掘進工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)方案的設(shè)計與應(yīng)用分析

郭玉璽

（晉能控股煤業(yè)集團首陽煤礦， 山西 晉城 046700）

引言

隨著煤礦開采自動化程度的不斷提升，礦井的掘進速度和綜掘面長度都得到了很大提升，因此對礦井通風(fēng)系統(tǒng)性能的要求也在不斷提高。近年來，局部通風(fēng)技術(shù)得到了顯著的發(fā)展，當(dāng)前較為常見的包括單巷單風(fēng)機壓入式、通風(fēng)機間隔串聯(lián)以及通風(fēng)機并聯(lián)等，這些技術(shù)具有扎實的理論分析過程以及較好的實際使用效果，為礦井局部通風(fēng)技術(shù)的提升提供了良好的借鑒。晉能控股煤業(yè)集團首陽煤礦隨著掘進工作的不斷推進、掘進深度的增加，導(dǎo)致掘進工作面的有效風(fēng)量無法滿足實際需求，因此需要對局部通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化改進。

1 某掘進工作面概況

所選煤礦煤層的開采方式為綜采，巷道斷面呈矩形，長度為5 m，寬度為4 m，巷道總長度為2 000 m，需要通風(fēng)的長度在1 500～2 000 m 之間。煤層均厚為3.5 m，整體走勢較為平穩(wěn)，可開采區(qū)域較大。煤層整體較為穩(wěn)定，主要組成成分為砂質(zhì)泥巖和泥巖，平均厚度0.28 m[1-2]。由于掘進工作面長度較長且所處區(qū)域較深，因此現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)難以滿足實際需求，可提供的風(fēng)量不足以支撐掘進工作面正常運行，使得工作面氧氣比例下降，有害氣體比例上升，不僅導(dǎo)致煤礦的掘進工作難以順利推進，還會給操作人員的施工安全帶來嚴重威脅。

2 通風(fēng)方案設(shè)計

2.1 局部通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)

根據(jù)礦井掘進工作面的實際工作情況進行局部通風(fēng)方案的優(yōu)化，優(yōu)化后的方案需要滿足以下幾點：優(yōu)化后的局部通風(fēng)系統(tǒng)每年的運行時間不低于330 d，能夠適應(yīng)綜采工作面的實際工作需求。當(dāng)前綜采工作面采取“三班倒”生產(chǎn)的方式，每班生產(chǎn)時間8 h；生產(chǎn)方式為綜合機械化掘進的方式，使用的綜掘機是EQJ-20型，該型號綜掘機的生產(chǎn)能力能夠達到0.126 Mt/年。

2.2 通風(fēng)方案

首先對煤礦掘進工作面的通風(fēng)要求進行分析，掘進巷道斷面面積較大且整體距離較長，因此對于通風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)速提出了較高要求。綜掘工作面煤層均厚為3.5 m，整體走勢較為平穩(wěn)，可開采區(qū)域較大，煤層整體較為穩(wěn)定。根據(jù)煤層的地質(zhì)情況以及局部通風(fēng)系統(tǒng)的實際使用要求，初步制定出兩套局部通風(fēng)方案。

2.2.1 局部通風(fēng)方案Ⅰ

綜掘工作面采取單巷掘進，進風(fēng)巷以及回風(fēng)巷聯(lián)合掘進的方式。其中獨頭巷位置通風(fēng)距離的要求為2 000 m，僅僅依靠局部通風(fēng)機難以實現(xiàn)，需要配合風(fēng)筒進行使用并選取功率較大的局部通風(fēng)機，確保獨頭巷巷道內(nèi)部的瓦斯氣體濃度不超過1%，進而降低操作人員的勞動強度，保證操作人員的工作安全[3-4]。該方案存在的不足之處在于進風(fēng)巷以及回風(fēng)巷使用的是同一個巷道，回風(fēng)過程中部分廢氣會存留在進風(fēng)巷道內(nèi)，隨著進風(fēng)巷道的工作推進而被帶入礦井內(nèi)部，對礦井內(nèi)部氣體造成一定的污染。

2.2.2 局部通風(fēng)方案Ⅱ

綜掘工作面采取雙巷平行掘進的方式，巷道整體采取全風(fēng)壓和局部通風(fēng)機相結(jié)合的通風(fēng)方式，確保綜采工作面上各個設(shè)備的作業(yè)效率和作業(yè)效果能夠最大程度發(fā)揮。平行掘進的兩個巷道之間每55 m 布置一個封閉或未封閉的聯(lián)絡(luò)巷，構(gòu)建一個進風(fēng)巷道和回風(fēng)巷道相分離的全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，雙巷平行掘進示意圖如下頁圖1 所示。局部通風(fēng)設(shè)備安放在進風(fēng)巷內(nèi)，隨著掘進工作面的深入而推進，縮短通風(fēng)距離，提升通風(fēng)效果，在巷道斷面面積較大以及掘進距離較長的綜掘工作面中使用效果較好。局部通風(fēng)系統(tǒng)的使用效果和局部通風(fēng)設(shè)備的位置以及巷道密封性存在密切聯(lián)系，因此在巷道掘進過程中，需要確保局部通風(fēng)設(shè)備的及時推進，以及聯(lián)絡(luò)巷的密封效果，避免因為聯(lián)絡(luò)巷漏風(fēng)較為嚴重導(dǎo)致巷道出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)現(xiàn)象。

圖1 雙巷平行掘進示意圖

2.3 局部通風(fēng)系統(tǒng)方案優(yōu)選

從經(jīng)濟性和安全性的角度對兩種局部通風(fēng)系統(tǒng)方案進行分析比較，局部通風(fēng)系統(tǒng)方案分析結(jié)果如表1 所示。根據(jù)表1 不難發(fā)現(xiàn)，方案Ⅱ系統(tǒng)整體較為簡單、安全管理工作量較小、風(fēng)筒工作效果較好、維護成本較低，顯著強于方案Ⅰ。從經(jīng)濟性角度進行分析，方案Ⅱ建設(shè)過程中成本較高，但是使用過程中維護較為簡單且成本較低，并且可以實現(xiàn)回風(fēng)巷的循環(huán)利用，總體經(jīng)濟成本較低[5-6]。

表1 局部通風(fēng)系統(tǒng)方案分析結(jié)果

3 局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 通風(fēng)設(shè)備選型

礦井局部通風(fēng)機選取型號為旋式FBCDZ6.3/2×30 kW，局部通風(fēng)機參數(shù)如表2 所示。整個局部通風(fēng)系統(tǒng)共布置8 臺局部通風(fēng)機，根據(jù)風(fēng)量等參數(shù)以及工作面實際情況進行計算，該種布置方式能夠滿足礦井實際生產(chǎn)需求，方案經(jīng)濟成本也顯著下降。

表2 局部通風(fēng)機參數(shù)

3.2 風(fēng)筒選型

風(fēng)筒的型號選擇過程中綜合考慮漏風(fēng)量、風(fēng)阻、操作簡單以及經(jīng)濟成本較低等方面，此外還要和局部通風(fēng)機相適應(yīng)，因此選擇Φ800 mm×10 m 的特質(zhì)風(fēng)筒，風(fēng)筒性能參數(shù)如表3 所示，能夠滿足掘進工作面通風(fēng)系統(tǒng)實際需求。

表3 風(fēng)筒性能參數(shù)

3.3 控制功能

局部通風(fēng)系統(tǒng)自動化程度較高，能夠根據(jù)風(fēng)量要求的變化對通風(fēng)機轉(zhuǎn)速、輸出風(fēng)量以及風(fēng)壓等參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)，還可以選擇手動調(diào)節(jié)模式，例如瓦斯含量超標時，手動切換為大功率排放狀態(tài)，確保施工人員的人身安全。此外局部通風(fēng)系統(tǒng)還采用“雙電源、雙風(fēng)機”的工作模式，確保通風(fēng)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。

4 應(yīng)用效果分析

為了對優(yōu)化后的局部通風(fēng)系統(tǒng)進行檢驗，在綜掘工作面中使用該局部通風(fēng)系統(tǒng)并進行長達半年的監(jiān)測記錄。記錄結(jié)果顯示，優(yōu)化后的局部通風(fēng)系統(tǒng)實際使用效果較好，運行過程較為穩(wěn)定。相較于原有系統(tǒng)，優(yōu)化后的系統(tǒng)顯現(xiàn)出使用能耗較低、風(fēng)量充足、工作效率較高以及同掘進過程相適應(yīng)等優(yōu)勢。對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析可得，優(yōu)化后的局部通風(fēng)系統(tǒng)有效風(fēng)量率從65.4%提升至93%，提升幅度為27.6%；風(fēng)機裝置效率從45.3%提升至67.5%，提升幅度為22.2%，實際提升效果較為明顯。