超長距離掘進(jìn)巷道局部通風(fēng)技術(shù)研究

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 挖金灣煤業(yè)公司 山西 037000）

超長距離巷道掘進(jìn)工作面通風(fēng)難度大、通風(fēng)管理困難，成為制約超長距離巷道掘進(jìn)的制約因素[1]。近些年隨著礦井綜合開采技術(shù)的不斷提升，采煤工作面回采推進(jìn)距離不斷提升，時常需要掘進(jìn)超長距離掘進(jìn)巷道[2-3]。在超長巷道掘進(jìn)過程中局部通風(fēng)面臨的主要問題為：巷道掘進(jìn)距離增加、煤壁暴露面積增大隨著掘進(jìn)推進(jìn)，瓦斯涌出量程逐漸提升，巷道需風(fēng)量增大；通風(fēng)距離加大使得風(fēng)筒通風(fēng)阻力增大、風(fēng)筒漏風(fēng)率提升，導(dǎo)致風(fēng)筒末端風(fēng)壓、風(fēng)量不滿足現(xiàn)場需要；采用大功率局部通風(fēng)機(jī)時容易出現(xiàn)風(fēng)筒吹斷節(jié)、破裂問題；風(fēng)筒直接過大則占用巷道空間，管理難度大。為此，如何實現(xiàn)超長距離巷道通風(fēng)是礦井生產(chǎn)時需要解決的現(xiàn)實問題。文中即以山西某礦6505運輸巷掘進(jìn)通風(fēng)為研究對象，在分析現(xiàn)有超長距離巷道通風(fēng)基礎(chǔ)上，提出采用單風(fēng)機(jī)通風(fēng)技術(shù)，實現(xiàn)巷道高效通風(fēng)，現(xiàn)場取得顯著應(yīng)用成果。

1.超長距離掘進(jìn)巷道通風(fēng)方式分析

現(xiàn)階段礦井常用的長距離巷道通風(fēng)方式有2大類，分別為單巷掘進(jìn)局部通風(fēng)技術(shù)、雙巷平行掘進(jìn)局部通風(fēng)技術(shù)兩類。

(1)單巷掘進(jìn)局部通風(fēng)技術(shù)

①雙風(fēng)機(jī)并聯(lián)通風(fēng)

該通風(fēng)方式是采用雙風(fēng)機(jī)組成兩套獨立通風(fēng)系統(tǒng)共同為掘進(jìn)工作面供風(fēng)，正常運行時兩個風(fēng)機(jī)運行互不干擾。采用此種通風(fēng)方式可顯著增加掘進(jìn)工作面風(fēng)量，但是由于是雙風(fēng)機(jī)、雙風(fēng)筒也增加了風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒維護(hù)管理工作，風(fēng)筒占用巷道空間大，小斷面巷道不建議使用。一般在斷面大、距離長、需風(fēng)量大的掘進(jìn)巷道中使用。

②雙風(fēng)機(jī)串聯(lián)/集中通風(fēng)

具體雙風(fēng)機(jī)串聯(lián)、集中通風(fēng)示意圖見圖1。采用上述通風(fēng)方式可顯著增加掘進(jìn)迎頭風(fēng)壓以及風(fēng)量。一般在巖巷掘進(jìn)中應(yīng)用較多。

圖1 雙風(fēng)機(jī)串聯(lián)、集中通風(fēng)示意圖

③風(fēng)庫+接力風(fēng)機(jī)供風(fēng)方式

圖2 風(fēng)庫+接力風(fēng)機(jī)供風(fēng)示意圖

采用該種供風(fēng)方式時需要新掘進(jìn)風(fēng)庫，巷道掘進(jìn)過程量增加，同時布置2臺局部通風(fēng)機(jī)，前部風(fēng)機(jī)風(fēng)筒末端供風(fēng)量應(yīng)大于接力風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量，因此需要專人在風(fēng)庫內(nèi)值守。同時對風(fēng)庫構(gòu)筑物施工質(zhì)量要求比較高。

④大直徑導(dǎo)風(fēng)筒+風(fēng)庫中轉(zhuǎn)+局部通風(fēng)機(jī)長距離通風(fēng)

在地面施工大直徑鉆孔為進(jìn)行該風(fēng)庫供風(fēng)，在風(fēng)庫內(nèi)安裝局部通風(fēng)機(jī)為掘進(jìn)工作面通風(fēng)。具體見圖3。

圖3 大直徑導(dǎo)風(fēng)筒+風(fēng)庫中轉(zhuǎn)+局部通風(fēng)機(jī)長距離通風(fēng)示意圖

此種通風(fēng)方式適用于地面可施工大孔徑鉆孔條件，通風(fēng)方式與“風(fēng)庫+接力風(fēng)機(jī)”類似，但是也存在通風(fēng)成本高、通風(fēng)管理難度大等問題。

(2)雙巷平行掘進(jìn)局部通風(fēng)技術(shù)

該種通風(fēng)方式是“全負(fù)壓通風(fēng)+局部通風(fēng)”方式相結(jié)合形成的局部通風(fēng)技術(shù)，具體通風(fēng)結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 雙巷平行掘進(jìn)局部通風(fēng)示意圖

在雙巷平行掘進(jìn)時每隔一斷距離施工一聯(lián)絡(luò)巷，通過聯(lián)絡(luò)巷可實現(xiàn)已掘巷道的全負(fù)壓通風(fēng)。在聯(lián)絡(luò)巷與掘進(jìn)迎頭段采用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)。理論下此種通風(fēng)方式不受巷道掘進(jìn)長度制約，掘進(jìn)迎頭供風(fēng)能力強(qiáng)。但是由于需要掘進(jìn)多條聯(lián)絡(luò)巷，巷道內(nèi)布置的局部通風(fēng)需要頻繁的前移動。

一般情況下采面回采巷道多采用單巷獨頭掘進(jìn)，雙巷平行掘進(jìn)較為少見。若采面雙巷平行掘進(jìn)時，由于巷道間布置有大量的聯(lián)絡(luò)巷，后期密閉后會形成盲巷，給采面后續(xù)回采安全帶來一定的影響，為此，在采面回采巷道掘進(jìn)通風(fēng)中一般內(nèi)不采用。此種通風(fēng)方式多用于開拓巷道中使用。

2.通風(fēng)方式選擇

山西某礦6505運輸巷沿著5#煤層底板掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)距離超過4000m，斷面為矩形，凈寬、凈高分別為5.0m、4.0m。5#煤層瓦斯含量較低，原始瓦斯含量為3.5m3/t。通過對煤礦井下常用的長距離通風(fēng)方式分析，并結(jié)合6505運輸巷地質(zhì)條件、通風(fēng)距離最終單巷長距離通風(fēng)方式。

若在地面施工通風(fēng)大直徑導(dǎo)風(fēng)孔為掘進(jìn)巷道供風(fēng)，不僅會增加巷道掘進(jìn)、供風(fēng)成本，而且還制約巷道掘進(jìn)效率；局部通風(fēng)部并聯(lián)通風(fēng)主要解決掘進(jìn)迎頭風(fēng)量不足問題，無法滿足長距離通風(fēng)需要。因此，根據(jù)6505運輸巷實際情況，提出下述3種通風(fēng)技術(shù)方案：方案一，單風(fēng)機(jī)通風(fēng)；方案二，局部通風(fēng)機(jī)串聯(lián)通風(fēng)；方案三，風(fēng)庫+局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)。具體三種通風(fēng)方式比對結(jié)果見表1。

表1 三種通風(fēng)方式比對結(jié)果

通過對比分析，采用單風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式具有較強(qiáng)的優(yōu)越性，不僅可滿足巷道通風(fēng)需要而且通風(fēng)系統(tǒng)較為簡單，通風(fēng)可靠性較強(qiáng)。為此，提出采用大功率局部通風(fēng)機(jī)結(jié)合大直徑風(fēng)筒方式為礦6505運輸巷供風(fēng)。

3.單風(fēng)機(jī)通風(fēng)技術(shù)

根據(jù)6505運輸巷實際情況，計算得到巷道掘進(jìn)迎頭需風(fēng)量見表2所示。

(1)通風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒選擇

表2 6505運輸巷需風(fēng)量

通過計算結(jié)果得到巷道最低供風(fēng)量為320.4m3/min。根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)漏風(fēng)量計算公式、風(fēng)壓計算公式得到局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量Qa、風(fēng)壓Pt分別為680.4m3/min、4139.7Pa。通過上述計算結(jié)果并結(jié)合煤礦常用局部通風(fēng)機(jī)類型，型號FBDNo7.1、FBDNo7.5、FBDNo8.0均可滿足風(fēng)量、風(fēng)壓需要。分析不同局部通風(fēng)機(jī)特性曲線以及掘進(jìn)巷道通風(fēng)困難時期通風(fēng)機(jī)運行情況，最終選用型號FBDNo8.0風(fēng)機(jī)為巷道供風(fēng)。局部通風(fēng)機(jī)安裝采用1用1備方式。

長距離通風(fēng)時風(fēng)筒容易出現(xiàn)破斷問題，為此供風(fēng)風(fēng)筒采用新型大直徑拉鏈?zhǔn)娇焖龠B接風(fēng)筒，不僅便于風(fēng)筒連接而且降低連接位置風(fēng)筒漏風(fēng)率。風(fēng)筒直徑為1000mm、長度為10000mm。

(2)通風(fēng)效果分析

6505運輸巷掘進(jìn)通風(fēng)過程中采取保持風(fēng)筒平順、減少彎曲度以及安裝風(fēng)筒卸壓裝置等提高風(fēng)筒通風(fēng)效果?，F(xiàn)場應(yīng)用后，掘進(jìn)工作面風(fēng)量、風(fēng)壓均可滿足現(xiàn)場需要，確保了運輸巷掘進(jìn)安全。具體巷道掘進(jìn)4000m時掘進(jìn)迎頭通風(fēng)情況見表3。

表3 掘進(jìn)迎頭通風(fēng)情況

4.總結(jié)

在對煤礦井下常用的局部通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行分析基礎(chǔ)上，依據(jù)6505運輸巷實際通風(fēng)條件，提出采用單風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式為超長距離巷道供風(fēng)，并具體確定風(fēng)機(jī)型號（FBDNo8.0）、風(fēng)筒直徑（1000mm）及材質(zhì)?，F(xiàn)場應(yīng)用后，掘進(jìn)巷道風(fēng)量、風(fēng)速均可滿足需要，風(fēng)筒漏風(fēng)量較小，采用的局部通風(fēng)技術(shù)可滿足巷道掘進(jìn)需要，現(xiàn)場應(yīng)用取得顯著成果。