出量，根据+700m水平南一采区煤层瓦斯参数测定数据及+900m水平南三采区各煤层开采时瓦斯涌出情况推算，故+700m水平南一采区炮掘工作面绝对瓦斯涌出量取值为0.2m3/min；
k—工作面瓦斯涌出量不均衡系数（1.5～2.0），取2.0。
② 按人数计算
Q炮掘=4×N =4×15=60m3/min
式中：Q炮掘—按炮掘工作面按人数计算风量，m3/min；
4 ─ 每人每分钟供风标准，4m3/ min；
N ─工作面同时工作最多人数，人。
③按炸药量计算
Q炮掘=10A=10×11.8=118m3/min
式中 Q炮掘──按一次起爆最大炸药量计算风量；
A──一次起爆最大炸药量，取11.8kg；
10——每1kg炸药爆破后需要供给的风量，m3/min。
④按最高、最低风速验算
Vmin×S掘＜Q炮掘＜Vmax×S掘
15×8.2＝123m3/min＞118m3/min＜240×8.2＝1968m3/min
式中Q炮掘──炮掘工作面确定的需要风量，m3/min；
故+700m水平南一采区炮掘工作面的需要风量为123m3/min。
⑤确定局部通风机吸入风量Q吸
Q吸=Pq×Q炮掘=123×1/（1-60×0.001）=130.85m3/min
式中：Q炮掘——掘进工作面风量，m3/min；
Pq=1/1-Nηj
式中：N—风筒接头数（掘进工作面最长供风距离为600m，取值60。）
ηj—第个风筒接头的漏风率，掘进工作面风筒延长最大为600m，取0.001。
根据上述计算，+700m水平南一采区综掘工作面配备2台FBD2×11KW型局部扇风机（1台工作，1台备用），其额定吸入风量为460～210m3/min，全压为350～4000Pa，工作面风筒选取直径为Φ600mm风筒，能够满足工作面风量要求。
根据井下目前使用局部通风机的现场实测情况，FBD2×15KW型局部通风机实际吸入风量为210m3/min，故局部通风机吸入风量确定为210m3/min。
⑥局部通风机需要的全风压风量
Q全＝Q局＋S×V
＝210＋10.09×9
=300.81m3/min（取值301m3/min）
式中：Q全—掘进工作面局部通风机需要的全风压风量，m3/min；
Q吸—掘进工作面选用的局部通风机的吸入风量，m3/min；
S—局部通风机安设处巷道的断面积，m2；
V—局部通风机安设处的规定风速，m/min；
故一个炮掘工作面的实际需要风量为301m3/min。
则：∑Q炮掘=2Q炮掘=2×301=602m3/min
3）∑Q峒计算：
+700m水平南一采区按一个变电所、一个配电点、一个绞车房、一个充电硐室计算风量，根据攀煤公司矿井风量计算细则规定，变电所、绞车房需要风量按经验值取定为80m3/min。
1）一个独立通风变电所、一个独立通风配电点风量：
Q变=2×80=160m3/min
2）一个独立通风绞车房风量：
Q绞=80 m3/min
ΣQ硐= Q变+ Q绞=160+80=240 m3/min
3）+700m水平南一采区布置有1个充电硐室，即3102石门充电硐室，根据攀煤公司矿井风量计算细则规定，充电峒室需要风量按经验取值为100m3/min。
Q充=100m3/min
ΣQ硐= Q变+ Q绞+ Q充
=160+80+100
=340 m3/min
4）巷道维护风量
+700m水平南一采区需维护风量的巷道有：3101石门下组、3101石门架空人车横川、3101石门材料车场、3102石门变电所后身、3102石门上组、3103石门架空人车横川、3103石门材料车场、3104煤仓入风上山、3104石门皮带上山、南一采区下段回风竖井联络上山需要维护通风，由于沼气涌出量较小，故按风速计算风量。经计算，+700m水平南一采区所需维护风量为：
Q维=721m3/min
则：+700m水平南一采区风量
Q采区=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q维）×K漏
=（1050+1244+340+721）×1.05
=3355×1.05
=3522.75（取值3523 m3/min）
则+700m水平南一采区开采后期需要风量为Q采区=3523m3/min
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5、采用大直径竖直反井通风设计后南一采区主要回风巷道风速验算。
6、结论
+700m水平南一采区采用大直径竖直反井通风设计后，有效解决了+700m水平南一采区3101石门无专用回风巷、以及+700m水平南二运输大巷掘进工作面通风系统不独立的问题，矿井通风系统得到了进一步优化，且改造后各巷道的风速均满足了《煤矿安全规程》相关规定要求，故采用大直径竖直反井通风设计完善方案是十分可行的，该工艺适用于煤矿井下各种复杂地质环境，具有较好的推广应用前景。