喬建德

(山西汾西中興煤業(yè)有限責(zé)任公司, 山西 交城 030500)

近些年來，隨著大型采掘設(shè)備應(yīng)用推廣，采掘工作面設(shè)計走向長度不斷增加且巷道掘進(jìn)斷面積也隨之增大。山西某礦3200支架專用運輸巷沿著開采2號煤層底板掘進(jìn)，巷道設(shè)計掘進(jìn)長度為4 890 m，掘進(jìn)寬度及高度分別為6.0 m、5.8 m，如何實現(xiàn)3506運輸巷高效通風(fēng)是巷道掘進(jìn)期間需要重點解決問題?，F(xiàn)階段長距離巷道常用的通風(fēng)技術(shù)方法包括[1-6]：

1) 風(fēng)機(jī)+長距離柔性風(fēng)筒方式，采用的風(fēng)機(jī)功率超過2×30 kW，配套使用的風(fēng)筒直徑超過1 000 mm；

2) 采用局部通風(fēng)機(jī)串聯(lián)通風(fēng)，解決通風(fēng)機(jī)選擇困難問題；

3) 局部通風(fēng)機(jī)并聯(lián)通風(fēng)，可避免風(fēng)筒在風(fēng)壓作用下出現(xiàn)破裂問題，同時降低風(fēng)筒漏風(fēng)率；

4) 通過構(gòu)筑風(fēng)庫向掘進(jìn)迎頭供風(fēng)，風(fēng)庫采用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，在風(fēng)庫內(nèi)布置局部通風(fēng)機(jī)向掘進(jìn)迎頭供風(fēng)；

5) 從地面向井下施工鉆孔作為通風(fēng)通道，為掘進(jìn)迎頭供風(fēng)；

6) 兩平行巷道掘進(jìn)時，在兩巷道間布置聯(lián)絡(luò)巷并形成全負(fù)壓通風(fēng)，在進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)布置局部通風(fēng)機(jī)為掘進(jìn)迎頭供風(fēng)。

該礦在分析上述通風(fēng)方式優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，結(jié)合3200支架專用運輸巷通風(fēng)需要，提出采用大功率局部通風(fēng)機(jī)+大直徑柔性風(fēng)筒對掘進(jìn)供風(fēng)，解決了長距離掘進(jìn)巷道通風(fēng)困難問題。

1 工程概況

山西某礦產(chǎn)能達(dá)到600萬t/a，采用斜井+平硐開拓方式。現(xiàn)生產(chǎn)集中在2號、3號煤層，2號、3號煤層原始瓦斯含量分別為2.3 m3/t、2.8 m3/t，煤層自燃發(fā)火傾向性均為Ⅱ類。

3盤區(qū)內(nèi)布置9個綜采工作面開采，采面均回采2號煤層，回采范圍內(nèi)煤層厚度均5.8 m，采用大采高綜采工藝。由于盤區(qū)內(nèi)綜采面液壓支架尺寸較大，為提高運輸效率，液壓支架均采用3200支架專用運輸巷運行運輸，具體3200支架專用運輸巷布置見圖1。巷道采用MB670掘錨機(jī)掘進(jìn)，斷面為矩形。

圖1 3200支架專用運輸巷布置示意

2 長距離掘進(jìn)巷道通風(fēng)分析

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)布置

3200支架專用運輸巷采用壓入式通風(fēng)，將局部通風(fēng)機(jī)布置在3200支架專用運輸巷靠近在運輸大巷開口位置，具體巷道通風(fēng)系統(tǒng)見圖2。巷道掘進(jìn)迎頭污風(fēng)流動路線為：3200支架專用運輸巷—3201輔助回風(fēng)巷—3盤區(qū)回風(fēng)巷—南翼回風(fēng)大巷—回風(fēng)井。

圖2 巷道通風(fēng)路線圖

2.2 掘進(jìn)巷道需風(fēng)量確定

3200支架專用運輸巷掘進(jìn)期間當(dāng)班作業(yè)人員人數(shù)最多為45人，掘進(jìn)期間巷道瓦斯涌出量為0.17 m3/min，同時運輸采用2臺防爆柴油機(jī)車，單臺機(jī)車功率為45 kW。按照相關(guān)要求對3200支架專用運輸巷掘進(jìn)時需風(fēng)量進(jìn)行計算，具體計算結(jié)果見表1。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，煤巷掘進(jìn)時工作面內(nèi)最低風(fēng)速應(yīng)不小于0.25 m/s，3200支架專用運輸巷寬、巷高分別為6.0 m、5.8 m，則最低通風(fēng)風(fēng)量Qmin=522 m3/min。綜合上述計算結(jié)果并結(jié)合表1數(shù)據(jù)得出，3200支架專用運輸巷掘進(jìn)時供風(fēng)量Q出應(yīng)控制在540 m3/min以上。

表1 掘進(jìn)巷道風(fēng)量計算結(jié)果 m3/min

2.3 柔性風(fēng)筒風(fēng)阻計算及局部通風(fēng)機(jī)選型

3200支架專用運輸巷用柔性風(fēng)筒供風(fēng)，在通風(fēng)時風(fēng)阻由局部風(fēng)阻和摩擦風(fēng)阻兩部分構(gòu)成，其中局部風(fēng)阻包括風(fēng)筒拐彎以及接頭處局部風(fēng)阻。3200支架專用運輸巷為直巷，局部通風(fēng)時拐彎引起的局部風(fēng)阻可忽略不計，因此巷道通風(fēng)時風(fēng)筒風(fēng)阻由摩擦風(fēng)阻(R1)和風(fēng)筒接口處局部風(fēng)阻(R2)構(gòu)成，具體可通過公式(1)、(2)、(3)計算[7-9]：

R=R1+R2

(1)

(2)

(3)

其中：R1、R2分別為風(fēng)筒摩擦風(fēng)阻及局部風(fēng)阻，N·s2/m8；α為柔性風(fēng)筒摩擦系數(shù)，N·s2/m8；L為柔性風(fēng)筒長度，m;U為風(fēng)筒外徑周長，m；S為柔性風(fēng)筒斷面積，m2;n為風(fēng)筒接口數(shù)；ε為柔性風(fēng)筒接口處局部通風(fēng)阻力系數(shù)；ρ為通風(fēng)空氣密度，kg/m3。

根據(jù)現(xiàn)場條件，取L=5 430 m、S=1.13 m2、U=3.77 m、n=534、ε=0.035、α=28×10-4N·s2/m8、ρ=1.2 kg/m3，將上述參數(shù)帶入公式(1)～(3)即可求得R=47.84 N·s2/m8。巷道通風(fēng)使用的柔性風(fēng)筒接頭類型為雙方便對接，風(fēng)筒百米漏風(fēng)率η100=0.6%，風(fēng)筒鋪設(shè)總長度L=5 430 m，則通風(fēng)期間風(fēng)筒漏風(fēng)率η計算公式為：

η=η100L/100

(4)

計算得η=32.58%.局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處風(fēng)量Q進(jìn)=Q出/(1-η)=795 m3/min。根據(jù)巷道供風(fēng)需要，選擇局部通風(fēng)機(jī)為FBDYN07.5(2×55 kW)，該風(fēng)機(jī)供風(fēng)量為680～980 m3/min，供風(fēng)風(fēng)壓為1 400～6 500 Pa。具體該局部通風(fēng)機(jī)工況點及運行參數(shù)見圖3。

圖3 局部通風(fēng)機(jī)工況點及運行參數(shù)

3 現(xiàn)場應(yīng)用分析

3.1 安全保障措施

1) 通過變頻調(diào)速調(diào)整輸入到電機(jī)電流頻率，使得局部通風(fēng)機(jī)處于最佳工況點。通過變頻系統(tǒng)可實時監(jiān)控局部通風(fēng)機(jī)工作參數(shù)，以便根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，若在掘進(jìn)前期通風(fēng)距離小，可適當(dāng)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，在滿足通風(fēng)基礎(chǔ)上降低電機(jī)能耗；在掘進(jìn)后期通風(fēng)路線長、柔性風(fēng)筒漏風(fēng)量大，局部通風(fēng)機(jī)需要提供更大風(fēng)量，因此可通過變頻系統(tǒng)適當(dāng)增加鉆機(jī)轉(zhuǎn)速，增大供風(fēng)量。

2) 通風(fēng)采用雙邊柔性風(fēng)筒，筒徑1 200 mm。在風(fēng)筒內(nèi)部粘貼一層風(fēng)筒布覆蓋針眼，以便減少通風(fēng)期間漏風(fēng)量。每天安排專人對柔性風(fēng)筒進(jìn)行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時及時上報并處理，確保風(fēng)筒始終處于完好狀態(tài)。

3) 安排專人對局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)并實現(xiàn)“三專兩閉鎖”，提升局部通風(fēng)機(jī)運行保障能力；在靠近迎頭的第二節(jié)風(fēng)筒側(cè)布置風(fēng)速傳感器，當(dāng)發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)迎頭風(fēng)量不足或者出現(xiàn)停風(fēng)時會立即發(fā)出報警信號。

4) 在巷道內(nèi)配備有應(yīng)急壓風(fēng)自救器、無軌膠輪車，當(dāng)巷道內(nèi)出現(xiàn)微風(fēng)或者無風(fēng)等情況時，巷道內(nèi)作業(yè)人員通過乘車可在10 min內(nèi)全部撤離，提高應(yīng)急安全保障能力。

5) 在掘進(jìn)巷道內(nèi)，布置各類噴霧降塵系統(tǒng)，有效降低巷道內(nèi)粉塵濃度，改善巷道內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。

3.2 通風(fēng)效果

在巷道掘進(jìn)初期，變頻送輸出電流頻率為26.4 Hz，此時局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量為620 m3/min、風(fēng)筒出風(fēng)口風(fēng)量為612 m3/min，掘進(jìn)迎頭風(fēng)速0.29 m/s，可滿足巷道掘進(jìn)需要。巷道掘進(jìn)到位后，局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量、風(fēng)筒出風(fēng)量分別為836 m3/min、540 m3/min，使用的大直徑柔性風(fēng)筒百米漏風(fēng)率為0.66%，迎頭供風(fēng)量可滿足需要。具體巷道通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 巷道通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié) 語

1) 3200支架專用運輸巷掘進(jìn)長度為5 430 m，在巷道掘進(jìn)過程中采用大功率局部通風(fēng)機(jī)(型號FBDYNo7.5、電機(jī)功率2×55 kW)、配合柔性風(fēng)筒(筒徑1 200 mm)為巷道迎頭供風(fēng)。在生產(chǎn)過程中，此種供風(fēng)方式可滿足巷道掘進(jìn)需要，目前該巷道已順利完成掘進(jìn)。巷道掘進(jìn)時，通過采用變頻控制系統(tǒng)，可依據(jù)掘進(jìn)進(jìn)尺以及現(xiàn)場通風(fēng)需要，調(diào)節(jié)局部通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，不僅可滿足掘進(jìn)通風(fēng)需求而且可降低能耗。

2) 在巷道長距離供風(fēng)時，確保柔性風(fēng)筒可靠運行是實現(xiàn)高效通風(fēng)的基礎(chǔ)保障。在通風(fēng)過程中風(fēng)筒高壓位置墊襯墊，避免出現(xiàn)漏風(fēng)；風(fēng)筒按照要求懸掛，降低通風(fēng)風(fēng)阻；安排專人對風(fēng)筒進(jìn)行巡檢，確保風(fēng)筒始終處于完好工作狀態(tài)。