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        單巷掘進(jìn)長距離通風(fēng)應(yīng)用研究

        2017-11-13 06:44:42何明杰呼俊鳳
        中國煤炭 2017年10期
        關(guān)鍵詞:壓入風(fēng)巷風(fēng)筒

        楊 帆 何明杰 呼俊鳳

        (1.中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司煤炭分公司葫蘆素煤礦,內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市,017000;2.中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司化工分公司,內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市,017000)

        ★ 煤礦安全 ★

        單巷掘進(jìn)長距離通風(fēng)應(yīng)用研究

        楊 帆1何明杰1呼俊鳳2

        (1.中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司煤炭分公司葫蘆素煤礦,內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市,017000;2.中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司化工分公司,內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市,017000)

        針對葫蘆素煤礦21204首采工作面現(xiàn)場實際情況,分析了當(dāng)前巷道布置方式的利弊,通過單巷掘進(jìn)長距離通風(fēng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)分析,成功設(shè)計并實現(xiàn)了單巷掘進(jìn)4750 m壓入式通風(fēng),解決了長距離通風(fēng)風(fēng)阻大、風(fēng)筒易脫節(jié)、地溫高等問題,為單巷掘進(jìn)長距離通風(fēng)推廣應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗。

        單巷掘進(jìn) 長距離通風(fēng) 風(fēng)機選型

        1 施工背景

        葫蘆素煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力13.0 Mt/a,礦井絕對涌出量為1.07 m3/min,現(xiàn)開采2-1煤層,煤層平均厚度為2.71 m。21204工作面為2-1煤層西翼二盤區(qū)首采工作面,采用雙巷布置,巷道設(shè)計長度為5851.7 m。通風(fēng)方式采用雙巷掘進(jìn)壓入式通風(fēng),局部通風(fēng)機型號為FBDNo.7.1/2×37 kW,風(fēng)筒直徑800 mm。但在實際施工過程中出現(xiàn)以下問題: 21204副回風(fēng)巷是西翼二盤區(qū)首采工作面回采巷道,同時也是21203工作面輔運巷,兼做21204工作面副回風(fēng)巷,考慮掘進(jìn)期間通風(fēng)距離、運輸系統(tǒng)等制約,21204副回風(fēng)巷與21204回風(fēng)巷設(shè)計為雙巷掘進(jìn)。21204副回風(fēng)巷對于21204工作面綜采安裝、回采、回撤設(shè)備等并無重要用途,且21203工作面受地質(zhì)因素制約暫不開采,提前施工閑置時間長,管理費用高,安全隱患大;工作面回采期間,21204副回風(fēng)巷受二次采動影響,巷道變形大、維護費用高;21204工作面回風(fēng)巷施工至1360 m處揭露F12正斷層,F(xiàn)12斷層傾向為358°,∠62°,落差為22 m。綜合考慮首采工作面的布置、經(jīng)濟效益及地質(zhì)情況等多方面因素,副回風(fēng)巷施工至1300 m停止掘進(jìn),21204回風(fēng)巷剩余4551.7 m變?yōu)閱蜗锞蜻M(jìn),21204回風(fēng)巷掘進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)布置如圖1所示。

        圖1 21204回風(fēng)巷掘進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)圖

        長距離單巷快速掘進(jìn)是高產(chǎn)高效礦井的一個創(chuàng)新發(fā)展方向,但施工期間巷道內(nèi)有害氣體的稀釋、通風(fēng)散熱、粉塵的擴散均離不開充足的風(fēng)量,如何有效避免長距離通風(fēng)中風(fēng)阻大、漏風(fēng)嚴(yán)重、風(fēng)量不足、有害氣體超標(biāo)、溫度超限等問題成為現(xiàn)場應(yīng)用過程中面臨的主要問題。

        目前,國內(nèi)在長距離通風(fēng)應(yīng)用領(lǐng)域已有初步探索,如同煤集團同忻煤礦嘗試了接力通風(fēng)方式,大柳塔煤礦探索的壓入抽出混合通風(fēng)方式,隧道施工中研究過一站式通風(fēng)方式。對比通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟效益,葫蘆素煤礦最終決定采用一站式通風(fēng)方式,即選用單風(fēng)機大風(fēng)筒壓入式通風(fēng)。

        2 21204回風(fēng)巷通風(fēng)系統(tǒng)選型

        2.1 風(fēng)量計算

        根據(jù)CH4、CO2絕對涌出量、掘進(jìn)工作面同時工作的最多人數(shù)、同時運行膠輪車功率等參數(shù)分別對21204主回風(fēng)巷進(jìn)行需風(fēng)量計算,結(jié)果見表1,可得掘進(jìn)工作面最大需風(fēng)量為520 m3/min。

        表1 21204主回風(fēng)巷風(fēng)量計算

        2.2 風(fēng)機、風(fēng)筒選型

        2.2.1 局部通風(fēng)機吸風(fēng)量計算

        式中:P100——風(fēng)筒百米漏風(fēng)率,%;

        L——風(fēng)筒長度,m;

        k——漏風(fēng)備用系數(shù);

        Qf——通風(fēng)機吸風(fēng)量,m3/min;

        Qa——工作面需風(fēng)量,m3/min。

        考慮到單巷掘進(jìn)距離、風(fēng)機布置位置及切眼施工等因素,通風(fēng)距離約為5000 m,故供風(fēng)距離取5000 m,依據(jù)風(fēng)筒漏風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn),本次風(fēng)筒采用雙反壓邊接口,漏風(fēng)率小,故取經(jīng)驗值0.6%。由表1可得工作面需風(fēng)量Qa為520 m3/min,將相關(guān)參數(shù)代入式(1)、(2),得k=1.43,Qf=743.6 m3/min。

        2.2.2 風(fēng)阻計算

        通風(fēng)阻力包含摩擦阻力和局部阻力兩個方面,主要由風(fēng)筒的直徑、接頭方式、通風(fēng)距離、風(fēng)筒接口個數(shù)、拐彎個數(shù)、風(fēng)筒的材質(zhì)等決定。依據(jù)下式計算總風(fēng)阻R、局部通風(fēng)機工作風(fēng)壓ht:

        式中:R——風(fēng)筒阻力,N·s2·m-8;

        α——摩擦阻力系數(shù),N·s2·m-4;

        ζj——接口阻力系數(shù),取經(jīng)驗值0.1;

        n——風(fēng)筒節(jié)數(shù);

        ζr——拐彎局部阻力系數(shù),按90°拐彎計算,每一個拐彎取經(jīng)驗值1.25;

        ρ——密度,取1.2 kg/m3;

        S——風(fēng)筒斷面積,m2;

        ht——局部通風(fēng)機風(fēng)壓,Pa。

        各參數(shù)及計算結(jié)果詳見表2。

        表2 風(fēng)筒選型計算

        2.2.3 局部通風(fēng)機選型

        由表2可知,風(fēng)筒直徑越大,接頭越少,通風(fēng)阻力越小,越經(jīng)濟合理,故選取直徑1200 mm、長度20 m/節(jié)的風(fēng)筒,總風(fēng)阻為53.72(N·s2)/m8,局部通風(fēng)機工作風(fēng)壓為5770 Pa。針對5000 m長距離掘進(jìn)通風(fēng)問題,為滿足掘進(jìn)工作面排塵和降溫的迫切需求,借鑒相關(guān)煤礦已取得的經(jīng)驗,選用FBDNo.8.0/2×75 kW局部通風(fēng)機,可以滿足文中對功率、吸風(fēng)量、風(fēng)壓等參數(shù)的要求。其主要技術(shù)參數(shù):功率為2×75 kW;額定轉(zhuǎn)速為2950 r/min;風(fēng)壓為1280~8000 Pa;吸風(fēng)量為600~1000 m3/min;最高全壓效率≥80%;比A 聲級Lsa≤25 dB。

        2.2.4 通風(fēng)機、風(fēng)筒布置方式

        受巷道尺寸、風(fēng)筒直徑及輔助運輸制約,為保護風(fēng)筒免遭膠輪車刮蹭,通風(fēng)機布置在21204副回風(fēng)巷6聯(lián)巷口前15 m,風(fēng)筒在6聯(lián)巷跨巷后延伸至工作面,見圖1。

        3 實踐應(yīng)用

        目前,礦井掘進(jìn)通風(fēng)廣泛采用柔性風(fēng)筒正壓通風(fēng),極限通風(fēng)距離一般在2000 m,面對現(xiàn)有通風(fēng)技術(shù)的瓶頸,葫蘆素煤礦著重從增大風(fēng)壓、降低風(fēng)阻及加強日常通風(fēng)管理3個方面著力,探索單巷快速掘進(jìn)長距離供風(fēng)現(xiàn)場推廣應(yīng)用。

        (1)選用75 kW大功率通風(fēng)機壓入式通風(fēng),大幅提高了工作面風(fēng)壓,從源頭上增大了風(fēng)量,避免了混合式通風(fēng)與接力通風(fēng)存在的不足,通風(fēng)系統(tǒng)更簡單、更經(jīng)濟。

        (2)掘進(jìn)通風(fēng)的風(fēng)阻主要受空氣與風(fēng)筒的摩擦阻力及三叉、拐彎、變徑、接口處的局部風(fēng)阻影響?,F(xiàn)場實踐中主要從以下兩方面著手減少風(fēng)阻:降低摩擦阻力,摩擦阻力與風(fēng)筒直徑的5次方成反比,將原有的800 mm風(fēng)筒換為1200 mm的大直徑風(fēng)筒,摩擦阻力降低了86.8%;加強三叉、拐彎、變徑處的通風(fēng)管理,三叉、拐彎處均采用定做剛性風(fēng)筒替代柔性風(fēng)筒,過渡圓滑、平順,減少風(fēng)筒變徑的次數(shù);風(fēng)筒接口處吊掛平直,風(fēng)筒采用?6 mm鋼絲繩拉線吊掛,杜絕打死彎,從而降低局部風(fēng)阻。

        (3)風(fēng)筒漏風(fēng)是供風(fēng)量損耗的主要原因,因此防漏風(fēng)是日常通風(fēng)管理的重中之重。首先,漏風(fēng)多發(fā)生在風(fēng)筒的接口處,施工中采用雙反壓邊方式對接風(fēng)筒并安裝風(fēng)筒接口器,將每一個接口處漏風(fēng)量降到最小;其次,減少風(fēng)筒接口數(shù)量,將風(fēng)筒長度增加到20 m/節(jié)。加強風(fēng)筒破損口的修補、維護,注重風(fēng)筒的防護。

        (4)采用大功率局部通風(fēng)機配合變頻技術(shù),成功解決長距離供風(fēng)中風(fēng)筒易脫節(jié)、損壞、漏風(fēng)等問題,大幅減緩局部通風(fēng)機啟動、切換帶來的沖擊,保證穩(wěn)定、可靠的通風(fēng)安全。

        根據(jù)葫蘆素煤礦21204主回風(fēng)巷單巷長距離通風(fēng)方式與21103主運巷雙巷掘進(jìn)壓入式通風(fēng)方式現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),對比單巷長距離通風(fēng)與雙巷掘進(jìn)壓入式通風(fēng)方式的通風(fēng)效果,在達(dá)到最大通風(fēng)距離時,各參數(shù)見表3。由表3可以看出,單巷長距離壓入式通風(fēng)工作面風(fēng)量為645 m3/min,溫度24.5℃,通風(fēng)效果更優(yōu)。

        表3 單巷長距離通風(fēng)與雙巷掘進(jìn)通風(fēng)困難時期效果對比

        4 結(jié)論

        (1)實踐證明,單通風(fēng)機大風(fēng)筒長距離壓入式通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、管理方便、經(jīng)濟可行,無需隨工作面推進(jìn)頻繁調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng),能夠解決單巷快速掘進(jìn)的通風(fēng)問題。

        (2)刷新了柔性風(fēng)筒通風(fēng)距離記錄,單巷掘進(jìn)距離大幅提升,達(dá)到了4750 m。 為煤礦優(yōu)化巷道布置、科學(xué)組織施工提供了廣闊空間。

        (3)在長距離供風(fēng)的技術(shù)保障下,保證了首采工作面按時投產(chǎn),累計優(yōu)化巷道4951.7 m,節(jié)約投資資金約3000萬元。

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        Studyonlongdistancesingletunnelingventilationapplication

        Yang Fan1, He Mingjie1, Hu Junfeng2

        (1. Hulusu Mine, Mining Branch of Zhongtianhechuan Energy Co., Ltd., Ordos, Inner Mongolia 017000, China; 2. Chemistry Branch of Zhongtianhechuan Energy Co., Ltd., Ordos, Inner Mongolia 017000, China)

        Aiming at the actual situation of 21204 work face of Hulusu Mine, analyzed the advantages and disadvantages of the current roadway layout, through the analysis of key technical indexes of single tunneling long distance ventilation, successfully designed and implemented 4750 meter forced ventilation of single tunneling, solving problems such as high wind resistance when ventilating for long distance, easy disconnection, high ground temperature, provided valuable experience for single tunneling long distance ventilation application.

        single tunneling, long distance ventilation, fan selection

        楊帆,何明杰,呼俊鳳.單巷掘進(jìn)長距離通風(fēng)應(yīng)用研究[J].中國煤炭,2017,43(10):128-131.

        Yang Fan, He Mingjie, Hu Junfeng. Study on long distance single tunneling ventilation application [J]. China Coal, 2017,43(10):128-131.

        TD724

        A

        楊帆 (1986-),男,內(nèi)蒙古鄂爾多斯市人,碩士研究生,中級工程師,從事采礦工程方面技術(shù)管理工作。

        (責(zé)任編輯 張艷華)

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