煤礦長(zhǎng)距離掘進(jìn)工作面通風(fēng)技術(shù)分析

張學(xué)寧

（同煤集團(tuán)安全監(jiān)管五人小組管理部，山西大同 037003）

0 引言

煤炭作為中國(guó)的重要能源，對(duì)中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著煤礦開(kāi)采技術(shù)的不斷深化，國(guó)內(nèi)的采煤技術(shù)、掘進(jìn)技術(shù)以及安全技術(shù)等已非常成熟，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)煤炭開(kāi)采水平的不斷提高。由于煤炭開(kāi)采難度的不斷增加，出現(xiàn)了長(zhǎng)距離和大斷面等掘進(jìn)要求，增加了工作面通風(fēng)的難度，給井下生產(chǎn)和人員安全帶來(lái)了不少隱患。因此，為了確保煤礦井下開(kāi)采工作的順利進(jìn)行，結(jié)合井下開(kāi)采的實(shí)際情況，采取有效的長(zhǎng)距離掘進(jìn)工作面通風(fēng)技術(shù)，為井下掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行提供良好的工作環(huán)境，確保煤炭開(kāi)采工作的安全平穩(wěn)進(jìn)行[1]。

1 煤礦長(zhǎng)距離掘進(jìn)通風(fēng)主要形式

井下掘進(jìn)工作面的通風(fēng)動(dòng)力主要來(lái)自局部通風(fēng)機(jī)和巷道全風(fēng)壓通風(fēng)，其中局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)作為最廣泛的通風(fēng)方式，在煤礦的井下開(kāi)采過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。隨著煤礦開(kāi)采長(zhǎng)距離和超長(zhǎng)距離掘進(jìn)的逐漸發(fā)展，為了確保掘進(jìn)工作面具有良好的通風(fēng)環(huán)境，要在當(dāng)前通風(fēng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理，確保其能夠滿足長(zhǎng)距離掘進(jìn)工作面的通風(fēng)需求。

1.1 單巷掘進(jìn)長(zhǎng)距離通風(fēng)技術(shù)

單巷掘進(jìn)長(zhǎng)距離局部通風(fēng)技術(shù)主要用于獨(dú)頭掘進(jìn)的工作面，根據(jù)不同的地下掘進(jìn)情況，所采取的通風(fēng)技術(shù)不盡相同。常用于單巷局部通風(fēng)的技術(shù)主要有以下5種。

（1）風(fēng)機(jī)聯(lián)合風(fēng)筒及多級(jí)風(fēng)庫(kù)接力通風(fēng)技術(shù)

對(duì)于掘進(jìn)距離大于5 000 m以上的工作面，需要選用大功率的風(fēng)機(jī)、大直徑風(fēng)筒配合多級(jí)風(fēng)庫(kù)接力實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)。在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，新鮮風(fēng)流是在風(fēng)筒和風(fēng)庫(kù)的協(xié)同作用下被輸送至遙遠(yuǎn)的掘進(jìn)工作面處，而其中形成的污風(fēng)則是經(jīng)由風(fēng)筒外部的巷道排放至回風(fēng)大巷中，進(jìn)而能夠?yàn)榫蜻M(jìn)工作面提供充足的新鮮風(fēng)流，改善掘進(jìn)工作面的環(huán)境，并且還能及時(shí)將掘進(jìn)工作面處的瓦斯和粉塵帶走，為掘進(jìn)工作的安全進(jìn)行提供可靠保障。這種通風(fēng)方式在潼金礦業(yè)的長(zhǎng)距離掘進(jìn)工作面中進(jìn)行了應(yīng)用。由于該單巷獨(dú)頭掘進(jìn)距離長(zhǎng)達(dá)5 728 m，給通風(fēng)工作造成了非常大的困難。通過(guò)選用上述的通風(fēng)技術(shù)，獲得了良好的通風(fēng)效果，為掘進(jìn)工作的順利推進(jìn)提供了可靠保障[2]。

（2）多臺(tái)局部風(fēng)機(jī)配合風(fēng)庫(kù)多條風(fēng)筒通風(fēng)技術(shù)

隨著掘進(jìn)距離的逐漸增加，尤其是超過(guò)3 000 m之后，對(duì)大斷面通風(fēng)提出了非常高的要求。因此，為了保障良好的通風(fēng)，需要將局部風(fēng)機(jī)和風(fēng)庫(kù)、長(zhǎng)風(fēng)筒進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。該通風(fēng)技術(shù)能夠?qū)L(fēng)機(jī)所輸出的風(fēng)量進(jìn)行科學(xué)合理地分流，不僅能為掘進(jìn)工作面的順利推進(jìn)提供充足的風(fēng)量，而且能在一定程度上改善過(guò)大風(fēng)量造成風(fēng)筒出現(xiàn)膨脹斷裂的問(wèn)題，確保風(fēng)筒的安全運(yùn)行。該通風(fēng)技術(shù)在七臺(tái)河新興煤礦單巷獨(dú)頭掘進(jìn)工作中得到了有效應(yīng)用，并且取得了良好的通風(fēng)效果。其掘進(jìn)長(zhǎng)度為3 380 m、巷道斷面積為16 m2，并且在掘進(jìn)過(guò)程中還伴隨有1.04 m3/min的絕對(duì)瓦斯涌出量[3]。

（3）大功率局部通風(fēng)機(jī)配合長(zhǎng)風(fēng)筒通風(fēng)技術(shù)

對(duì)掘進(jìn)距離小于3 000 m的工作面通風(fēng)，可以選用大功率的局部通風(fēng)機(jī)配合大直徑的風(fēng)筒就能為掘進(jìn)工作面營(yíng)造良好的通風(fēng)條件。該通風(fēng)技術(shù)所需要配套的通風(fēng)設(shè)施較少，并且其通風(fēng)效果非常明顯，能夠及時(shí)帶出掘進(jìn)工作面中的粉塵和瓦斯，為掘進(jìn)工作的安全進(jìn)行提供可靠保障。在成莊礦單巷的掘進(jìn)工作中選用了該種通風(fēng)技術(shù)，其巷道長(zhǎng)度為2 830 m，在掘進(jìn)過(guò)程中的絕對(duì)瓦斯涌出量為0.51 m3/min[4]。通過(guò)在局部設(shè)置2臺(tái)大功率的局部通風(fēng)機(jī)和相應(yīng)的大直徑風(fēng)筒，就能確保掘進(jìn)工作面的通風(fēng)量符合要求，進(jìn)而為掘進(jìn)工作的順利開(kāi)展建立良好的基礎(chǔ)。

（4）通風(fēng)鉆孔與風(fēng)庫(kù)中轉(zhuǎn)聯(lián)合供風(fēng)通風(fēng)技術(shù)

掘進(jìn)工作面深度較淺和地面地形條件良好，為通風(fēng)提供了有利條件，可以結(jié)合實(shí)際的通風(fēng)要求，選用鉆孔與風(fēng)庫(kù)聯(lián)合通風(fēng)的方式。在其施工過(guò)程中，為提高施工速度，可以選用臨近的巷道向施工面進(jìn)行施工，能夠大大縮短施工距離，提高施工效率。在巷道中施以適宜數(shù)量的鉆孔，并在相應(yīng)的位置處添加若干臺(tái)風(fēng)機(jī)。該通風(fēng)技術(shù)大大減少通風(fēng)巷道的長(zhǎng)度，減少不必要的掘進(jìn)工作量，并且還能顯著提高掘進(jìn)工作面的環(huán)境，獲得良好的通風(fēng)效果。該通風(fēng)技術(shù)在龍首礦中進(jìn)行了有效應(yīng)用，其掘進(jìn)距離為2 600 m、埋深為858 m，通過(guò)在地面的適宜位置處設(shè)置1臺(tái)通風(fēng)機(jī)，并經(jīng)由鉆孔向風(fēng)庫(kù)進(jìn)行供風(fēng)，新鮮空氣在風(fēng)庫(kù)內(nèi)由1臺(tái)通風(fēng)機(jī)配合風(fēng)筒給掘進(jìn)工作面進(jìn)行供風(fēng)[5]。

（5）間隔串連通風(fēng)技術(shù)

對(duì)于單巷掘進(jìn)長(zhǎng)度不超過(guò)5 000的掘進(jìn)工作面，在其通風(fēng)過(guò)程中，為了確保風(fēng)筒能夠始終正常運(yùn)行，要對(duì)其采取可靠的保護(hù)措施，降低其在工作過(guò)程中所受到的風(fēng)壓，可以采用間隔串聯(lián)的方式進(jìn)行通風(fēng)，2臺(tái)局部風(fēng)機(jī)之間的距離要小于風(fēng)筒長(zhǎng)度的1/3，并且這2臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和負(fù)壓要能夠相匹配。該技術(shù)在河南永華能源嵩山煤礦中獲得了應(yīng)用，其掘進(jìn)長(zhǎng)度僅有1 910 m。為了確保良好的通風(fēng)，結(jié)合井下的通風(fēng)要求，需要在地面配套2臺(tái)通風(fēng)機(jī)向地下供風(fēng)，再借助風(fēng)筒將空氣進(jìn)一步輸送至上部聯(lián)巷的指定位置處，最后再配合砌筑相應(yīng)的風(fēng)倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)[6]。

1.2 雙巷掘進(jìn)局部通風(fēng)技術(shù)

雙巷掘進(jìn)局部通風(fēng)技術(shù)是指在通風(fēng)過(guò)程中，局部通風(fēng)系統(tǒng)同時(shí)為2條不同的巷道進(jìn)行供風(fēng)，并且這2條巷道的掘進(jìn)工作面之間不存在交點(diǎn)，各自獨(dú)立向前延伸。在雙巷掘進(jìn)的局部通風(fēng)過(guò)程中，需要配套有2階段大功率風(fēng)機(jī)和大直徑長(zhǎng)風(fēng)筒進(jìn)行相應(yīng)的通風(fēng)。在其實(shí)際的通風(fēng)過(guò)程中，局部通風(fēng)機(jī)和大直徑的風(fēng)筒將新鮮空氣輸送至風(fēng)庫(kù)中，而設(shè)置在風(fēng)庫(kù)中的風(fēng)機(jī)就會(huì)進(jìn)一步將空氣分別輸送至兩個(gè)不同的掘進(jìn)工作面，其中的污風(fēng)則經(jīng)由巷道風(fēng)筒外的部分排至回風(fēng)巷，進(jìn)而能為掘進(jìn)工作面提供新鮮空氣，有助于排除工作面中的瓦斯和粉塵，為掘進(jìn)工作的安全進(jìn)行提供可靠保障[7]。

1.3 多巷掘進(jìn)局部通風(fēng)技術(shù)

多巷掘進(jìn)局部通風(fēng)技術(shù)與雙巷道局部通風(fēng)技術(shù)大體相似，不同之處在于風(fēng)庫(kù)內(nèi)空氣輸送所采用的風(fēng)機(jī)是由2臺(tái)以上風(fēng)機(jī)組成的通風(fēng)機(jī)群。其通風(fēng)能力大大提高，能夠同時(shí)為多條巷道工作面的掘進(jìn)提供良好的通風(fēng)，但是風(fēng)機(jī)數(shù)量的增多，也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的噪聲影響，并且不同風(fēng)機(jī)在工作過(guò)程中還會(huì)相互影響，進(jìn)而影響通風(fēng)效果[8]。

2 通風(fēng)方法選取流程

通過(guò)對(duì)多種通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有一種通用的通風(fēng)技術(shù)，每種通風(fēng)技術(shù)都有其相適應(yīng)的工作環(huán)境，只有結(jié)合實(shí)際的通風(fēng)環(huán)境，選擇與之相匹配的通風(fēng)技術(shù)，才能在確保通風(fēng)條件符合固定的前提下，降低成本，進(jìn)而為施工企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際的選擇過(guò)程中，需要充分結(jié)合掘進(jìn)工作面的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行有針對(duì)性地選擇，確保所選擇的通風(fēng)技術(shù)能夠?yàn)榫蜻M(jìn)工作面提供良好的通風(fēng)。為了能夠快速選擇最適宜的通風(fēng)技術(shù)，通過(guò)對(duì)通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行反復(fù)論證，設(shè)計(jì)了如圖1所示的通風(fēng)技術(shù)選擇流程圖，進(jìn)而能夠大大縮減不必要的工作，在較短時(shí)間內(nèi)就能完成通風(fēng)技術(shù)的優(yōu)選。

圖1 掘進(jìn)面局部通風(fēng)方法選取流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著長(zhǎng)距離掘進(jìn)工作面在煤礦開(kāi)采中的廣泛應(yīng)用，為了確保掘進(jìn)工作面的安全平穩(wěn)推進(jìn)，要結(jié)合掘進(jìn)工作面的實(shí)際情況，選擇相適應(yīng)的工作面通風(fēng)技術(shù)，為掘進(jìn)工作面提供良好的通風(fēng)，從而為煤礦開(kāi)采工作的安全進(jìn)行提供可靠保障。