可控循環(huán)通風(fēng)應(yīng)用及局部通風(fēng)安全性研究

楊 攀

（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司礦山救護(hù)大隊(duì)，河北 邯鄲 056201）

綜掘工作面的主要塵源是掘進(jìn)機(jī)截割頭截割煤、巖。高壓噴霧降塵技術(shù)結(jié)合除塵器的長壓短抽混合式通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行除塵，可以取得較好的降塵效果。但長壓短抽混合式通風(fēng)選用的風(fēng)機(jī)若型號(hào)相同或者壓入式通風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量大，會(huì)造成工作面部分高濃度粉塵風(fēng)流由巷道排出，而人員主要在距工作面50m范圍內(nèi)綜掘機(jī)和跟機(jī)皮帶范圍內(nèi)工作，排出的粉塵風(fēng)流會(huì)直接吹向作業(yè)人員。

為降低綜掘機(jī)和跟機(jī)皮帶范圍內(nèi)即除塵風(fēng)機(jī)通風(fēng)段巷道粉塵情況，將壓入式風(fēng)機(jī)與除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)換試驗(yàn)。使除塵通風(fēng)機(jī)的吸入風(fēng)量大于壓入風(fēng)機(jī)風(fēng)量，控制部分由除塵風(fēng)機(jī)排出的經(jīng)過凈化處理的風(fēng)流再次經(jīng)工作面，進(jìn)入除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口，對(duì)工作面進(jìn)行可控制循環(huán)通風(fēng)。一旦出現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，不能連續(xù)向掘進(jìn)工作面供給新鮮風(fēng)流，會(huì)造成掘進(jìn)工作面瓦斯積聚，嚴(yán)重威脅施工安全。

1 可控循環(huán)通風(fēng)技術(shù)

若全風(fēng)壓供給設(shè)置通風(fēng)機(jī)巷道的風(fēng)量大于局部通風(fēng)機(jī)的吸入風(fēng)量，則局部通風(fēng)機(jī)會(huì)將部分已排出的污濁風(fēng)流再次送往用風(fēng)地點(diǎn)，即形成可控循環(huán)通風(fēng)[1-2]。

可控循環(huán)通風(fēng)通常用于開放空間內(nèi)，且有新鮮風(fēng)流連續(xù)通入到循環(huán)風(fēng)流之中。理論推導(dǎo)和現(xiàn)場(chǎng)考察均表明，可控制循環(huán)風(fēng)流中污染物的濃度與循環(huán)風(fēng)量無關(guān)，只與流經(jīng)該處的新鮮風(fēng)流流量和此分區(qū)中污染物產(chǎn)生量有關(guān)。因此循環(huán)風(fēng)流所流經(jīng)地點(diǎn)的污染物濃度均會(huì)趨于某一限值，而不會(huì)無限增大。

采用混合式可控循環(huán)通風(fēng)時(shí)，掘進(jìn)工作面產(chǎn)生的粉塵全部經(jīng)過除塵風(fēng)機(jī)凈化處理，過濾后大部分風(fēng)流直接排出。當(dāng)除塵通風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)量大于壓入風(fēng)機(jī)風(fēng)量時(shí)，一部分凈化風(fēng)流循環(huán)至工作面，再與新鮮風(fēng)流混合，多次沖洗工作面，使含塵風(fēng)流多次經(jīng)過除塵風(fēng)機(jī)，如圖1所示。在不增加吸入風(fēng)量的情況下，加大了沖洗工作面的風(fēng)量，使粉塵在自身沉降和除塵風(fēng)機(jī)的作用下大幅減少，直接將落巖粉塵消滅在工作面，從而降低工作面抽出式風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口以外巷道粉塵濃度，改善掘進(jìn)巷道氣候條件。

圖1 巖巷綜掘工作面可控循環(huán)通風(fēng)示意圖

2 可控循環(huán)通風(fēng)的安全性研究

國內(nèi)最早對(duì)可控循環(huán)通風(fēng)進(jìn)行研究的是安徽理工大學(xué)通風(fēng)安全教研室。其監(jiān)測(cè)并得出了循環(huán)風(fēng)流應(yīng)用于掘進(jìn)巷道長壓短抽混合式通風(fēng)時(shí)，風(fēng)流中瓦斯?jié)舛鹊姆植家?guī)律，并與實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)照分析。

但因?yàn)榇思夹g(shù)與我國現(xiàn)行《煤礦安全規(guī)程》部分規(guī)定有沖突，初始階段其應(yīng)用并不廣泛。而后中國煤炭學(xué)會(huì)安全委員會(huì)協(xié)同統(tǒng)配煤礦總公司安全管理局組織召開了全國煤礦《礦井可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)》研討會(huì)，會(huì)上根據(jù)在蒲白礦務(wù)局馬村礦、肥城礦務(wù)局白莊礦和潞安礦務(wù)局石屹節(jié)礦的可控循環(huán)風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果，論證了可控循環(huán)通風(fēng)推廣使用的系列問題。礦山實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。這表明在適當(dāng)?shù)陌踩揽卮胧┑谋Ｕ舷?，抽壓風(fēng)筒重合部分瓦斯?jié)舛炔粌H不會(huì)超過規(guī)定限值，反而由于循環(huán)作用增大了該段風(fēng)量，同時(shí)提高了風(fēng)速，能夠有效降低發(fā)生頂板瓦斯積聚的可能性[3]。

為風(fēng)機(jī)增設(shè)0.5%閉鎖功能，能夠有效地避免綜掘工作面瓦斯?jié)舛冗^高以及排放瓦斯時(shí)出現(xiàn)“一風(fēng)吹”的現(xiàn)象。將該功能實(shí)現(xiàn)裝置接在變電所風(fēng)機(jī)專用分路饋電上，則發(fā)生停風(fēng)后，若瓦斯?jié)舛瘸?，斷電儀能夠在第一時(shí)間做出反應(yīng)，切斷次掘進(jìn)頭的兩條專用線路風(fēng)機(jī)饋電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)瓦斯0.5%閉鎖的效果[4]。

3 可控循環(huán)通風(fēng)在工作面的應(yīng)用

峰峰集團(tuán)孫莊礦北翼軌道大巷為恢復(fù)四采區(qū)生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的主要運(yùn)輸大巷，全長1280m，位于井田北翼-45野青大巷下方，北山青放水巷上方。沿一座煤層掘進(jìn)，落巖時(shí)采用長壓短抽混合式通風(fēng)方式，除塵風(fēng)機(jī)除塵，除塵風(fēng)機(jī)型號(hào)：KCS-220型。風(fēng)機(jī)型號(hào)為：FBD№5.0/2×5.5和FBD№6.3/2×11風(fēng)機(jī)。

初期，北翼軌道大巷壓入通風(fēng)安裝使用FBD№6.3/2×11風(fēng)機(jī)，除塵風(fēng)機(jī)采用FBD№5.0/2×11風(fēng)機(jī)，割巖時(shí)距工作面不同距離巷道粉塵濃度情況見表1（壓入式風(fēng)筒出口距工作面9m，除塵風(fēng)機(jī)距工作面30m，吸風(fēng)口距工作面5m，40m左右安裝一道凈化水幕和擋塵簾）。

表1 可控循環(huán)通風(fēng)前工作面粉塵分布情況

進(jìn)行可控循環(huán)通風(fēng)試驗(yàn)時(shí)將壓入式風(fēng)機(jī)與除塵風(fēng)機(jī)調(diào)換，壓入風(fēng)機(jī)為FBD№5.0/2×11，除塵風(fēng)機(jī)為FBD№6.3/2×11。利用兩風(fēng)機(jī)需風(fēng)量的差值使部分凈化后的風(fēng)流重新吹向工作面。

北翼軌道大巷采用可控循環(huán)通風(fēng)后粉塵量變化與初期粉塵變化比較見圖2。

圖2 可控循環(huán)通風(fēng)前后粉塵量變化對(duì)比情況

通過圖2分析，從抽出式風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口（3～5m左右）往外，工作面風(fēng)流經(jīng)過除塵風(fēng)機(jī)凈化處理后，再進(jìn)入工作面粉塵含量減小70%～80%，最大處減少98.1%，大大改善了工作面后路工作環(huán)境。2011年1月，北翼軌道大巷實(shí)現(xiàn)巖巷單進(jìn)266m，創(chuàng)冀中能源新紀(jì)錄。

4 局部通風(fēng)安全性的對(duì)策研究

雖然采用可控循環(huán)通風(fēng)除塵技術(shù)，工作面及其回風(fēng)瓦斯含量未明顯增加，但考慮除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全性及工作面瓦斯涌出量不均衡性，除塵風(fēng)機(jī)必須實(shí)現(xiàn)瓦斯斷電閉鎖，瓦斯超過0.5%時(shí)，嚴(yán)禁使用除塵風(fēng)機(jī)。工作面接近老巷、煤層等可能涌出瓦斯的地點(diǎn)時(shí)，必須提前停止抽出式風(fēng)機(jī)運(yùn)行，保證礦井安全生產(chǎn)。加強(qiáng)工作面瓦斯檢查，發(fā)現(xiàn)瓦斯變化或其他異常情況，及時(shí)采取措施，防止瓦斯事故發(fā)生。

應(yīng)嚴(yán)格控制壓入式風(fēng)筒和抽出式風(fēng)筒距工作面的距離及距離差。距離過近，會(huì)造成風(fēng)流短路，導(dǎo)致工作面無風(fēng)或微風(fēng)；壓入式風(fēng)筒距工作面近，壓風(fēng)射流沖擊大，粉塵揚(yáng)起，工作面綜掘機(jī)濕式降塵效果差；抽出式吸風(fēng)口距工作面太遠(yuǎn)，有效吸塵效果差。根據(jù)壓入式風(fēng)機(jī)有效射程、抽出式風(fēng)機(jī)吸程和施工期間司機(jī)及其他人員位置，壓入式風(fēng)筒距工作面保持在7～10m，抽出式風(fēng)筒距工作面保持在3～5m。將除塵風(fēng)機(jī)及除塵器置于跟頭軌道上，隨工作面前進(jìn)及時(shí)前移。

同時(shí)煤礦局部通風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)應(yīng)滿足要求，必須雙風(fēng)機(jī)雙電源雙回路供電，一回路“三專”供電，即專用開關(guān)、專用變壓器、專用線路[5]。對(duì)于另一回路，國內(nèi)普遍采用自動(dòng)力電源供電。但是，當(dāng)局部通風(fēng)機(jī)專有線路出現(xiàn)故障或斷電時(shí)，風(fēng)機(jī)供電線路會(huì)自動(dòng)導(dǎo)向自動(dòng)力電源，同時(shí)切斷除風(fēng)機(jī)電源之外的其他電源。即故障情況下，風(fēng)機(jī)雖轉(zhuǎn)為自動(dòng)力電源線路，但仍然能保證供電穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)“雙三專”。

為增強(qiáng)局部通風(fēng)安全性，可針對(duì)礦井通風(fēng)事故危險(xiǎn)源，建立信息管理系統(tǒng)，包括以下五項(xiàng)內(nèi)容：（1）通風(fēng)系統(tǒng)狀況評(píng)估。評(píng)估項(xiàng)目包括通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、通風(fēng)阻力、分區(qū)通風(fēng)、有效風(fēng)量等。（2）通風(fēng)措施評(píng)估。礦井反風(fēng)措施的可行性以及效果檢驗(yàn)、下行通風(fēng)的應(yīng)用效果檢驗(yàn)等。（3）可靠性檢查、質(zhì)量檢查等局部通風(fēng)設(shè)施的評(píng)估。（4）通風(fēng)系統(tǒng)特殊問題的評(píng)估。通風(fēng)方式等引發(fā)通風(fēng)事故的可能性大小，例如角聯(lián)通風(fēng)、串聯(lián)通風(fēng)、循環(huán)風(fēng)等情況。（5）針對(duì)整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全面的安全性評(píng)估。工作人員通過通風(fēng)系統(tǒng)信息管理系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地查找事故隱患，從而達(dá)到提高通風(fēng)能力且增強(qiáng)安全性的目的。

另外，還應(yīng)通過加強(qiáng)管理，改進(jìn)工作面抽出式風(fēng)機(jī)、除塵器以及風(fēng)筒管理方式，合理調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)量，混合式通風(fēng)技術(shù)可大大降低工作面后路粉塵含量，改善工作面人員工作環(huán)境。

5 應(yīng)用效果

（1）通過實(shí)施可控循環(huán)通風(fēng)技術(shù)，大大降低了巷道尤其是距工作面30m范圍內(nèi)工人比較集中巷道的粉塵濃度，改善工作面生產(chǎn)環(huán)境，保護(hù)井下職工身體健康，降低塵肺病發(fā)病率。

（2）提高工作面能見度，減少工傷事故，提高工作效率。防止由于工人工作中無法看清工作環(huán)境而發(fā)生的工傷事故。同時(shí)能夠減少機(jī)械磨損，延長設(shè)備使用壽命。

（3）可控循環(huán)通風(fēng)可有效地增加工作面風(fēng)量，降低井下的溫度、濕度及卡他度，改善氣候條件。

6 結(jié)論

（1）礦井循環(huán)風(fēng)流中的污染物濃度在任何區(qū)域地點(diǎn)均趨于某一限值，不會(huì)無限增大。污染物濃度由流過該區(qū)域的污染物產(chǎn)生率和新鮮風(fēng)量的大小決定，與可控制的循環(huán)風(fēng)流中的污染物濃度與循環(huán)風(fēng)量無關(guān)。

（2）通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，循環(huán)通風(fēng)能夠提高抽壓風(fēng)筒重疊段的風(fēng)速，增大風(fēng)量，因而瓦斯?jié)舛炔粫?huì)超限，能夠有效防治瓦斯積聚，與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。

（3）在峰峰集團(tuán)孫莊礦北翼軌道大巷的應(yīng)用中，工作面風(fēng)流經(jīng)過除塵風(fēng)機(jī)凈化處理后，再進(jìn)入工作面粉塵含量減小70%～80%，最大處減少98.1%，明顯改善工作面后路工作環(huán)境，可降低塵肺病發(fā)病率，提高生產(chǎn)效率。

（4）為局部通風(fēng)機(jī)增加0.5%閉鎖功能、嚴(yán)格控制壓入式風(fēng)筒、抽出式風(fēng)筒距工作面的距離和距離差、電源控制開關(guān)“三?！惫╇娂敖⒌V井通風(fēng)事故隱患信息管理系統(tǒng)等措施能夠保障局部通風(fēng)安全性。