薛昌盛

（晉能控股集團(tuán)寺河礦， 山西 晉城 048400）

引言

目前我國(guó)煤礦井下開采作業(yè)過(guò)程中通過(guò)使用通風(fēng)機(jī)對(duì)作業(yè)面進(jìn)行通風(fēng)，目的是有效地保證風(fēng)量要求。在實(shí)際的操作過(guò)程中，一些煤礦井下通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)口是在某個(gè)固定的位置，無(wú)法對(duì)其通風(fēng)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，所以采用該通風(fēng)機(jī)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一定的弊端，從而無(wú)法滿足當(dāng)前不同巷道的通風(fēng)需求。此外，傳統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)在工作的過(guò)程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)通風(fēng)口堵塞的現(xiàn)象，而且通風(fēng)口出現(xiàn)堵塞以后不容易被檢查出，造成在通風(fēng)口處瓦斯的含量較高，在生產(chǎn)過(guò)程中帶來(lái)安全方面的問(wèn)題，因此，面對(duì)通風(fēng)機(jī)在工作過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的以上問(wèn)題，對(duì)煤礦局部通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)方式進(jìn)行分析研究，最終設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)νL(fēng)機(jī)通風(fēng)角度進(jìn)行控制的設(shè)備并進(jìn)行分析。

1 局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式

1）壓入式通風(fēng)。如圖1-1 所示，在煤礦作業(yè)巷道進(jìn)風(fēng)側(cè)安裝有局部通風(fēng)機(jī)，距離進(jìn)風(fēng)側(cè)約10 m 的位置處，通風(fēng)機(jī)的工作原理是通過(guò)將新鮮的空氣吸入風(fēng)筒中，然后通過(guò)風(fēng)筒的出風(fēng)口將新鮮的空氣傳輸?shù)阶鳂I(yè)區(qū)域，并且由于氣流的折返作用，會(huì)同時(shí)將污濁的氣體及時(shí)的排出。采用壓風(fēng)式通風(fēng)具有的優(yōu)勢(shì)是工作安全可靠、通風(fēng)效率較高、成本較低等，采用該方式滿足了巷道中排出瓦斯的要求[1]。

2）抽出式通風(fēng)。如圖1-2 所示，局部通風(fēng)機(jī)的位置是在距離工作面巷道出風(fēng)側(cè)10 m 左右處，該通風(fēng)機(jī)的工作原理是通過(guò)將風(fēng)筒內(nèi)吸收污濁的氣體，在巷道的作業(yè)面會(huì)安裝風(fēng)筒的進(jìn)風(fēng)口，此時(shí)，污濁的空氣在進(jìn)風(fēng)口處被吸入風(fēng)筒中，從而出現(xiàn)了低壓區(qū)，由于氣壓差的作用，導(dǎo)致了新鮮的空氣被吸入巷道中。采用抽出式通風(fēng)的優(yōu)勢(shì)是排塵效率高等，滿足了主要排出礦塵的工作環(huán)境中。因?yàn)椴捎贸槌鍪酵L(fēng)設(shè)備時(shí)吸程范圍是有限的，所以在面對(duì)具有瓦斯風(fēng)流的情況下，容易造成瓦斯泄漏甚至爆炸的現(xiàn)象，所以不適合瓦斯密度較大的場(chǎng)合。

3）混合式通風(fēng)。如圖1-3 和圖1-4 所示，混合式通風(fēng)是在抽出式和壓入式方式相結(jié)合的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的，一般情況下，在巷道口和工作面應(yīng)該選擇不同的通風(fēng)方式進(jìn)行的，其工作原理是當(dāng)面對(duì)新鮮空氣是通過(guò)壓入式通風(fēng)進(jìn)行輸送的，當(dāng)面對(duì)污濁空氣是通過(guò)抽出式通風(fēng)進(jìn)行抽出的。在巷道口應(yīng)該選擇具有較長(zhǎng)風(fēng)筒的壓入式通風(fēng)，在工作面處應(yīng)該選擇具有較長(zhǎng)風(fēng)筒的抽出式通風(fēng)，相應(yīng)的情況下在工作面采用具有較短風(fēng)筒的壓入式通風(fēng)，將這種方式也稱之為長(zhǎng)抽短壓方式進(jìn)行混合通風(fēng)。采用混合式通風(fēng)的方式具有的優(yōu)勢(shì)是成本比較高、耗能較高、效率高等，因此在大斷面進(jìn)行作業(yè)的巷道中比較常用[2]。

圖1 局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式

2 煤礦通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)分析

2.1 結(jié)構(gòu)

為了能夠處理通風(fēng)機(jī)處通風(fēng)口的角度無(wú)法進(jìn)行控制的弊端，對(duì)煤礦通風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化處理，具體設(shè)計(jì)如圖2 所示。通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)裝置包含轉(zhuǎn)動(dòng)板、安裝板、固定塊、螺紋桿等零部件。

圖2 煤礦通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)設(shè)備在底端處的位置布置有多組支撐腳；在底板的上端面處設(shè)有安裝板，并且安裝板處裝有出風(fēng)口；電機(jī)位于安裝板的位置處；固定塊共有4 個(gè)，且是通過(guò)兩兩一組進(jìn)行布置的；安裝塊和螺紋桿都是以兩組的兩組進(jìn)行布置的，每組螺紋桿旋進(jìn)的時(shí)候會(huì)連接固定塊，并且會(huì)有一組螺紋桿的端部當(dāng)穿過(guò)固定塊的時(shí)候會(huì)和輸出軸進(jìn)行連接，通過(guò)傳動(dòng)的方式使得螺紋桿之間連接；安裝塊的位置位于固定塊之間，兩組安裝塊之間通過(guò)螺紋的方式將螺紋桿進(jìn)行連接[3]。

第一連接桿采用兩組的方式，在此前提下，需要保證每組的第一連接桿都會(huì)開設(shè)有第一條形通孔，還需要保證的是兩組第一連接桿的端部位置是通過(guò)安裝塊相連的；在這種情況下，需要保證第二連接桿通過(guò)和兩組的第一連接桿進(jìn)行連接的，并且與安裝塊的斷面距離較遠(yuǎn)，同樣的情況下，在第二連接桿上也是開設(shè)有第二條形通孔。

在調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)了照明設(shè)備；其安裝的位置位于底板上，通過(guò)蓄電池進(jìn)行供電；照明設(shè)備的主要作用是實(shí)現(xiàn)在礦道內(nèi)照明，從而能夠有效地防止工作人員不熟悉周邊作業(yè)的環(huán)境，導(dǎo)致碰撞到設(shè)備上。

通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)裝置上設(shè)計(jì)了第二伸縮裝置；根據(jù)實(shí)際作業(yè)過(guò)程的需要，必須采用分布多組第二伸縮裝置，其位置是在支撐腳和底板連接處進(jìn)行安裝布置，在伸縮端的位置處于支撐腳相連；由于在礦道內(nèi)部的作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，可以采用對(duì)第二伸縮裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式來(lái)進(jìn)行平穩(wěn)的放置，從而有效地增加了安全可靠性。

通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)裝置固定軸需要滿足于轉(zhuǎn)動(dòng)板之間的距離應(yīng)該小于固定軸到通風(fēng)機(jī)的距離，從而能夠滿足轉(zhuǎn)動(dòng)板和通風(fēng)機(jī)所偏移的角度值一樣，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)板偏移量小于通風(fēng)機(jī)的偏移量時(shí)，在這種情況下，能夠便于第一伸縮裝置通過(guò)小距離的伸縮方式實(shí)現(xiàn)位于第二連接桿上的通風(fēng)機(jī)進(jìn)行大范圍轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 工作原理

當(dāng)要求對(duì)通風(fēng)機(jī)的位置需要調(diào)節(jié)時(shí)，首先需要啟動(dòng)電機(jī)，當(dāng)電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)將兩組螺紋桿進(jìn)行帶動(dòng)，此時(shí)，兩組安裝塊將會(huì)通過(guò)兩組螺紋桿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)兩組第一和第二連接桿進(jìn)行上下位置的變動(dòng)，從而能夠有效地改變通風(fēng)機(jī)位置狀態(tài)；當(dāng)要求對(duì)通風(fēng)機(jī)角度方向進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，需要將兩組第一伸縮裝置進(jìn)行啟動(dòng)，此時(shí)將會(huì)出現(xiàn)一組裝置伸長(zhǎng)，另一組裝置將會(huì)縮短，從而會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)板進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步使得通風(fēng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，滿足了對(duì)通風(fēng)機(jī)角度的控制，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)位置可以針對(duì)不同的工作情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 甲烷濃度檢測(cè)儀

通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)裝置處還增設(shè)甲烷濃度監(jiān)測(cè)器、報(bào)警器、蓄電池等相關(guān)的部件。在底部安裝有控制器，底板上設(shè)有凹槽；在凹槽內(nèi)部裝有蓄電池；報(bào)警器在底板的上端面安裝；甲烷濃度監(jiān)測(cè)器位置處于安裝板上。

當(dāng)?shù)V道內(nèi)出現(xiàn)濃度較大的甲烷時(shí)，由于甲烷的特性時(shí)易燃易爆，所以安裝有甲烷濃度監(jiān)測(cè)器進(jìn)行對(duì)礦內(nèi)甲烷氣體濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且將監(jiān)測(cè)出的信息及時(shí)地傳輸?shù)娇刂破?，此時(shí)，控制器將對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行接收并分析，根據(jù)其濃度的大小來(lái)判斷是否觸發(fā)警報(bào)，從而能夠便于讓工作人員及時(shí)地了解到通風(fēng)口是否被堵塞的情況。

3 實(shí)踐應(yīng)用分析

3.1 工程概況

對(duì)晉能煤業(yè)公司某礦的開采模式進(jìn)行研究可知，該礦采用斜井開拓的方式作業(yè)；具有4 個(gè)井筒；開采的水平可以達(dá)到+1 125 m；目前開采的煤層為9+10號(hào)，11 號(hào)；所用到的工藝為綜采放頂煤；低瓦斯等級(jí)。該煤礦的通風(fēng)模式是使用中央并列機(jī)械式進(jìn)行，配有3 個(gè)進(jìn)風(fēng)口和一個(gè)回風(fēng)立井。采用的通風(fēng)機(jī)型號(hào)為FBCDZ-NO.25，具有防爆抽出式對(duì)旋軸流式的工作特點(diǎn)，其功率為2×315 kW，排風(fēng)量能夠達(dá)到4 800～9 600m3/min；目前對(duì)51006 工作面，總面積約為168000 m2，9+10 號(hào)合并煤層，夾矸 0.25～0.6 m，該煤層的傾角約為4°。對(duì)51006 工作面使用的通風(fēng)機(jī)具有噪聲小、旋軸流的特點(diǎn)，并配有直徑為Φ800 mm 風(fēng)筒壓入式供風(fēng)。

3.2 通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)裝置的應(yīng)用

51006 掘進(jìn)工作面中使用的傳統(tǒng)通風(fēng)機(jī)由于具有固定通風(fēng)口的弊端，導(dǎo)致在針對(duì)不同挖掘位置進(jìn)行對(duì)通風(fēng)口的調(diào)節(jié)時(shí)，難度較大。因此，設(shè)計(jì)了具有新特點(diǎn)的低噪聲對(duì)旋軸流式局部通風(fēng)機(jī)，并且進(jìn)行在實(shí)際工作過(guò)程中的試驗(yàn)。根據(jù)2021 年11 月—2022 年3月的試驗(yàn)結(jié)果得知，該通風(fēng)機(jī)的整體穩(wěn)定性較好，能夠?qū)Σ煌男枨筮M(jìn)行通風(fēng)口的調(diào)節(jié)，且還能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)通風(fēng)口處的甲烷的含量來(lái)判斷通風(fēng)口是否堵塞的情況，在該礦中實(shí)現(xiàn)了高效率開采的優(yōu)勢(shì)。