超長距離掘進(jìn)巷道通風(fēng)安全保障技術(shù)研究

鈕劍武

（汾西礦業(yè)集團(tuán)靈北煤礦，山西 靈石 031302）

引言

隨著現(xiàn)代化礦井建設(shè)工作不斷推進(jìn)，采煤工作面推進(jìn)速度不斷增加，通過布置超長距離回采工作面可減少采面搬家倒面次數(shù)并減少保護(hù)煤柱積煤量，對提高煤炭生產(chǎn)效益具有一定促進(jìn)意義[1-2]。通風(fēng)可為巷道掘進(jìn)提供源源不斷的新鮮風(fēng)流，并降低巷道掘進(jìn)迎頭有害氣體、粉塵等濃度，是實現(xiàn)巷道安全高效掘進(jìn)的基礎(chǔ)[3]。為此，眾多的研究學(xué)者對超長距離巷道掘進(jìn)工作展開研究，雖然取得較好的應(yīng)用成果，但是工程應(yīng)用期間仍不同程度存在風(fēng)機、風(fēng)筒等選擇困難等問題[4-7]。山西某礦為實現(xiàn)高效集約化生產(chǎn)，規(guī)劃的采煤工作面推進(jìn)距離可達(dá)4 000 m 以上，掘進(jìn)巷道最遠(yuǎn)通風(fēng)距離接近5 000 m。該礦3506 運輸巷掘進(jìn)采用掘錨一體機、連采機等現(xiàn)代化綜掘設(shè)備。產(chǎn)距離巷道掘進(jìn)時，在掘進(jìn)迎頭不同程度存在粉塵量大、瓦斯涌出等問題，為此文中就在以往研究成果基礎(chǔ)并依據(jù)巷道現(xiàn)場實際情況，提針對性提出超長距離掘進(jìn)巷道通風(fēng)以及安全保障技術(shù)措施，以期更好的促進(jìn)礦井煤炭開采工作開展。

1 超長距離掘進(jìn)巷道通風(fēng)方式選擇及通風(fēng)設(shè)備確定

現(xiàn)階段礦井長距離掘進(jìn)巷道常用的通風(fēng)技術(shù)措施包括有局部通風(fēng)機串聯(lián)通風(fēng)、局部通風(fēng)機并聯(lián)通風(fēng)、增加通風(fēng)立眼、雙巷平行掘進(jìn)、單巷單機通風(fēng)以及構(gòu)造風(fēng)庫等類型。上述不同的掘進(jìn)巷道通風(fēng)技術(shù)在國內(nèi)煤炭開采企業(yè)中均有應(yīng)用，但是巷道在選擇通風(fēng)方式時應(yīng)依據(jù)掘進(jìn)巷道現(xiàn)場地質(zhì)條件、通風(fēng)長度以及通風(fēng)經(jīng)濟(jì)效益等方面綜合確定。具體不同局部通風(fēng)方式優(yōu)缺點比對表，如表1 所示。

表1 不同局部通風(fēng)方式優(yōu)缺點比對表

3506 運輸巷通風(fēng)最遠(yuǎn)距離超過4 000 m，采面通風(fēng)采用U 型，若使用雙巷掘進(jìn)勢必會增加掘進(jìn)工程量；若通過增加通風(fēng)立眼方式不僅會大幅增加通風(fēng)成本而且會延長采面采掘接替時間；局部通風(fēng)機并聯(lián)通風(fēng)的主要目的是解決短距離巷道風(fēng)量不足問題，無法滿足常超距離掘進(jìn)巷道通風(fēng)需要。因此，可以選擇使用單巷單機通風(fēng)、單巷串聯(lián)通風(fēng)以及構(gòu)筑風(fēng)庫等通風(fēng)方式，具體不同通風(fēng)方式時管理、安全以及維護(hù)量等對比情況，如表2 所示。

表2 超長距離掘進(jìn)巷道通風(fēng)方案對比表

從表2 可知，若采用單巷串聯(lián)通方式進(jìn)行通風(fēng)，則相對于單巷單機通風(fēng)、構(gòu)筑風(fēng)庫通風(fēng)方式可行性較差，需要對協(xié)調(diào)控制2 臺局部通風(fēng)機；同時在局部通風(fēng)機風(fēng)筒連接處容易出現(xiàn)安全事故，通風(fēng)阻力也較大。采用構(gòu)筑風(fēng)庫方式雖然可滿足通風(fēng)需要，但是卻不適宜采用變頻通風(fēng)設(shè)備，在局部通風(fēng)期間存在能耗大、不經(jīng)濟(jì)等問題。因此，綜合分析，提出采用于單巷單機通風(fēng)方式為超長距離巷道掘進(jìn)供風(fēng)。

在局部通風(fēng)機工作期間，使用單巷單機通風(fēng)并配合大孔徑風(fēng)筒（直徑1 000 mm）、通風(fēng)安全保障措施等為超長距離巷道進(jìn)行供風(fēng)。

2 通風(fēng)機選型以及安全保證措施

2.1 局部通風(fēng)機選型

根據(jù)3506 運輸巷現(xiàn)場實際條件，對掘進(jìn)迎頭供風(fēng)量進(jìn)行確定，具體理論計算得到的掘進(jìn)迎頭供風(fēng)量，如表3 所示。從表3 得知，掘進(jìn)迎頭最小供風(fēng)量需要控制在320.4 m3/min 以上，采用理論公式計算得到使用的局部通風(fēng)機最小風(fēng)量應(yīng)控制在680.4 m3/min以上。根據(jù)現(xiàn)場情況采用理論計算公式求得局部通風(fēng)機風(fēng)壓應(yīng)控制在4139.7 Pa 以上。

表3 掘進(jìn)迎頭需風(fēng)量計算結(jié)果m3/min

現(xiàn)階段礦井普遍采用FBD 系列局部通風(fēng)機進(jìn)行通風(fēng)，根據(jù)上述分析得知，在掘進(jìn)巷道通風(fēng)困難時期通風(fēng)需要的風(fēng)壓、風(fēng)量分別應(yīng)在4139.7 Pa、680.4 m3/min以上。根據(jù)各個局部通風(fēng)機工作特點以及工況情況，并結(jié)合現(xiàn)場通風(fēng)需求，提出采用FBDNO8.0/2 局部通風(fēng)機為采面進(jìn)行供風(fēng)。局部通風(fēng)機配套采用的風(fēng)筒為直徑1 000 mm、單節(jié)長度10 m 的拉鏈?zhǔn)斤L(fēng)筒。

2.2 超長距離局部通風(fēng)減漏及節(jié)能技術(shù)

2.2.1 通風(fēng)減漏技術(shù)措施

長距離掘進(jìn)巷道通風(fēng)期間通風(fēng)風(fēng)筒最為常見的漏風(fēng)點集中在風(fēng)筒連接位置，傳統(tǒng)的風(fēng)筒連接多是通過大活環(huán)單邊接頭、雙邊接頭或者固定環(huán)單反接頭方式，采用上述接頭方式時則不同程度面臨接頭位置漏風(fēng)量大、施工難度高等問題。為此在局部通風(fēng)時通風(fēng)風(fēng)筒接頭選擇采用拉鏈?zhǔn)娇焖俳宇^風(fēng)筒，采用此種風(fēng)筒連接方式時具備有風(fēng)阻低、漏風(fēng)率小、風(fēng)筒質(zhì)量輕以及承受風(fēng)壓高等優(yōu)點，可滿足巷道超長距離供風(fēng)需要。

2.2.2 節(jié)能技術(shù)措施

通風(fēng)機選型按照通風(fēng)最困難時期確定，但是巷道掘進(jìn)前期由于通風(fēng)距離短，需要的通風(fēng)風(fēng)壓以及風(fēng)量等均較小，掘進(jìn)巷道局部通風(fēng)機長時間處于低負(fù)載工作狀態(tài)，則存在一定程度的電能浪費。為此，采用變頻器對局部通風(fēng)機通風(fēng)進(jìn)行控制。在巷道掘進(jìn)前期局部通風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速的60%～70%，在滿足通風(fēng)需要的同時降低能耗；在通風(fēng)中后期則轉(zhuǎn)速調(diào)整至額定轉(zhuǎn)速的80%～100%。通過在通風(fēng)前期降低局部通風(fēng)組轉(zhuǎn)速，來降低掘進(jìn)巷道通風(fēng)能耗。同時采用變頻控制可實現(xiàn)軟啟動，從而避免風(fēng)筒內(nèi)沖擊風(fēng)壓導(dǎo)致風(fēng)筒損壞。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

在3506 運輸巷掘進(jìn)通風(fēng)期間，采用FBDNO8.0/2局部通風(fēng)機配合大直徑拉鏈風(fēng)筒為巷道掘進(jìn)供風(fēng)，對巷道掘進(jìn)期間巷道供風(fēng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，具體監(jiān)測結(jié)果，如表4 所示。從表中可看出，巷道掘進(jìn)期間采用的局部通風(fēng)以及安全保障技術(shù)措施可滿足超遠(yuǎn)距離掘進(jìn)巷道供風(fēng)需求。

表4 巷道掘進(jìn)供風(fēng)參數(shù)監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)語

對現(xiàn)階段礦井巷道掘進(jìn)期間常用的通風(fēng)技術(shù)方法進(jìn)行分析，并結(jié)合3506 運輸巷實際需要，提出采用單巷單機方式為巷道掘進(jìn)供風(fēng)。采用理論計算方法確定巷道掘進(jìn)期間最小供風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)壓應(yīng)分別在680.4 m3/min、4 139.7 Pa 以上，根據(jù)比對分析提出采用FBDNO8.0/2 局部通風(fēng)機、配合大直徑風(fēng)筒進(jìn)行功能。對局部通風(fēng)期間局部通風(fēng)減漏及節(jié)能技術(shù)措施等進(jìn)行闡述?，F(xiàn)場應(yīng)用后，3506 運輸巷掘進(jìn)期間風(fēng)量始終可滿足需要，現(xiàn)場取得較好程果。