王劍武

（武警黃金指揮部教導(dǎo)大隊，湖北襄陽441002）

高效通風(fēng)系統(tǒng)在內(nèi)蒙古虎拉林礦區(qū)獨頭平巷通風(fēng)改造工程中的應(yīng)用

王劍武*

（武警黃金指揮部教導(dǎo)大隊，湖北襄陽441002）

針對內(nèi)蒙古虎拉林礦區(qū)獨頭平巷掘進(jìn)工作面通風(fēng)中存在的實際問題，闡述了高效通風(fēng)系統(tǒng)的性能及應(yīng)用情況，解決了一直制約著該礦獨頭平巷掘進(jìn)工作面通風(fēng)效果的難題。

高效通風(fēng)系統(tǒng)；獨頭平巷；通風(fēng)改造

虎拉林礦區(qū)位于內(nèi)蒙古額爾古納市東北部毛河西側(cè)，前期探明地質(zhì)儲量已達(dá)中型規(guī)模，屬于中金黃金公司的一個勘探礦區(qū)。礦區(qū)平巷施工于2000年開始，已完成數(shù)千米工程量，但由于施工隊伍經(jīng)驗不足、慣性思維、工藝不完善、設(shè)備陳舊、缺乏正規(guī)管理等原因，導(dǎo)致掘進(jìn)速度緩慢，工程質(zhì)量不好，成本較高，雖影響因素較多，但不可否認(rèn)獨頭掘進(jìn)工作面炮煙難以盡快排出，已成為提高施工效率的瓶頸，特別是獨頭長巷，一直制約著探礦速度及進(jìn)一步擴(kuò)大礦山規(guī)模的步伐。多年來，井下曾發(fā)生數(shù)起作業(yè)人員炮煙中毒現(xiàn)象，這不僅嚴(yán)重影響了掘進(jìn)速度，同時給井下作業(yè)人員帶來許多安全隱患。加強(qiáng)管理后，情況稍有好轉(zhuǎn)，但獨頭掘進(jìn)工作面的通風(fēng)問題仍然沒有得到徹底解決。據(jù)調(diào)查了解，獨頭掘進(jìn)工作面的通風(fēng)困難問題，不僅在該礦普遍存在，同樣在國內(nèi)各大中小型礦山也廣泛存在，一直沒有可供參考的解決辦法和措施。

為此，我部科研立項，成立攻關(guān)小組，經(jīng)過2002～2003年2年研究，2004～2005年礦區(qū)試驗改進(jìn)，研制成功了的一種專門針對獨頭平巷掘進(jìn)工作面通風(fēng)工作的DT-1型高效通風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)湖北省隨州市高莊民采金礦探礦坑道、湖北大冶市三鑫銅金礦開拓井巷、中金黃金公司河北峪耳崖金礦井下階段平巷和內(nèi)蒙古虎拉林礦區(qū)探礦平巷等礦山實地檢驗，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，工作可靠，改善獨頭巷道掘進(jìn)工作面通風(fēng)效果明顯，應(yīng)用前景很好。

下面結(jié)合內(nèi)蒙古虎拉林礦區(qū)CM6801獨頭探礦平巷施工實際，就通風(fēng)改造情況進(jìn)行綜述。

1 巷道施工基本情況

CM6801平巷為獨頭掘進(jìn)定向巷道，斷面設(shè)計為梯形，凈寬1.8m，凈高2m，巷道穿過巖層為花崗斑巖、砂巖等，多數(shù)中等硬度，節(jié)理裂隙不發(fā)育，穩(wěn)固性高。采用鑿巖爆破法掘進(jìn)，主要施工設(shè)備有排量為6m3電動空壓機(jī)，YT-27輕型氣腿式鑿巖機(jī)，5.5kW軸流式通風(fēng)機(jī)，35kW柴油發(fā)動機(jī)組，爆破材料為2#巖石炸藥，起爆用瞬發(fā)電雷管，段發(fā)塑料導(dǎo)爆管。施工組織為單班順序作業(yè)，8h工作制。

2006年通風(fēng)改造時，巷道掘進(jìn)深度約400m，采用人力推車運輸，工作面炮眼17～19個，垂直掏槽，炮眼裝藥13～15個，炮眼平均深度1.5m，單循環(huán)炸藥消耗量約14kg。

2 原通風(fēng)狀況

該巷道為單工作面獨頭，采用單一的壓入式通風(fēng)，5.5kW軸流式風(fēng)機(jī)安裝于坑口外約5m右側(cè)，?400mm彩條布風(fēng)筒約200m，其余為?285mm彩條布風(fēng)筒，出風(fēng)口距工作面約40～60m，緊靠工作面最后一節(jié)風(fēng)筒很細(xì)，直徑約200mm，長度約20m。通常情況下每天最多完成2個循環(huán)，有時還達(dá)不到2個循環(huán)，由于受設(shè)備故障停頓、天氣原因、組織管理、通風(fēng)效果等因素影響，月平均進(jìn)尺60m左右，進(jìn)度緩慢。經(jīng)統(tǒng)計分析，與往年對比，試圖通過加強(qiáng)管理等手段改善施工現(xiàn)狀，但收效較小，后深入研究認(rèn)為，其主要原因是通風(fēng)困難。為改善通風(fēng)效果，加快通風(fēng)速度，施工人員于工作面放炮后，頂著濃煙把靠近工作面的細(xì)小風(fēng)筒盡可能拉近工作面，此法嚴(yán)重違反了井下作業(yè)有關(guān)安全規(guī)定，并隨時可能引發(fā)作業(yè)事故，如遲炮危險、炮煙中毒等。也曾利用工作面打眼設(shè)置的空壓機(jī)高壓風(fēng)管兼作輔助式通風(fēng)，采取這些方法后，通風(fēng)時間，晴好天氣一般為1h30min左右，陰雨天及早晨和晚上溫度較低時一般為1h50min，通風(fēng)時間較長，這不僅嚴(yán)重影響了井下作業(yè)環(huán)境的改善及施工效率的提高，同時易誘發(fā)許多安全隱患，污濁、潮濕的空氣，對施工人員身體和心理上造成不良影響，體力透支，精神難以集中，工作干勁不足，積極性不高，勢必嚴(yán)重制約施工效率的提高，致使成本居高不下。

通過認(rèn)真分析研究，認(rèn)為造成以上現(xiàn)象的原因主要有以下幾點：

（1）風(fēng)機(jī)距離坑口長度不夠，小于10m，獨頭巷道內(nèi)沒有形成較為穩(wěn)定的風(fēng)流循環(huán)系統(tǒng)，坑口新鮮風(fēng)流攜帶剛剛排出的污風(fēng)又壓入巷道，易形成污風(fēng)循環(huán)，炮煙不易排除。

（2）工作面采用單一的壓入式通風(fēng)，為防止爆破破壞，風(fēng)筒口距工作面距離通常在40m以外，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出風(fēng)流的有效射程，同時，風(fēng)筒破損嚴(yán)重，形不成有效射流，對工作面炮煙擾動小，不能得到有效替換。

（3）風(fēng)機(jī)功率小，風(fēng)量不足，通風(fēng)全程風(fēng)筒直徑較小，通風(fēng)阻力大，工作面風(fēng)筒又過細(xì)，雖利用高壓風(fēng)兼作輔助式通風(fēng)，但通風(fēng)風(fēng)量太小，總體上造成送入工作面的風(fēng)量不夠。同時，空壓機(jī)運轉(zhuǎn)功耗大，既不能滿足通風(fēng)要求，又造成能源浪費。

3 通風(fēng)改造方案

（1）通風(fēng)方式改為雙壓混和式，壓出風(fēng)筒口距坑口大于10m，防止坑口地表風(fēng)向改變時，產(chǎn)生污風(fēng)倒灌巷道，形成較為穩(wěn)定的風(fēng)流循環(huán)系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)位置如圖1所示。

圖1 工作面通風(fēng)改造示

（2）壓出式風(fēng)機(jī)采用11kW排出污風(fēng)，壓入式風(fēng)機(jī)使用5.5kW送給工作面新鮮風(fēng)。風(fēng)筒直徑不小于?400mm，同時使壓入式風(fēng)量略小于壓出式風(fēng)量，以避免污風(fēng)產(chǎn)生局部循環(huán)。

（3）風(fēng)筒口布置時應(yīng)避免污風(fēng)循環(huán)，使壓入式風(fēng)筒吸風(fēng)口滯后于壓出式風(fēng)筒吸風(fēng)口15～30m。

（4）根據(jù)巷道通風(fēng)長度及風(fēng)量大小，壓出式風(fēng)機(jī)可使用多臺串聯(lián)接力。壓入式風(fēng)機(jī)一般使用1臺，壓出式風(fēng)筒吸風(fēng)口距工作面距離控制在200m以內(nèi)。本巷道使用1臺壓出式風(fēng)機(jī)，壓入式風(fēng)機(jī)送風(fēng)距離為50～100m。隨著工作面向前掘進(jìn)，視排煙情況可適當(dāng)調(diào)整，使2臺風(fēng)機(jī)盡可能靠近工作面。

（5）壓入式風(fēng)機(jī)出風(fēng)口距工作面距離應(yīng)小于10～15m，同時隨工作面掘進(jìn)向前移動出風(fēng)口，相應(yīng)接長壓入式風(fēng)筒。在許多實際工程中，通常情況下，為了避免爆破時產(chǎn)生的沖擊波和飛散的巖塊對風(fēng)筒破壞，風(fēng)筒口到工作面距離往往較遠(yuǎn)（一般為40m左右），不能及時有效地吹出工作面污濁氣體。因而，必須保證在工作面爆破后風(fēng)筒出風(fēng)口距工作面距離在風(fēng)流有效射程(4～5)（10～15m）之內(nèi)。而我部研制的新型高效通風(fēng)系統(tǒng)完全可以達(dá)到這一要求。該巷道首次安裝使用這一系統(tǒng)，控制風(fēng)筒伸縮的主機(jī)距工作面約40m，伸縮式風(fēng)筒伸長到位后出風(fēng)口距工作面約7m。

4 DT-1型高效通風(fēng)系統(tǒng)的組成及其性能

該系統(tǒng)可在距工作面40m以外的地方安裝，能使壓入式通風(fēng)風(fēng)筒出風(fēng)口在工作面爆破后自動推進(jìn)至工作面風(fēng)流有效射程范圍之內(nèi)（10m）的位置，從而保證工作面能得到有效風(fēng)流作用，稀釋、吹散炮煙和粉塵，不致出現(xiàn)渦流停滯區(qū)，使通風(fēng)時間控制在1h以內(nèi)，空氣質(zhì)量達(dá)到國家坑探規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，保障了井巷掘進(jìn)安全、順利、高效。

4.1 通風(fēng)系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)總體上主要由4大部分組成：固定裝置、軌道與風(fēng)筒運行裝置、伸縮式風(fēng)筒、自動控制與動力裝置。

4.1.1 固定裝置

采用伸縮式粗螺紋絲杠頂撐進(jìn)行固定，頂撐兩端可方便地緊頂在巷道左右壁面上，起穩(wěn)固風(fēng)筒運行軌道的作用，其抗爆能力強(qiáng)，靠工作面最近一根頂撐可安裝在距工作面4m的位置而不被爆破損壞，便于風(fēng)筒口接近工作面（見圖2）。根據(jù)需要，可采用不同長度系列的頂撐以適應(yīng)坑道斷面變化不定的規(guī)格要求。

圖2 軌道固定及行走裝置

4.1.2 軌道與風(fēng)筒運行裝置

以柔性鋼繩作為軌道，并通過固定器與頂撐裝置相連，軌道前后兩端通過緊繩器與頂撐相連，可使軌道繃緊保持平直，它是風(fēng)筒賴以伸縮滑動的軌道，導(dǎo)正器用來調(diào)整風(fēng)筒伸長時牽引力方向，可保證直行或拐彎，風(fēng)筒借以特制的行走滑輪可在軌道上自由行走（見圖2）。根據(jù)彎道轉(zhuǎn)角和牽引鋼繩下垂情況，可每隔5～10m安裝一套固定裝置，以使軌道平穩(wěn)過渡，適應(yīng)直道或彎道的具體要求。

4.1.3 伸縮式風(fēng)筒

使用密不透氣的優(yōu)質(zhì)輕柔布料作為風(fēng)筒材料，能可靠地實現(xiàn)伸縮。風(fēng)筒采用粘條以雙反邊形式進(jìn)行柔性連接，保證不漏風(fēng)，同時克服了普通風(fēng)筒鋼圈連接占用較大坑道空間的弊端。風(fēng)筒直徑制成?400mm規(guī)格，為方便使用，可做成5、10、20m等不同長度系列。

4.1.4 自動控制與動力裝置

控制風(fēng)筒伸縮及風(fēng)機(jī)的自動化控制系統(tǒng)，采用的是電動控制。在工作面點完炮后啟動自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)延時裝置延時至爆破結(jié)束后使風(fēng)筒自動向前推進(jìn)。它由“控制”和“牽引”2部分組成。牽引部分提供了風(fēng)筒前進(jìn)的動力。在彎道使用時，以導(dǎo)正輪調(diào)整拉力方向；控制部分能可靠地延時啟動卷揚(yáng)、風(fēng)筒到位自動停止、卷揚(yáng)延時停機(jī)、風(fēng)機(jī)延時啟動和停機(jī)功能。

整個系統(tǒng)設(shè)計配置了三套電氣自動化控制裝置：一套是配合正反轉(zhuǎn)電機(jī)（卷揚(yáng)）完成風(fēng)筒伸縮的電氣控制裝置，另外兩套是配合通風(fēng)機(jī)完成開啟、停止功能的電氣控制裝置。三套裝置通過時間繼電器實現(xiàn)聯(lián)動并分別使用220V和380V交流電源工作，以適應(yīng)風(fēng)筒伸縮正反轉(zhuǎn)卷揚(yáng)電機(jī)和通風(fēng)機(jī)的正常工作電壓，其工作原理如圖3所示。

圖3 電氣自動化控制系統(tǒng)工作原理方框圖

4.2 系統(tǒng)的主要性能

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)緊湊，運行穩(wěn)定，其主要技術(shù)性能如下：

（1）適用于斷面4m2左右獨頭巷道通風(fēng)，深度100m以上。

（2）機(jī)器重量：主機(jī)35kg（分體式），頂撐最大15kg，其它部件約0.5kg。

（3）延時范圍寬，啟動風(fēng)筒延時0～999s，啟動風(fēng)機(jī)延時0～999s，卷揚(yáng)主控柜停機(jī)延時0～999s，風(fēng)機(jī)停機(jī)延時0～99.9min。

（4）風(fēng)筒運行速度0.17m/s。

（5）可抵抗距工作面4m的爆破沖擊。

（6）彎道適用性好，適用于轉(zhuǎn)角小于45°的彎道。

（7）額定電壓：主機(jī)220V，風(fēng)機(jī)380V。

（8）整個裝置占用坑道空間小，裝卸容易，操作簡便。

5 通風(fēng)改造后的效果

該巷道通風(fēng)改造后，通過工作面正規(guī)作業(yè)循環(huán)觀測，通風(fēng)時間顯著縮短，巷道空氣質(zhì)量得到明顯改善，效果很好，通風(fēng)時間基本控制在1h之內(nèi)。經(jīng)儀器檢測工作面CO濃度變化情況見表1（渣堆未灑水除塵消煙前）。

表1 工作面CO濃度變化情況

6 結(jié)語

此次通風(fēng)改造，取得了圓滿成功，據(jù)階段性統(tǒng)計，日平均進(jìn)尺由原來的1.9m提高到2.7m，施工成本由原來的582元/m降為346元/m，施工單位領(lǐng)導(dǎo)、坑口施工人員及相關(guān)部門都給予了高度評價。通過通風(fēng)改造不但有效改善了整個巷道的空氣質(zhì)量，對防止炮煙中毒事故的發(fā)生起到積極作用，同時縮短了施工時間，提高了掘進(jìn)工效，降低了單位成本。

[1]汪德淇.礦井通風(fēng)防塵[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1994.

[2]陳際福，黃志強(qiáng).掘進(jìn)工程（第二分冊）[M].北京:地質(zhì)出版社, 1994.

[3]吳立，閆天俊.鑿巖爆破[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2004.

[4]劉殿中.工程爆破手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.

[5]冶金地下礦山安全規(guī)程[S].(90)冶金環(huán)字第293號.

[6]機(jī)械設(shè)計手冊編委會.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1983.

表5 －500m水平南、北翼正常涌水量計算參數(shù)及結(jié)果表

南北兩翼分別預(yù)算前期開采-500m水平末期涌水量，計算預(yù)測-500m水平開采末期正常涌水量為：北翼正常涌水量560m3/h，最大涌水量1120m3/h，南翼正常涌水量90m3/h，最大涌水量180m3/h，以上均不包括老窯、斷層、巖溶等突水時的瞬時潰入量。

3 結(jié)束語

井田下二疊系茅口灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育較強(qiáng)，位于主要可采煤層2煤層之下，與2煤層之間只有厚0～16.55m的泥巖，該泥巖不能起到良好的隔水作用，井田屬于底板充水的以溶洞為主的巖溶充水礦床，井田整體水文地質(zhì)條件屬于復(fù)雜類型。今后礦山建井和開采過程中，必須進(jìn)行專門的水文地質(zhì)勘查工作，配備專門的水文地質(zhì)工作人員，系統(tǒng)收集水文資料，進(jìn)一步查明二疊系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r的巖溶發(fā)育規(guī)律、斷層的富水導(dǎo)水特征及區(qū)段的水文地質(zhì)條件，及時調(diào)整礦井涌水量的預(yù)算，為礦山開采提供可靠的水文地質(zhì)資料。

參考文獻(xiàn)：

[1]湖南省煤田地質(zhì)局第六勘探隊.湖南省湘潭縣楊家橋礦區(qū)王家山井田煤炭詳查報告[R].2014.

[2]煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評價標(biāo)準(zhǔn)[M].

TheApplication of High Efficient Ventilation System on Ventilation Reform Design Project of One Open End Tunnel in Inner Mongolia Hulalin MiningArea

WANG Jian-wu
(The Armed Police Gold Command Teach Brigade,Xiangyang Hubei 441002,China)

According to the actual problems in heading face ventilation of one open end tunnel in Inner Mongolia Hulalin mining area,the paper discusses the performance and application situation of the high efficient ventilation system,finds a way to solve the difficulties restricting the heading face ventilation effect of one open end tunnel in the mining area.

high efficient ventilation system；one open end tunnel；ventilation reform

TD72

B

1004-5716(2015)03-0179-04

2014-03-06

王劍武（1966-），男（漢族），河南洛陽人，副教授，現(xiàn)從事探礦工程與控制爆破工程的教學(xué)與研究工作。