风量计算标准见于AQ1028-2006《煤矿井工开采通风技术条件》、AQ1056-2008《煤矿通风能力核定标准》、MT/T634-2019《煤矿矿井风量计算方法》、《应急管理部 国家矿山安监局 国家发展改革委 国家能源局关于印发煤矿生产能力管理办法和核定标准的通知》(应急[2021]30号)四个技术文件(以下简称“四个技术文件”)中。对比分析如下:
(1)除AQ1028-2006外,其他三个技术文件中,采煤工作面的风量“按气象条件计算”项,均规定“采煤工作面平均有效断面积,按最大和最小控顶有效断面的平均值计算”,即:采煤工作面平均有效断面积=(最大控顶距×实际采高×70%+最小控顶距×实际采高×70%)/2。问题在于:70%的有效通风断面系数在“按气象条件计算”公式中连用了两次,相当于“采煤工作面平均有效断面积的有效断面积”。其合理性值得再认真讨论,因为在高瓦斯和突出矿井中此项计算结果可能并不影响最终结果,但对低瓦斯矿井的采煤工作面来说一般就具有决定性意义,然而按现有公式,其结果明显偏小。
AQ1028-2006则是将“按气象条件”计算限定在低瓦斯矿井中,且公式中的“Q基本”计算会让人无所适从,因为其将“工作面控顶距”作为计算的必要参数,而未明确是最大、最小还是平均控顶距。
(2)四个文件的采煤工作面“按气象条件计算”风量中,都涉及到“采煤工作面风速”这一参数,且其取值与工作面温度相关,但AQ1056-2008和应急[2021]30号文中的是“采煤工作面进风流气温”,AQ1028-2006和MT/T634-2019中的则分别是“回采工作面空气温度”和“采煤工作面温度”(表意相同)。造成的问题就是:当采煤工作面处于某一临界温度,如28.02℃时,其进风流中的气温可能低于28℃(参考AQ/T1067-2008),此时按应急[2021]30号的规定,采煤工作面风速取1.8-2.5m/s,而按MT/T634-2019则应取2.5-3.0m/s。据此计算的采煤工作面风量必然会有差别。
(3)如果采煤工作面有底板抽采巷、顶板抽采巷、低位抽采巷或高抽巷(相关定义可参考GB/T15259-2008《煤矿科技术语》-10.35,GB/T31537-2015《煤层气(煤矿瓦斯)术语》-6.3.6、6.3.7、6.3.8,GB50471-2018《煤矿瓦斯抽采工程设计标准》-2.1.13,GB/T50562-2019-4.2.31、4.2.32,NB/T10965-2022《采煤工作面低位抽采巷技术规范》-3,NB/T51003-2012《采煤工作面瓦斯综合治理设计规范》-3.1、3.2,AQ1027-2006《煤矿瓦斯抽放规范》-3.26),那么这类巷道的风量必然有一部分来源于采煤工作面,而且部分采煤工作面的抽采巷道抽采混量可达1000m³/min以上,因此,将抽采巷道用风量考虑进去,也有十分的必要。(抽采巷道的讨论详见《规程》第181条注解)
(4)四个技术文件中,掘进工作面的风量计算均未涉及风筒百米漏风率。《煤矿安全生产标准化管理体系基本要求及评分方法(试行)》表8.1-1中“风筒接头严密,无破口(末端20米除外),无反接头”的标准似是与此相呼应。然而,风筒漏风是实实在在会发生的事,何况相关标准中也有明确规定,如MT/T164-2019《矿用涂覆布风筒通用技术条件》和GB50418-2017-表B.0.5-3(详参《规程》第164条注解)。
还有一点需要考虑,就是巷内人员作业的安全性。理论计算上不考虑漏风,而实际工作中大多有此情况,其最可能导致的问题就是所选型的风机能力偏小、经过沿途漏风后到达工作面的风量不能满足实际需要。
(5)四个技术文件中,掘进工作面“按瓦斯涌出量计算”公式,都以掘进工作面回风流中(平均)绝对瓦斯涌出量为主要参数(AQ1028-2006未体现“平均”),这就带来一个问题:在掘进工作面以落煤瓦斯涌出量为主、实际生产中风筒漏风普遍存在的情况下,所计算的风量结果很可能无法满足稀释工作面涌出瓦斯的需要,由此可能引发一系列后果。一个可能的解决思路是:投产初期以掘进工作面的瓦斯涌出量预测结果为依据,正式生产后以已掘工作面的实际瓦斯涌出量为参考,增加一个风量计算步骤,即:在考虑风筒百米漏风率的前提下,以掘进工作面(指风筒出口到掘进迎头)平均绝对瓦斯涌出量为主要参数计算的局部通风机吸风量。
(6)再说回“煤矿用防爆型柴油动力装置机车”。
据GB50533-2009-5.1.2和9.1.1,知:1)在掘进工作面中,只有瓦斯矿井掘进的岩石巷道可使用矿用防爆特殊型蓄电池机车、矿用防爆柴油机车或防爆型无轨胶轮车;2)未规定采煤工作面可使用其中任何一种车辆。但据GB50215-2015-6.3.5.1:“采用矿用防爆型无轨胶轮车时,应根据运输功能要求,配备液压支架搬运车、铲运车、多功能车、材料车及人员输送等各类专用车辆”,又意味着采煤工作面工作面可以使用煤矿用防爆型柴油动力装置机车。
四个技术文件中,MT/T634-2019关于“煤矿用防爆型柴油动力装置机车需风量”的规定过于笼统,没有说明在采掘工作面分别如何应用;应急[2021]30号文和AQ1056-2008则是将“防爆柴油动力装置机车”作为风量计算结果的验算步骤,AQ1028-2006则未体现相关内容。
所以,应急[2021]30号文和AQ1056-2008的一个问题是:将可使用煤矿用防爆型柴油动力装置机车的掘进工作面的范围扩大化了,未限定在“瓦斯矿井掘进的岩石巷道”中。但即使是在瓦斯矿井的岩巷工作面中,有关风量配置要求的规定也还需仔细斟酌,原因略表如下:
以一个设计巷道长度为1000m、巷内行驶1台功率32KW防爆柴油机无轨胶轮车的机掘工作面为例,由于其活动范围为全巷道,即会进入掘进迎头附近,则掘进工作面的需风量至少应增加128m³/min。若考虑风筒百米漏风率(MT/T164-2019-5.7.1规定正压风筒的百米漏风率≤4%,此以2%计算),则局部通风机的吸风量至少应增加160m³/min。这还只是一台功率仅32KW的胶轮车,按GB50215-2015-6.4.4和GB50533-2009的规定,无轨胶轮车还应有备用量。
风量的变化,必然带来局部通风机选型的变化,之后又会有风机购置成本、电缆和风筒等配套成本、管理成本和电费等使用成本的变化。同时,对现代化的大型、特大型矿井来说,掘进头面数量较多,以《规程》允许的9个掘进工作面为限,除以上成本影响外,其矿井主要通风机的选型、日常风量调配对采掘接续的影响等都有可能发生重大变化。
(7)“按炸药量计算”公式中的两个系数(25和10)的来源及其正确性,似乎也存在多处疑点。此处不详细论述,有志于学者可参阅《通风安全学》(修订版)第六章第二节和MT/T66-2008《乳化炸药技术条件》自行计算,前者尤应注意“氧化碳浓度的允许值0.02%”,后者应注意“乳化炸药主要性能指标”的“炸药爆炸后的有毒气体含量”。
(8)关于采掘工作面同时工作的最多人数,另一个问题是:掘进工作面风量计算中,依据同时工作的最多人数所计算的风量与局部通风机选型的逻辑关系问题。根据矿安[2023]129号文,广义上的掘进工作面是指从掘进迎头至工作面回风流与全风压风流汇合处的区域,即不包括全风压风流段的巷道。巷内作业人员,除皮带头的岗位外,其余人员全部都在掘进巷道内,而其所需风量只能由局部通风机供应。因此,将其作为局部通风机选型的一个前置必要条件似更合理。
AQ1056-2008将采掘工作面同时作业人员的需风量作为验算步骤的做法,基于以上原因,不妥。
应急[2021]30号文中,将人员需风量等同于掘进工作面需风量(局部通风机吸风量+全风压风量),显然不恰当。
(9)关于按巷道最低风速计算所需风量与局部通风机选型的逻辑关系。换句话说,是将其作为计算步骤还是验算步骤。一般来说,无论哪种情况,都不会影响最终风量计算结果,但作为计算步骤似更恰当。采煤工作面同理。
(10)除AQ1028-2006外,其他三个技术文件中,“机电硐室需要风量计算”项,空气密度和空气的定压比热两个参数不完全统一,应急[2021]30号文分别为1.29和1.006,其余两文件则分别为1.20和1.0006。AQ1028-2006中“机电硐室需要风量应根据不同硐室内设备的降温要求进行配风”的规定,则只是指出了正确的方向,但毫不实用。
(11)AQ1056-2008其他待完善处
3.6“高瓦斯矿井”的定义应参照《规程》第169条(二)修改。
标准原文中的表1和表3可参照MT/T634-2019和应急[2021]30号文修改。
5.1.2.2表3的采煤工作面长度划分,可能是为了与GB/T15663.3-2008《煤矿科技术语 第3部分:地下开采》3.6、3.7的长壁、短壁工作面定义呼应,但结合实际,似乎需修改完善。
5.1.2.9中有关“专用排瓦斯巷”的规定明显违反新版《规程》。安监总煤装[2016]33号《国家安全监管总局 国家煤矿安监局关于学习宣传贯彻新<煤矿安全规程>的通知》中明确“严禁使用专用排瓦斯巷”。
5.1.6防爆柴油机车数量越多系数k值反而越小的规定,可能是为了呼应GB50533-2009-15.0.5,但其明显不符合《规程》。至于5.44m3/min·kW的车辆配风标准,GB50533-2009-15.0.5中为5.4,《规程》、GB/T50511-2022和AQ1064-2008中均为4,如何取舍则见仁见智,总归不要低于4即可。
(12)MT/T634-2019其他待完善处
采掘工作面“按二氧化碳涌出量计算”需风量的内容缺失。《规程》本条明确规定:“各地点的实际需要风量,必须使该地点的风流中的二氧化碳浓度符合本规程的有关规定”。
6.2“矿井有效风量率”的计算公式错误,与其本身3.3定义相悖。
(13)AQ1028-2006的风量计算方法相比其他三个文件较为粗糙,其他漏洞不再赘述。