2. 采煤工作面通风基础参数识别
配风计算的本质,是把工作面在单位时间内产生的“污染负荷”和“热湿负荷”用足够的新鲜风量稀释并带走。因此,在套用任何风量公式之前,必须先准确识别一组基础参数。这些参数分为三类:几何参数(工作面长度、采高、控顶距)、涌出参数(瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量)、环境与人员参数(温度、湿度、人员数量)。它们分别决定工作面断面积、瓦斯与二氧化碳的稀释风量、以及按气象条件和人员呼吸需求校核的风量下限。参数取错,后续计算再精确也没有意义。
一、几何参数:决定有效通风断面
工作面长度指采煤工作面沿走向推进方向上、上下顺槽之间的煤壁长度,即采煤机或刨煤机一次截割所覆盖的倾斜长度,单位 m。它决定了工作面同时暴露的煤壁面积和采落煤量,是瓦斯涌出量、风速分布和支架数量的基础。获取方法以采区设计图和回采巷道实测为准:设计值来自采区布置图,实际值应在工作面上下端头用激光测距仪或钢尺复核,因为断层、调斜会使实际长度偏离设计值。
采高指工作面煤层被采出的垂直高度,单位 m。它是计算工作面断面积、落煤量和瓦斯涌出强度的关键。薄及中厚煤层按煤层厚度取值,厚煤层分层开采时按分层高度取值。获取方法为:在机道、人行道和放顶煤区域分别测量顶底板间距,取多点平均值;综采工作面还应记录支架最大、最小支撑高度,防止采高超过支架额定高度。
控顶距指工作面煤壁到采空区侧支架(或切顶线)之间的顶板悬露宽度,单位 m,通常分为最小控顶距和最大控顶距。它与采高共同构成工作面有效通风断面积 S ≈ 采高 × 控顶距(近似矩形断面)。控顶距越大,断面越大、风速越低,但漏风与采空区瓦斯涌出也越强。获取方法为查阅作业规程中的支护设计参数,并在现场用钢尺实测煤壁至末排支柱或支架尾梁的距离。
二、涌出参数:决定稀释风量的核心
瓦斯涌出量指单位时间内涌入工作面风流中的瓦斯体积,常用单位 m³/min。它由煤壁涌出、落煤涌出和采空区涌出三部分组成,是配风计算中最关键的参数。获取方法有三条途径:一是依据矿井瓦斯等级鉴定和相邻工作面实测统计,按相对瓦斯涌出量(m³/t)乘以日产量再除以 1440 换算为绝对涌出量;二是利用工作面回风流的瓦斯浓度与风量反算,即 Q瓦 = Q风 × (C回 − C进),其中浓度取百分数并除以 100;三是在机尾、采空区回风隅角等关键点布置瓦斯传感器连续监测。生产实践中最可靠的是“实测反算 + 传感器校核”相结合。
二氧化碳涌出量指单位时间内涌出的 CO₂ 体积,单位同为 m³/min。它可能来自煤层本身、采空区氧化或邻近岩层,在部分矿井甚至高于瓦斯涌出量。获取方法与瓦斯类似:用回风与进风的 CO₂ 浓度差乘以风量反算,或用便携式 CO₂ 检测仪在回风隅角、机尾等处定时测定。需要注意的是,CO₂ 密度大于空气,易在低洼处和采空区积聚,测点应覆盖底板附近。
三、环境与人员参数:校核风量下限
温度指工作面风流干球温度,单位 ℃,用于按气象条件校核风量。获取方法为在进风、工作面中部和回风三处用温湿度计或温度传感器测量,取工作面最高值作为校核依据。高温工作面(超过 26 ℃)需加大风量以改善劳动环境。
湿度指风流相对湿度,单位 %,与温度共同影响人体舒适度和热交换效率。高湿环境下汗液蒸发受阻,即使温度不高也会感到闷热,因此配风校核时应温湿同看。获取方法为干湿球温度计或电子温湿度计,测点与温度测点一致。
人员数量指工作面同时工作的最多人数,单位为人。按《煤矿安全规程》要求,每人每分钟供风量不得少于 4 m³/min,因此人员所需风量为 4 × 人数。获取方法为查阅劳动组织设计和班前会出勤记录,取同时作业峰值人数,而非平均人数。
四、参数获取的现场组织与质量控制
上述参数并非一次测完即可长期使用。工作面推进、采高变化、瓦斯涌出衰减或增大,都会使参数漂移。工程上通常建立“班测 + 日核 + 月校”机制:瓦斯、二氧化碳、温度、湿度由瓦斯检查工每班在固定测点测定并记录;工作面长度、控顶距随推进度每周复核一次;采高在过断层、调斜等特殊地段加密测量。所有原始数据应记入工作面通风参数台账,注明测点位置、仪器编号、测定人和时间,作为配风计算和风量调整的依据。
需要特别强调的是参数之间的匹配关系:几何参数决定断面,断面与风量共同决定风速;涌出参数决定稀释风量;环境与人员参数决定风量下限。配风时先由涌出参数算出所需风量,再用断面校核风速是否在《煤矿安全规程》允许范围内(采煤工作面最低风速 0.25 m/s、最高 4 m/s),最后用温度和人员数量校核下限。三者都满足,风量才算合理。任何一个参数取值失真,都可能导致风速超限、瓦斯超限或劳动环境恶化。因此,基础参数识别不是简单的“填数字”,而是配风计算可靠性的第一道关口。