鄧 晨

（西山煤電集團(tuán)安全監(jiān)督檢查中心，山西 太原 030000）

0 引言

由于機(jī)械化設(shè)備在煤礦行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，業(yè)內(nèi)對(duì)其要求也越來(lái)越高。以某煤礦4103 工作面為例，目前回采巷道達(dá)2 000 m，在后期掘進(jìn)長(zhǎng)度及速度不斷增加的情況下，單巷掘進(jìn)通風(fēng)技術(shù)難度和管理難度也會(huì)不斷增加[1]，隨之還會(huì)出現(xiàn)一系列通風(fēng)問(wèn)題。為解決4103 掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)問(wèn)題，需對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，確保建立一個(gè)安全經(jīng)濟(jì)且便于管理的通風(fēng)系統(tǒng)，為井下安全高效生產(chǎn)提供保障。

1 地質(zhì)概況

某煤礦井田呈南北走向，長(zhǎng)約4.11 km，寬約2.15 km，在井田的中部設(shè)有主井、副井、回風(fēng)井及開(kāi)拓大巷。目前4103 工作面掘進(jìn)走向長(zhǎng)為2 km，巷道斷面約20 m2，地面標(biāo)高+1 065 m。4#煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有規(guī)律，頂板為砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖、粉砂巖，煤層穩(wěn)定，全井可采。根據(jù)礦井開(kāi)拓總體部署，利用綜合機(jī)械化傾斜長(zhǎng)壁式采煤法，把開(kāi)拓大巷兼做準(zhǔn)備大巷進(jìn)行開(kāi)采，煤層平均厚度為3.51 m，工作面長(zhǎng)度為243 m，日進(jìn)度約3.85 m，年推進(jìn)長(zhǎng)度約為1 256 m，工作面由大巷一側(cè)掘進(jìn)順槽巷道至井田邊界，在開(kāi)切眼處安裝綜采設(shè)備，以后退式采煤機(jī)落煤，即向大巷方向回采。通風(fēng)方式采用中央并列式機(jī)械抽出法，通風(fēng)距離控制在1～2 km 之間。由于掘進(jìn)開(kāi)采時(shí)，工作面斷面和所需風(fēng)量都比較大，普通的局部通風(fēng)系統(tǒng)完全達(dá)不到供風(fēng)要求，因而會(huì)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障停轉(zhuǎn)或風(fēng)速過(guò)大等問(wèn)題，都會(huì)造成瓦斯?jié)舛瘸藁虺霈F(xiàn)二次粉塵，進(jìn)而影響掘進(jìn)工作面無(wú)法在一個(gè)安全可靠的環(huán)境下高效進(jìn)行[2]。

2 局部通風(fēng)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)該煤礦目前現(xiàn)狀，綜掘工作面采用EQJ-20型號(hào)的綜掘機(jī)掘進(jìn)，年生產(chǎn)力為0.127 Mt，但隨著今后工作面的不斷增加，現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)很難滿(mǎn)足風(fēng)量要求，需選擇經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的通風(fēng)系統(tǒng)，以保證三班倒的生產(chǎn)，即每班8 h，且年運(yùn)行時(shí)間至少330 d?，F(xiàn)有兩種優(yōu)化方案可供選擇。

2.1 方案一：?jiǎn)涡袉螜C(jī)掘進(jìn)巷道全長(zhǎng)

設(shè)計(jì)單條巷道掘進(jìn)全長(zhǎng)，可根據(jù)掘進(jìn)的長(zhǎng)度選擇不同的通風(fēng)設(shè)備，比如型號(hào)、功率、風(fēng)筒大小等，在保證巷道快速掘進(jìn)及人員安全的情況下，可采用主備用風(fēng)機(jī)供風(fēng)，掘進(jìn)供風(fēng)務(wù)必使掘進(jìn)面和后巷的甲烷濃度不超過(guò)1%。由于僅有一條巷道，進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)都由此巷經(jīng)過(guò)，這樣勢(shì)必會(huì)造成一定的空氣污染，也會(huì)對(duì)井下工作人員的身體健康有嚴(yán)重危害。隨著掘進(jìn)長(zhǎng)度的不斷增加，如果風(fēng)速過(guò)大，就會(huì)造成風(fēng)筒撕裂，這樣既不利于風(fēng)筒的維護(hù)和管理，還會(huì)給安全掘進(jìn)帶來(lái)隱患[3]。

2.2 方案二：雙巷平行掘進(jìn)、全風(fēng)壓與局部通風(fēng)機(jī)相結(jié)合的局部通風(fēng)技術(shù)

設(shè)計(jì)兩條不同用途的巷道，可采用全風(fēng)壓與局部通風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)技術(shù)。該技術(shù)適用于連續(xù)采煤機(jī)及其配套裝備的掘進(jìn)工作面，在保證巷道掘進(jìn)時(shí)不影響頂板支護(hù)的前提下，作業(yè)時(shí)可采用雙巷同時(shí)掘進(jìn)的方式，來(lái)達(dá)到工藝的要求，雙巷之間還有聯(lián)絡(luò)巷。

雙巷平行掘進(jìn)的方式充分發(fā)揮了連續(xù)采煤機(jī)及其配套裝備的優(yōu)勢(shì)，不僅可以高強(qiáng)度地連續(xù)作業(yè)，還為全風(fēng)壓通風(fēng)創(chuàng)造了良好的條件。如圖1 所示，設(shè)計(jì)一條巷道進(jìn)風(fēng)、另一巷道回風(fēng)的全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，兩條巷道之間的聯(lián)絡(luò)巷間隔約50 m，并在進(jìn)風(fēng)巷中安設(shè)局部通風(fēng)機(jī)。當(dāng)聯(lián)絡(luò)巷封閉時(shí)，為了滿(mǎn)足長(zhǎng)距離掘進(jìn)時(shí)對(duì)風(fēng)量及風(fēng)速的要求，需通過(guò)移動(dòng)通風(fēng)機(jī)的位置來(lái)大大縮短供風(fēng)距離。這種通風(fēng)技術(shù)需建立在聯(lián)絡(luò)巷密閉不漏風(fēng)的前提下，這就要求設(shè)施施工質(zhì)量高且能及時(shí)跟進(jìn)，一是可以避免因局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)不足而出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)現(xiàn)象[4-5]；二是可以保證形成穩(wěn)定的全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)。

圖1 4103 工作面

從安全可靠、技術(shù)可行的角度考慮，方案二比方案一更合適。

從經(jīng)濟(jì)合理的角度來(lái)看，方案二前期投資的成本確實(shí)高于方案一，在于多掘進(jìn)了一條巷道和兩巷之間的聯(lián)絡(luò)巷。但作為回風(fēng)巷的巷道可重復(fù)循環(huán)使用，這樣后期的投資會(huì)比方案一少。

綜上所述，不論從哪個(gè)角度考慮，方案二都明顯優(yōu)于方案一，故掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)選擇方案二。

3 局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 通風(fēng)設(shè)備選型

在某煤礦原有局部通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，再增加七、八臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)，繼續(xù)沿用之前的型號(hào)對(duì)旋式FBCDZ6.3，功率2×30 kW，風(fēng)量260～630 m3/min，全壓1 200～6 650 Pa。按其額定風(fēng)量和風(fēng)壓，通過(guò)觀(guān)察現(xiàn)場(chǎng)瓦斯涌出的情況，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，該通風(fēng)設(shè)備達(dá)到了綜掘工作面安全生產(chǎn)的要求，更為前期設(shè)計(jì)投資節(jié)約了成本。

3.2 風(fēng)筒選型

為滿(mǎn)足綜掘工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)的要求，風(fēng)筒的規(guī)格可選擇Φ800 mm×10 m 的特質(zhì)風(fēng)筒，柔韌膠質(zhì)、成本低且維護(hù)方便；其百米漏風(fēng)率為1.5%左右；在局部通風(fēng)機(jī)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓范圍內(nèi)；耐內(nèi)壓高于5 000 Pa，不易燃燒，符合風(fēng)管的材質(zhì)要求。

4 效果分析

為了檢驗(yàn)4103 掘進(jìn)面通風(fēng)技術(shù)優(yōu)化后通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)效果，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行了通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定。

在對(duì)4103 掘進(jìn)工作面安裝各種通風(fēng)設(shè)備并進(jìn)行調(diào)試后，通風(fēng)技術(shù)優(yōu)化基本完成，讓其正常運(yùn)轉(zhuǎn)兩三個(gè)月后，再對(duì)其風(fēng)速、風(fēng)量進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表1所示。

表1 風(fēng)速、風(fēng)量測(cè)定結(jié)果

從上表結(jié)果可以看出，通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，風(fēng)量明顯得到了改善，同時(shí)風(fēng)筒的供風(fēng)長(zhǎng)度也縮短了，局部通風(fēng)機(jī)的能耗也降低了，達(dá)到了安全高效掘進(jìn)4103工作面的目的。

優(yōu)化前后通風(fēng)效果分析，如表2 所示。可以看出在采用雙巷平行掘進(jìn)，全風(fēng)壓與局部通風(fēng)機(jī)相結(jié)合的局部通風(fēng)技術(shù)后，4103 巷道掘進(jìn)速度明顯加快，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高了，還降低了局部風(fēng)機(jī)能耗；風(fēng)機(jī)效率較優(yōu)化前也提高了22.2%，達(dá)到了67.5%，滿(mǎn)足了風(fēng)機(jī)要求；優(yōu)化后的有效風(fēng)量率也大幅提高到92.9%，這樣每年可節(jié)約45 萬(wàn)元左右的電費(fèi)。事實(shí)證明，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)不僅安全可靠，還高效節(jié)能。

表2 優(yōu)化前后通風(fēng)效果對(duì)比

5 結(jié)論

1）隨著煤礦綜合機(jī)械化水平不斷提高，綜掘機(jī)在長(zhǎng)距離、大斷面巷道掘進(jìn)中更是被廣泛應(yīng)用。在雙巷平行掘進(jìn)、全風(fēng)壓與局部通風(fēng)機(jī)相結(jié)合的局部通風(fēng)技術(shù)充分發(fā)揮其高強(qiáng)度連續(xù)作業(yè)功能，不僅杜絕了掘進(jìn)作業(yè)時(shí)瓦斯超限帶來(lái)的安全隱患問(wèn)題，營(yíng)造了一個(gè)安全可靠的井下環(huán)境，同時(shí)還降低了后期維修風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒的成本，減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，采用方案二局部通風(fēng)技術(shù)后，風(fēng)機(jī)裝置效率較優(yōu)化前提高了22.2%，有效風(fēng)量率也大幅提高到92.9%，每年可節(jié)約45 萬(wàn)元左右的電費(fèi)，降低了風(fēng)機(jī)能耗，滿(mǎn)足了高效、節(jié)能的要求。