白素珍

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046699）

引言

煤礦機(jī)械的發(fā)展提高了掘進(jìn)工作面長度和掘進(jìn)速度，同時(shí)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的性能提出了更高要求[1-2]。技術(shù)先進(jìn)的局部通風(fēng)技術(shù)層出不窮，如單巷單風(fēng)機(jī)壓入式、通風(fēng)機(jī)間隔串聯(lián)、通風(fēng)機(jī)并聯(lián)等，在煤礦掘進(jìn)工作面均已取得了較好的應(yīng)用效果，為煤礦局部通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了重要參考[3]。某煤礦掘進(jìn)工作面采煤時(shí)隨掘進(jìn)速度的加快，有效風(fēng)量出現(xiàn)了下降，出現(xiàn)了不能滿足掘進(jìn)工作面需風(fēng)量的問題，需對(duì)其局部通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 掘進(jìn)工作面概況

某煤礦正在采掘的煤層開采方式為綜采，掘進(jìn)通風(fēng)的距離范圍為1 500～2 000 m，工作面巷道斷面約為20 m2，長度走向?yàn)? 000 m，高出地面標(biāo)高為

1 064 m 左右。煤層全井田可開采，煤層的厚度范圍為3.15～4.03 m，平均厚度約為3.5 m，厚度差異性較小，變化存在一定的規(guī)律性。煤層結(jié)構(gòu)組成簡單，不含夾矸，僅局部位置存在1～2 層，巖性以砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，厚度范圍為0～0.90 m，平均厚度為0.28 m，屬于穩(wěn)定煤層。掘進(jìn)工作面需風(fēng)量較大，當(dāng)前局部通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)有效風(fēng)量不能滿足掘進(jìn)工作面需風(fēng)量的問題，工作面有害氣體超限等，導(dǎo)致煤炭采掘工作無法安全高效運(yùn)行，威脅著井下作業(yè)人員的人身安全。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 局部通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)

針對(duì)該煤礦綜掘工作面開展局部通風(fēng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，要求工作面新的局部通風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足年運(yùn)行時(shí)間不小于330 d，三班倒生產(chǎn)，每班時(shí)間為8 h。綜掘工作面采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)方法，綜掘機(jī)型號(hào)為EQJ-20，生產(chǎn)能力為0.126 Mt/年。

2.2 通風(fēng)方案

分析該煤礦掘進(jìn)通風(fēng)情況得出以下結(jié)論，巷道斷面尺寸大且通風(fēng)距離長，對(duì)于巷道通風(fēng)風(fēng)速的要求較高。綜掘工作面煤層為全井田可采，煤層厚度平均值為3.53 m，波動(dòng)范圍較小，結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定。依據(jù)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)及局部通風(fēng)系統(tǒng)的新要求，擬定出兩套局部通風(fēng)系統(tǒng)方案。

2.2.1 局部通風(fēng)方案I

綜掘工作面采用單巷掘進(jìn)，進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷共用。獨(dú)頭巷位置的通風(fēng)距離長達(dá)2 000 m，需要選擇功率較大的局部通風(fēng)機(jī)，配置直徑尺寸合適的風(fēng)筒，能夠?qū)崿F(xiàn)綜掘工作面和獨(dú)頭巷道內(nèi)的瓦斯氣體濃度低于1%，確保巷道內(nèi)部人員設(shè)備的安全可靠工作。但是方案中的進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷共用同一巷道，回風(fēng)過程中會(huì)污染進(jìn)風(fēng)的質(zhì)量，不利于井下礦工的身體健康。與此同時(shí)，隨著綜掘工作面長度的增大，風(fēng)筒維護(hù)和管理越來越困難，極易出現(xiàn)因風(fēng)速過大撕裂風(fēng)筒的問題，給安全掘進(jìn)帶來隱患。

2.2.2 局部通風(fēng)方案II

綜掘工作面采用雙巷平行掘進(jìn)，全風(fēng)壓與局部通風(fēng)機(jī)相結(jié)合運(yùn)行。該方案能夠充分發(fā)揮當(dāng)前綜掘工作面設(shè)備的作業(yè)能力，為全風(fēng)壓通風(fēng)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件。雙巷道之間每隔約55 m 設(shè)置一個(gè)封閉或未封閉的聯(lián)絡(luò)巷，即可形成一巷進(jìn)風(fēng)一巷回風(fēng)的全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，如下頁圖1 所示。局部通風(fēng)機(jī)布置在進(jìn)風(fēng)巷中，隨聯(lián)絡(luò)巷的前移而推進(jìn)，大大縮短了局部通風(fēng)的距離，適合大斷面長距離綜掘作業(yè)的通風(fēng)要求。局部通風(fēng)系統(tǒng)效果的好壞與聯(lián)絡(luò)巷密閉情況息息相關(guān)，需要嚴(yán)格控制密閉設(shè)施的跟進(jìn)工作，保證全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)的形成與穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)密封設(shè)施的施工質(zhì)量要求較高，以便控制聯(lián)絡(luò)巷的漏風(fēng)量，避免出現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)不足而導(dǎo)致循環(huán)風(fēng)現(xiàn)象。

圖1 雙巷平行掘進(jìn)示意圖

2.3 局部通風(fēng)系統(tǒng)方案優(yōu)選

從安全性和技術(shù)性角度出發(fā)對(duì)比分析兩種局部通風(fēng)系統(tǒng)方案，分析結(jié)果如表1 所示。由表1 可以看出，方案II的實(shí)施技術(shù)難度較小、后期風(fēng)筒維護(hù)工作量低、風(fēng)筒的通風(fēng)阻力較小，可見方案II 優(yōu)于方案I。從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)方案II 需要多掘進(jìn)一條巷道，成本相對(duì)高一些，但是方案II的后期維護(hù)投入較小，同時(shí)掘進(jìn)的回風(fēng)巷也能作為下一工作面的回風(fēng)巷使用?？偵纤?，綜掘工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)選擇方案II 較為合理。

表1 局部通風(fēng)系統(tǒng)方案分析結(jié)果

3 局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 通風(fēng)設(shè)備選型

結(jié)合某煤礦原有局部通風(fēng)系統(tǒng)的限制，繼續(xù)使用已有對(duì)旋式FBCDZ6.3/2×30kW的局部通風(fēng)機(jī)，具體風(fēng)機(jī)參數(shù)如表2 所示。采用8 臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)，按其額定風(fēng)量和風(fēng)壓，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場瓦斯涌出的現(xiàn)狀，足以滿足綜掘工作面的安全生產(chǎn)要求，同時(shí)還大大降低了局部通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。

表2 局部通風(fēng)機(jī)參數(shù)

3.2 風(fēng)筒選型

風(fēng)筒選擇時(shí)需要考慮漏風(fēng)量、風(fēng)阻、使用便捷、成本低廉等因素，選擇柔性膠質(zhì)阻燃材質(zhì)的風(fēng)管。根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓，選擇規(guī)格為Φ800 mm×10 m的特質(zhì)風(fēng)筒，具體性能參數(shù)如表3 所示，滿足綜掘工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)的要求。

表3 風(fēng)管性能參數(shù)

3.3 控制功能

局部通風(fēng)系統(tǒng)所使用的通風(fēng)機(jī)能夠根據(jù)綜掘工作面通風(fēng)量需求自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出風(fēng)量、風(fēng)壓等，當(dāng)綜掘工作面內(nèi)瓦斯含量超標(biāo)時(shí)，可以手動(dòng)或者自動(dòng)進(jìn)行大功率瓦斯排放，避免瓦斯事故發(fā)生。局部通風(fēng)系統(tǒng)采用了“雙電源、雙風(fēng)機(jī)”模式，并且能夠自動(dòng)進(jìn)行功能切換，確保局部通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證綜掘工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果，將其投入綜掘工作面的局部通風(fēng)工作中并進(jìn)行了為期半年的跟蹤記錄。應(yīng)用結(jié)果表明，改進(jìn)后的局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。相較于綜掘工作面原局部通風(fēng)系統(tǒng)，改進(jìn)后的局部通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用縮短了通風(fēng)巷道長度，降低了局部通風(fēng)機(jī)的能耗，保證了綜掘工作面的快速、安全、高效的掘進(jìn)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，改進(jìn)后的通風(fēng)系統(tǒng)的有效風(fēng)量率高達(dá)93%，提升了約27.6%；風(fēng)機(jī)裝置效率為67.5%，提升了22.2%，取得了很好的應(yīng)用效果。