煤礦井下通風(fēng)逆向隔斷裝置的分析與應(yīng)用

裴軍軍

（山西省晉城市沁水縣應(yīng)急管理局，山西 晉城 048000）

引言

礦井通風(fēng)是指將新鮮空氣輸入礦井下，增加氧氣濃度，以稀釋并排除礦井中有毒、有害氣體和粉塵。為了使井下風(fēng)流沿指定路線流動(dòng)分配，就必須在巷道內(nèi)建筑引導(dǎo)控制風(fēng)流的構(gòu)筑物即通風(fēng)設(shè)施，它分為引導(dǎo)風(fēng)流和隔斷風(fēng)流的設(shè)施。新建大型礦井通風(fēng)系統(tǒng)以對(duì)角式、分區(qū)式為主，改擴(kuò)建的生產(chǎn)礦井以混合式為主。南凹寺煤礦井下在用的風(fēng)筒為普通油脂桶，普通油脂桶鐵皮薄、焊接點(diǎn)易透、不抗壓、易損壞、無(wú)隔斷裝置，無(wú)法被重復(fù)使用，不符合規(guī)定要求，必須進(jìn)行優(yōu)化改造，即在通風(fēng)系統(tǒng)中安裝一種逆向隔斷裝置。

1 煤礦井下通風(fēng)的逆向隔斷裝置的分析

1.1 結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)南凹寺煤礦煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)隔斷裝置的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種煤礦井下通風(fēng)的逆向隔斷裝置，結(jié)構(gòu)如圖1 所示，該煤礦井下通風(fēng)的逆向隔斷裝置主要包括通風(fēng)風(fēng)筒、通風(fēng)阻擋件、通風(fēng)阻擋板、逆向固定桿等組成。從圖1 可知，裝置中通風(fēng)風(fēng)筒呈圓柱狀，通風(fēng)風(fēng)筒的兩端開口、并與井下風(fēng)筒連接，通風(fēng)風(fēng)筒的中心軸與井下風(fēng)筒的中心軸相重合，通風(fēng)阻擋件位于通風(fēng)風(fēng)筒內(nèi)，通風(fēng)阻擋件由兩個(gè)呈半圓形的通風(fēng)阻擋板組成[1-2]。

圖1 煤礦井下通風(fēng)的逆向隔斷裝置結(jié)構(gòu)示意圖

逆向固定桿位于通風(fēng)風(fēng)筒內(nèi)，逆向固定桿的兩端與通風(fēng)風(fēng)筒的內(nèi)壁固定連接，逆向固定桿沿著通風(fēng)風(fēng)筒的橫切面的直徑設(shè)置，兩個(gè)通風(fēng)阻擋板的直線邊沿與逆向固定桿相互平行并相互鉸接、且兩個(gè)通風(fēng)阻擋板相互配合形成一個(gè)面積小于通風(fēng)風(fēng)筒橫截面的圓形的通風(fēng)阻擋件，通風(fēng)阻擋件用于：在正向風(fēng)流下，兩個(gè)通風(fēng)阻擋板相互靠攏，保證正常通風(fēng)，在反向風(fēng)流下，兩個(gè)通風(fēng)阻擋板相互配合形成一個(gè)圓板，阻擋反向風(fēng)流通過(guò)通風(fēng)風(fēng)筒。

從圖2 可知，通風(fēng)風(fēng)筒內(nèi)壁上固定連接有多個(gè)反向阻擋塊5，多個(gè)反向阻擋塊環(huán)繞通風(fēng)風(fēng)筒內(nèi)壁一周均勻設(shè)置，多個(gè)反向阻擋塊沿著通風(fēng)風(fēng)筒內(nèi)壁徑向設(shè)置，反向阻擋5 用于阻止兩個(gè)通風(fēng)阻擋板的夾角＞180°[3-4]，各反向阻擋塊位于通風(fēng)阻擋板的板面與通風(fēng)風(fēng)筒橫切面相互平行的平行面上。當(dāng)兩個(gè)通風(fēng)阻擋板受到反向風(fēng)力后，就會(huì)相互配合形成一個(gè)圓形的通風(fēng)阻擋件，相當(dāng)于在通風(fēng)風(fēng)筒內(nèi)形成一個(gè)面積略小于通風(fēng)風(fēng)筒的板面，以此來(lái)阻擋反向的風(fēng)流通過(guò)通風(fēng)風(fēng)筒，如果反向的風(fēng)速較大的話，很容易將兩個(gè)通風(fēng)阻擋板吹翻，進(jìn)而損壞通風(fēng)阻擋板與逆向固定桿的鉸接連接關(guān)系，因此，在通風(fēng)風(fēng)筒上設(shè)置多個(gè)反向阻擋塊，可以對(duì)兩個(gè)通風(fēng)阻擋板進(jìn)行阻擋，避免兩個(gè)通風(fēng)阻擋板受反向風(fēng)的影響而兩者的夾角＞180°，即被吹翻[5]。

圖2 通風(fēng)風(fēng)筒橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖

通風(fēng)阻擋板的兩個(gè)板面為正向板面和反向板面，如上頁(yè)圖2 所示，正向板面面向正向來(lái)風(fēng)一側(cè)，反向板面面向反向來(lái)風(fēng)一側(cè)，反向板面上固定連接有防貼合塊，防貼合塊用于防止兩個(gè)通風(fēng)阻擋板受到正向來(lái)風(fēng)后貼合在一起。當(dāng)兩個(gè)通風(fēng)阻擋板受到正向風(fēng)力后，就會(huì)相互靠攏，減小對(duì)正向風(fēng)力的影響，但是當(dāng)正向風(fēng)力較大時(shí)，容易使得兩個(gè)通風(fēng)阻擋板相互貼合，如果兩個(gè)通風(fēng)阻擋板貼合后，在受到反向風(fēng)力時(shí)就無(wú)法展開阻擋反向風(fēng)，因此在通風(fēng)阻擋板的反向板面上固定連接防貼合塊，阻止兩個(gè)通風(fēng)阻擋板相互貼合，始終保證一定的夾角，方便受到反向風(fēng)力后展開以阻止方向分通過(guò)。

1.2 工作原理

該裝置通過(guò)設(shè)置通風(fēng)阻擋件，使得正向風(fēng)流可以自由通過(guò)，當(dāng)發(fā)生反向風(fēng)流時(shí)，通風(fēng)阻擋件自然展開，保證反向風(fēng)無(wú)法通過(guò)通風(fēng)風(fēng)筒，防止風(fēng)流逆轉(zhuǎn)進(jìn)入局部通風(fēng)機(jī)或串聯(lián)風(fēng)造成瓦斯爆炸事故。

2 工業(yè)性試驗(yàn)

2.1 工程概況

山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司位于山西省晉城市沁水縣嘉峰鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60 萬(wàn)t/年。該煤礦開拓方式為斜井開拓；井筒數(shù)量為3 個(gè)；開采水平為+410 m；現(xiàn)采煤層為3 號(hào)；采煤工藝為綜采；瓦斯等級(jí)為高瓦斯；水文地質(zhì)類型為中等；自燃傾向性為不易自燃。南凹寺煤礦井下應(yīng)用的風(fēng)筒為普通油脂桶，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于風(fēng)門四周圍巖墻體來(lái)壓增大，因油脂桶鐵皮薄易導(dǎo)致風(fēng)筒受壓變形，同時(shí)因風(fēng)筒內(nèi)沒(méi)有設(shè)置逆向隔斷裝置，無(wú)法阻止風(fēng)流反向的發(fā)生。因此針對(duì)這一情況，必須對(duì)該風(fēng)筒進(jìn)行優(yōu)化改造，確保井下通風(fēng)系統(tǒng)的安全。

2.2 煤礦井下通風(fēng)的逆向隔斷裝置的制作

將3～5 mm 鋼板制作成與井下通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)筒等徑、長(zhǎng)度為1 300 mm 的通風(fēng)風(fēng)筒，利用兩個(gè)半圓形的鐵板和多個(gè)合頁(yè)來(lái)制作兩個(gè)通風(fēng)阻擋板，并將兩個(gè)通風(fēng)阻擋板鉸接在逆向固定桿上，并將逆向固定桿焊接在通風(fēng)風(fēng)筒內(nèi)。

在正向正常通風(fēng)時(shí)，兩個(gè)通風(fēng)阻擋板靠攏，風(fēng)流正常通過(guò)；當(dāng)受到?jīng)_擊，風(fēng)流反向時(shí)，兩個(gè)通風(fēng)阻擋板展開，防止風(fēng)流逆轉(zhuǎn)進(jìn)入局部通風(fēng)機(jī)或串聯(lián)風(fēng)造成瓦斯爆炸事故。

3 應(yīng)用效果分析

南凹寺煤礦井下通風(fēng)逆向隔斷裝置安裝在3308 工作面一回防突風(fēng)門處，通風(fēng)系統(tǒng)工作正常，當(dāng)發(fā)生與瓦斯突出事故中后，大量高濃瓦斯由工作面涌出，并經(jīng)迎頭風(fēng)筒口倒灌入風(fēng)筒，當(dāng)高濃瓦斯通過(guò)風(fēng)筒，流經(jīng)礦用風(fēng)筒逆向隔斷裝置時(shí)觸動(dòng)礦用風(fēng)筒逆向隔斷裝置使其動(dòng)作，阻止高濃瓦斯涌入新鮮風(fēng)流中，實(shí)踐應(yīng)用效果理想。

該煤礦井下通風(fēng)逆向隔斷裝置的成本較低。原制作一個(gè)鐵質(zhì)風(fēng)筒原材料為廢舊油桶，人工費(fèi)300 元，僅為一次性使用，按照一個(gè)掘進(jìn)工作面挪移3 次風(fēng)機(jī)，構(gòu)筑3 次防突風(fēng)門，一組風(fēng)門需要2 個(gè)，需制作6個(gè)，合計(jì)1 800 元；現(xiàn)制作一個(gè)逆向隔斷裝置，原材料成本大約1 000 元，人工費(fèi)500 元，合計(jì)1 500 元，一組風(fēng)門需要2 個(gè)，共計(jì)3 000 元，可重復(fù)使用。該裝置安全經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。