滕漢春

(金川集團(tuán)礦山工程分公司， 甘肅金昌市 737100)

鉆孔通風(fēng)技術(shù)及其在長距離掘進(jìn)巷道中的應(yīng)用

滕漢春

(金川集團(tuán)礦山工程分公司， 甘肅金昌市 737100)

鉆孔通風(fēng)技術(shù)適用于通風(fēng)困難的長距離掘進(jìn)巷道，其特點(diǎn)是能夠從其它水平或地表通過垂直鉆孔為施工巷道實(shí)施通風(fēng)，可大大縮短通風(fēng)路徑，增大掘進(jìn)作業(yè)面的風(fēng)量，改善通風(fēng)效果。介紹鉆孔通風(fēng)技術(shù)在金川各礦區(qū)長距離巷道施工中的應(yīng)用。

鉆孔通風(fēng);長距離掘進(jìn)巷道;應(yīng)用實(shí)例

巷道施工中，通風(fēng)狀況的好壞直接關(guān)系到工程施工的安全、質(zhì)量和進(jìn)度。傳統(tǒng)通風(fēng)方法對于短距離掘進(jìn)巷道來說是較為簡便和有效的，但對于長距離掘進(jìn)巷道，隨著通風(fēng)長度的增加，漏風(fēng)量和風(fēng)壓損失也呈正比例增加，以致風(fēng)筒出口處的風(fēng)量不能滿足掘進(jìn)作業(yè)面排塵和降溫的最低要求。鉆孔通風(fēng)技術(shù)是一種適合長距離掘進(jìn)巷道的先進(jìn)通風(fēng)技術(shù)，具有較大的優(yōu)越性，近年來在金川礦區(qū)的施工中得到了一定發(fā)展，取得了良好效果。

1 鉆孔通風(fēng)技術(shù)

鉆孔通風(fēng)是利用大口徑垂直鉆孔通風(fēng)的一種技術(shù)，是將某一水平的風(fēng)流用局扇通過垂直鉆孔壓入施工巷道，或?qū)⑹┕は锏乐械奈埏L(fēng)用局扇通過垂直鉆孔抽至某一水平巷道。鉆孔中安裝大口徑普通鋼管即套管，這個套管相當(dāng)于鐵質(zhì)風(fēng)筒，局扇安裝在通風(fēng)水平的鉆孔口，在施工巷道內(nèi)的鉆孔套管上焊接1個通向作業(yè)面的鋼制彎頭，彎頭上再接上風(fēng)筒直達(dá)掘進(jìn)作業(yè)面。在絕大多數(shù)情況下，通風(fēng)水平選在施工巷道的上方，鉆孔從施工巷道上方的通風(fēng)水平向下施工，并且在掘進(jìn)巷道與之貫通前施工完畢(包括套管安裝和固井)。如果受客觀條件限制一定要以施工巷道的下方作為通風(fēng)水平，鉆孔就要從施工巷道向下方的通風(fēng)水平進(jìn)行施工。這種通風(fēng)水平位于施工巷道下方的鉆孔通風(fēng)方式存在諸多缺點(diǎn)。一是造成鉆孔施工的措施工程量增加;二是由于鉆孔施工和巷道施工平行交叉作業(yè)，影響所在巷道的施工;三是鉆孔施工所在巷道的通風(fēng)環(huán)境差;四是由于鉆孔位于上下巷道的側(cè)幫，需要安裝的彎頭多，局部壓力損失大，影響通風(fēng)效果，故在一般情況下不采用通風(fēng)水平位于施工巷道下方的鉆孔通風(fēng)方式。

如果通風(fēng)水平巷道為進(jìn)風(fēng)道且風(fēng)流較清潔，而施工巷道開口處的風(fēng)流不清潔或為回風(fēng)，就利用鉆孔進(jìn)行壓入式通風(fēng)，通過局扇、鉆孔、風(fēng)筒將新鮮風(fēng)流送至掘進(jìn)作業(yè)面，污風(fēng)沿施工巷道后方排出;如果通風(fēng)水平巷道為回風(fēng)道且風(fēng)流較污濁，而施工巷道開口處的風(fēng)流較清潔，就利用鉆孔進(jìn)行抽出式通風(fēng)，通過風(fēng)筒、鉆孔、局扇將掘進(jìn)作業(yè)面的污風(fēng)排至通風(fēng)水平，施工巷道開口處的較新鮮風(fēng)流沿施工巷道掘進(jìn)方向進(jìn)入掘進(jìn)工作面。在沒有新鮮風(fēng)流可選的情況下，根據(jù)污風(fēng)循環(huán)使用的理論和經(jīng)驗，利用鉆孔進(jìn)行壓入或抽出式通風(fēng)，也可以達(dá)到通風(fēng)的目的。

通風(fēng)水平距施工巷道的垂直距離不宜過長，一般來說，這個垂直距離應(yīng)小于施工巷道的開口處至鉆孔處水平距離的1/4，否則，就不能充分發(fā)揮鉆孔通風(fēng)的優(yōu)勢。

由于鉆孔垂直進(jìn)入施工巷道，并且長度較施工巷道短得多，使得通風(fēng)距離大大縮短，而且鉆孔內(nèi)鋼制套管不存在漏風(fēng)問題，因此通風(fēng)能力顯著增強(qiáng)。如果鉆孔通風(fēng)與施工巷道內(nèi)的平面通風(fēng)相結(jié)合，采用混合式通風(fēng)，通風(fēng)效果將會更好。和平面通風(fēng)的多局扇串聯(lián)和混合式通風(fēng)相比，鉆孔通風(fēng)可以減少局扇的數(shù)量和功率，有利于礦山節(jié)能。

根據(jù)施工巷道長度和通風(fēng)設(shè)施等實(shí)際情況，一條長距離掘進(jìn)巷道往往在施工巷道內(nèi)間隔布置若干通風(fēng)鉆孔。因大口徑鉆孔施工成本較大，通風(fēng)鉆孔的數(shù)量以能滿足施工巷道的通風(fēng)為原則，需根據(jù)通風(fēng)的實(shí)際條件，對單個鉆孔的有效通風(fēng)長度進(jìn)行計算，然后再確定布置鉆孔的數(shù)量。單個鉆孔的有效通風(fēng)長度的計算方法如下。

首先根據(jù)局扇的通風(fēng)方式、工作風(fēng)壓h、工作風(fēng)量Qf以及掘進(jìn)工作面所需最小風(fēng)量Q計算出風(fēng)筒和鉆孔的總風(fēng)阻R，R=h/QfQ，然后再根據(jù)具體情況算出風(fēng)筒和鉆孔的局部風(fēng)阻Rer(N·S2/m8，多項局部風(fēng)阻之和)，則總風(fēng)阻為:

由于鉆孔和風(fēng)筒的各項參數(shù)已經(jīng)確定，可算出風(fēng)筒的長度為:

式中:L——施工巷道所架風(fēng)筒的最大長度，即有效通風(fēng)長度，m;

α——風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)，N·S/m4;

d——風(fēng)筒直徑，m;

L1——鉆孔長度，m;

α1——鉆孔套管摩擦阻力系數(shù)，N·S/m4;

d1——鉆孔套管凈直徑，m。

因此，要增加鉆孔通風(fēng)的有效通風(fēng)長度，減少鉆孔布置的數(shù)量，就必須增加局扇的功率，采用摩擦阻力系數(shù)小、漏風(fēng)率低、直徑大的鉆孔套管和風(fēng)筒，還要采取減少漏風(fēng)和通風(fēng)線路上的局部風(fēng)阻的措施，但不能以減少掘進(jìn)作業(yè)面的風(fēng)量來增加單個鉆孔的有效通風(fēng)長度。

為了便于讓施工人員根據(jù)實(shí)際需要及時開停局扇以節(jié)約電能和延長局扇壽命，需將安裝在通風(fēng)水平鉆孔口的局扇電源線穿過通風(fēng)鉆孔，接到施工巷道內(nèi)的動力電纜配電盤上，并安裝局扇控制開關(guān)按鈕。

2 鉆孔通風(fēng)技術(shù)在長距離掘進(jìn)巷道中的應(yīng)用

金川集團(tuán)有限公司下屬的礦山工程分公司，從2004年開始，長距離掘進(jìn)巷道施工了13條通風(fēng)鉆孔，極大地改善了掘進(jìn)作業(yè)面的工作環(huán)境，為巷道施工的順利進(jìn)行提供了有力保證。根據(jù)礦山工程分公司現(xiàn)有的鉆探設(shè)備，能夠施工的最大鉆孔荒徑為Φ480 mm，配以Φ377×10的普通鋼制套管作為通風(fēng)孔。適用于淺孔施工的鉆機(jī)型號為SPS—400，電機(jī)功率為110 kW，適用于深孔施工的鉆機(jī)型號為TSJ—2000E，電機(jī)功率為 185 kW，主動鉆桿為Φ108×10，普通鉆桿為Φ89×10，鉆桿長度根據(jù)井下和地表工作空間的實(shí)際情況進(jìn)行制作。鉆孔打成后，立即下鋼制套管，套管外壁與鉆孔壁之間采用800#G級油井水泥填充固定。為保證鉆孔施工的安全和避免鉆孔的泥漿泄漏到施工巷道，采取先施工鉆孔，后使巷道與鉆孔貫通的施工順序。

2．1 三礦區(qū)輔助斜坡道鉆孔通風(fēng)

三礦區(qū)輔助斜坡道設(shè)計長度達(dá)1240 m，前期采用1臺22 kW集中串聯(lián)局扇和Φ600膠質(zhì)風(fēng)筒壓入式通風(fēng)，當(dāng)巷道施工至500 m以后，通風(fēng)變得很困難，排塵時間長，作業(yè)面溫度達(dá)30℃，因此在650 m和920 m處布置了從地表至輔助斜坡道的2條Φ377 mm(套管直徑)的通風(fēng)鉆孔。巷道與鉆孔貫通后，割去多余的套管，使套管露出巷道頂板約300，再用1個Φ377×10的90°鋼制彎頭焊接在套管上，等巷道向前掘進(jìn)一段距離后，再在套管上接上Φ600的膠質(zhì)風(fēng)筒進(jìn)行壓入式通風(fēng)，在地表鉆孔口安裝1臺22 kW集中串聯(lián)局扇，將地表的新鮮空氣送至掘進(jìn)作業(yè)面。當(dāng)輔助斜坡道與第2條鉆孔貫通后，再將局扇移到第2條鉆孔口，利用第2條鉆孔進(jìn)行壓入式通風(fēng)。實(shí)施鉆孔通風(fēng)后，掘進(jìn)作業(yè)面的風(fēng)量大幅度增加，溫度下降至20～25℃，施工進(jìn)度也明顯加快。

2．2 三礦區(qū)1554—1650采準(zhǔn)斜坡道鉆孔通風(fēng)

1554—1650采準(zhǔn)斜坡道設(shè)計長度達(dá)802 m，開口位于回風(fēng)的輔助斜坡道下部，為上坡獨(dú)頭掘進(jìn)，施工采用無軌設(shè)備，前期通風(fēng)是利用輔助斜坡道下部的1個通風(fēng)鉆孔，接上Φ600的帆布風(fēng)筒進(jìn)行壓入式通風(fēng)，局扇安裝在地表鉆孔口，另外又在開口處架設(shè)1臺11 kW局扇進(jìn)行抽出式通風(fēng)。當(dāng)巷道施工至400 m以后，掘進(jìn)作業(yè)面風(fēng)量明顯不足，排塵速度極慢，在無軌設(shè)備作業(yè)時溫度達(dá)到32～38℃。考慮到采準(zhǔn)斜坡道通風(fēng)困難，預(yù)先在400 m以后的采準(zhǔn)斜坡道內(nèi)間隔布置了3條從地表到采準(zhǔn)斜坡道的通風(fēng)鉆孔，鉆孔規(guī)格Φ377 mm(套管直徑)。當(dāng)巷道與1#鉆孔貫通后，立即投入使用，采用2臺11 kW集中串聯(lián)局扇和Φ400的帆布風(fēng)筒進(jìn)行壓入式通風(fēng)。通風(fēng)鉆孔投入使用后，掘進(jìn)作業(yè)面的通風(fēng)狀況大為改善，表現(xiàn)為排塵排煙速度明顯加快，作業(yè)面溫度下降了9～13℃。

2009年元月份，采準(zhǔn)斜坡道投入1臺EBZ－300掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行機(jī)掘施工，作業(yè)面粉塵很大，需要充足的風(fēng)量來保證施工。從機(jī)掘施工的實(shí)際情況來看，鉆孔通風(fēng)基本能夠滿足掘進(jìn)作業(yè)面施工的要求。當(dāng)采準(zhǔn)斜坡道與2#鉆孔貫通后，立即將其投入使用，暫停1#通風(fēng)鉆孔的使用。當(dāng)掘進(jìn)作業(yè)面與通風(fēng)鉆孔距離較長時，為進(jìn)一步增加通風(fēng)效果，又將1#通風(fēng)鉆孔重新投入使用，即采用2條鉆孔同時向掘進(jìn)作業(yè)面壓入式供風(fēng)。鉆孔通風(fēng)改善了作業(yè)環(huán)境，提高巷道機(jī)掘施工的效率。

2．3 二礦區(qū)1100充填回風(fēng)副中段鉆孔通風(fēng)

二礦區(qū)1100充填回風(fēng)副中段通過聯(lián)絡(luò)斜坡道(長度約520 m)與1150水平連通，聯(lián)絡(luò)斜坡道開口處在1150水平總回風(fēng)道附近。聯(lián)絡(luò)斜坡道施工采用2臺11 kW集中串聯(lián)局扇和Φ600 mm膠質(zhì)伸縮式風(fēng)筒進(jìn)行壓入式通風(fēng)，局扇安裝在總回風(fēng)道岔口處，前期通風(fēng)狀況良好，后期由于風(fēng)筒長、彎道多、風(fēng)筒破損頻繁、漏風(fēng)多，通風(fēng)狀況逐漸惡化，再加上無軌設(shè)備作業(yè)，施工環(huán)境極其惡劣。況且聯(lián)絡(luò)斜坡道施工完畢后還有東西各約500 m的1100充填回風(fēng)沿脈道需要施工，而又因14行回風(fēng)井返修而使1100沿脈道不能與其貫通，各穿脈道也未能與采場貫通，這就意味著聯(lián)絡(luò)斜坡道和1100充填回風(fēng)副中段除開口處外，沒有其它地方與外部巷道聯(lián)通，且沒有任何新鮮風(fēng)流可引，因此通風(fēng)問題成了亟待解決的首要問題。經(jīng)過反復(fù)分析論證，決定從1150水平總回風(fēng)道的一個岔口邊向聯(lián)絡(luò)斜坡道1100水平岔口施工1條規(guī)格為Φ325 mm的鉆孔用來通風(fēng)，此通風(fēng)鉆孔長度只有48 m，避開了聯(lián)絡(luò)斜坡道約500 m的通風(fēng)線路，大大縮短了通風(fēng)長度，改善了通風(fēng)效果。局扇設(shè)在1150水平總回風(fēng)道鉆孔口，1150水平的回風(fēng)經(jīng)局扇、鉆孔、風(fēng)筒壓入1100副中段各掘進(jìn)作業(yè)面，見圖1。

圖1 二礦區(qū)1100充填回風(fēng)副中段鉆孔通風(fēng)示意

盡管1100副中段尤其是西部工程施工的通風(fēng)狀況一直不好，但在部分穿脈道與采場貫通前及沿脈道與14行回風(fēng)井貫通前，利用此條48 m長的通風(fēng)鉆孔，采用污風(fēng)循環(huán)壓入式通風(fēng)，在其后2 a的1100副中段工程施工中發(fā)揮了很大的作用。

3 評價

(1)鉆孔通風(fēng)只適用于長距離掘進(jìn)巷道施工中采用傳統(tǒng)通風(fēng)方式無法達(dá)到通風(fēng)效果的情況，如果不具備鉆孔施工的裝備和技術(shù)，但能夠采用其它的管理和通風(fēng)措施達(dá)到更好的通風(fēng)效果，則不必采用鉆孔通風(fēng)，因為鉆孔施工的成本較大。

(2)鉆孔通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn):一是大大縮短了通風(fēng)路徑，增大了掘進(jìn)作業(yè)面的風(fēng)量和風(fēng)速，從而改善了施工環(huán)境，提高了施工效率;二是可以從其它水平進(jìn)風(fēng)或回風(fēng)，打破了施工巷道平面通風(fēng)的局限，從而提高了通風(fēng)效果，改善了風(fēng)質(zhì);三是使用的局扇數(shù)量或功率較在串聯(lián)混合通風(fēng)條件下少(小)，卻可以達(dá)到同樣的通風(fēng)效果，從長遠(yuǎn)來看，具有較好的節(jié)能效益;四是鉆孔內(nèi)的套管為鋼制，不存在漏風(fēng)問題，摩擦風(fēng)阻也較同徑的柔性風(fēng)筒小;五是由于局扇安裝在其它通風(fēng)水平，避免了施工巷道內(nèi)的局扇噪音;六是鉆孔施工成本較同距離的專用通風(fēng)小井低2～4倍，施工速度也高2～3倍。

(3)通風(fēng)鉆孔要盡量布置在風(fēng)流較大的進(jìn)風(fēng)或回風(fēng)巷道內(nèi)，當(dāng)施工巷道距地表較近時，通風(fēng)鉆孔最好布置在地表，還要根據(jù)情況盡量縮短鉆孔的長度。鉆孔布置在地表不僅風(fēng)量充足、風(fēng)流新鮮，而且避免了施工坑內(nèi)鉆孔的諸多不便和大部分措施工程。

(4)過長的鉆孔不僅會增加鉆孔的施工成本，而且因鉆孔的偏斜率不能保證，從而增加了坑內(nèi)找孔的坑內(nèi)工程量和增加局部風(fēng)阻，過長的鉆孔還會使鉆孔的摩擦風(fēng)阻占總風(fēng)阻的比例加大，從而影響通風(fēng)的效果，這在一定程度上會喪失鉆孔通風(fēng)的優(yōu)勢。另外，過大的鉆孔直徑會增加鉆孔的施工成本和施工難度，因此靠增大鉆孔直徑的方式提高通風(fēng)效果和增加有效通風(fēng)長度是很有限的。

［1］ 黃元平．礦井通風(fēng)［M］．北京:中國礦業(yè)學(xué)院出版社，1986．

2010－11－24)

滕漢春(1965－)，男，工程師，甘肅榆中人，主要從事礦建工程施工工作，Email:tenghanchun@126．com。