防止礦井瓦斯超限的新型通風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

宋龍龍

（晉城金駒實(shí)業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 礦區(qū)通風(fēng)裝置應(yīng)用情況

在煤礦開采過(guò)程中產(chǎn)生的大量瓦斯氣體，不斷聚集，其濃度也會(huì)隨之不斷增加，使礦坑內(nèi)窒息、爆炸等事故發(fā)生的概率增加。因此，在地下巷道施工過(guò)程中，必須設(shè)置一定的通風(fēng)、換氣裝置，使瓦斯氣體能夠快速消散，保證開采工作安全、有效的進(jìn)行。

山西是煤礦開采大省，早期煤礦井內(nèi)采取的均為傳統(tǒng)通風(fēng)裝置，即在井內(nèi)設(shè)置通風(fēng)管道，并采取風(fēng)扇等強(qiáng)力通風(fēng)設(shè)備帶動(dòng)空氣流通，某些礦井還會(huì)在管道中設(shè)置過(guò)濾裝置，在保證礦井通風(fēng)的同時(shí)，還能過(guò)濾空氣中的煤粉等較大顆粒物。通過(guò)對(duì)礦區(qū)通風(fēng)裝置進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)這種通風(fēng)裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，過(guò)濾網(wǎng)直接固定在管道的內(nèi)部，隨著煤粉在過(guò)濾網(wǎng)上不斷累積，在對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清理時(shí)，需要將整段管道拆除下來(lái)再進(jìn)行濾網(wǎng)的更換，安拆過(guò)程不但非常繁瑣，還會(huì)耗費(fèi)較多的人力和物力[1-2]。如果在使用過(guò)程中，因煤粉渣塊較大堵住過(guò)濾網(wǎng)，清理工作也需要耗費(fèi)較大的人力，清理時(shí)間也會(huì)比較長(zhǎng)，對(duì)煤礦開采工作效率會(huì)造成一定的影響。因此，采取一種有效的方法和措施清理和拆除管道過(guò)濾網(wǎng)，對(duì)保證煤礦開采效率是一項(xiàng)重要的保障。

2 新型防止瓦斯超限通風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 通風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述分析，主要針對(duì)通風(fēng)裝置的不足之處，在原基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的優(yōu)化，加強(qiáng)了通風(fēng)效果，新的通風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)可見圖1。

圖1 新型防止煤礦瓦斯超限的通風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)

在新型通風(fēng)裝置的頂部，共設(shè)置了兩個(gè)通風(fēng)管道和過(guò)濾箱，其中過(guò)濾箱設(shè)計(jì)為開口形式，通風(fēng)管道則安裝在過(guò)濾箱的兩側(cè)，設(shè)置為轉(zhuǎn)動(dòng)模式；在通風(fēng)管道上，分別安裝一個(gè)氣缸保證通風(fēng)效果；在氣缸的輸出軸位置處，還設(shè)置了一個(gè)固定板，兩塊固定板應(yīng)沿相同方向安裝，相互靠近一側(cè)應(yīng)與過(guò)濾箱的外壁相靠近。密封槽設(shè)置在過(guò)濾箱的頂部位置處；密封蓋板設(shè)置在過(guò)濾器的上部，便于起閉操作；為保證密封效果，密封圈應(yīng)從底部延伸至密封槽內(nèi)，并在底部位置處進(jìn)行固定，密封圈的型號(hào)和尺寸應(yīng)與插槽相匹配，否則達(dá)不到密封效果。隔板的上部應(yīng)與插槽上方高度一致，并與通風(fēng)裝置的蓋板相連接；空氣濾網(wǎng)則安裝在隔板上即可。濾網(wǎng)的支撐板應(yīng)安裝在過(guò)濾箱的底部位置處，并做好固定；刮板與過(guò)濾網(wǎng)配合使用，型號(hào)選擇應(yīng)相匹配，安裝在轉(zhuǎn)軸上，但應(yīng)靠近隔板的一側(cè)。連桿安裝在支撐板和隔板之間，并轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在過(guò)濾箱的底部。兩個(gè)傘齒之間應(yīng)能夠相互嚙合，分別安裝在連桿和轉(zhuǎn)軸上，通過(guò)嚙合帶動(dòng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)。電機(jī)為過(guò)濾裝置的傳動(dòng)部分，安裝在過(guò)濾箱的底部，將設(shè)備的連桿與電動(dòng)機(jī)的輸出軸相連，電動(dòng)機(jī)即可帶動(dòng)設(shè)備運(yùn)行[3-4]。

在過(guò)濾箱的兩側(cè)外壁處，均安裝有固定支板，支板通過(guò)螺栓與蓋板連接到一起，在蓋板的頂部位置處安裝有提手。為避免電機(jī)運(yùn)行安裝，在電機(jī)的外側(cè)還安裝了防護(hù)罩。在過(guò)濾箱的內(nèi)部位置處開設(shè)了軸承孔一，與通風(fēng)管上的密封軸承相連。在支撐板的位置處，可開設(shè)軸承孔二，軸承二位于轉(zhuǎn)軸上，兩者固定連接。在過(guò)濾箱的底部?jī)?nèi)部位置處開設(shè)孔三，軸承三位于連桿上，兩者固定連接。

2.2 工作原理

在初始狀態(tài)下，設(shè)備與管道之間的連接應(yīng)密封且固定良好，所有設(shè)備初始運(yùn)行狀態(tài)良好，氣缸的輸出軸為伸出狀態(tài)。

隨著電機(jī)啟動(dòng)，設(shè)備進(jìn)入到通風(fēng)狀態(tài)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)將會(huì)帶著設(shè)備的輸出軸隨之運(yùn)動(dòng)，此時(shí)與連桿相連的傘齒一也會(huì)隨之運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而與傘齒二產(chǎn)生嚙合，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸開始運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)刮板在濾網(wǎng)上轉(zhuǎn)動(dòng)，過(guò)濾網(wǎng)上的煤粉就會(huì)隨著刮板的運(yùn)動(dòng)被刮下來(lái)，讓濾網(wǎng)保持良好的工作狀態(tài)[5-6]。

當(dāng)使用一段時(shí)間之后，過(guò)濾箱中的煤粉累計(jì)較多時(shí)，需要將更換濾網(wǎng)、清理煤粉。此時(shí)可以擰出支板和蓋板位置處的螺栓，即可手動(dòng)提出蓋板和隔板，更換和清理工作非常方便。清理煤粉時(shí)，可使氣缸的輸出軸縮回，此時(shí)過(guò)濾箱就會(huì)失去加持和固定，只需翻轉(zhuǎn)過(guò)濾箱即可將其中的煤粉全部倒出。待處理完多余煤粉之后，需將過(guò)濾箱轉(zhuǎn)回原位置處，并啟動(dòng)氣缸的輸出軸伸出，同時(shí)將隔板插入到插槽內(nèi)，恢復(fù)通風(fēng)裝置到工作狀態(tài)[7]。

3 工業(yè)性應(yīng)用

3.1 工程概況

山西某礦的總面積達(dá)4.76 km2，勘探煤礦總儲(chǔ)量255.4 萬(wàn)t。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采煤情況調(diào)查可知，主采煤層位于3 號(hào)煤層，煤種為沁水無(wú)煙煤。此煤種的機(jī)械強(qiáng)度較大，煤礦中含硫元素較低，發(fā)熱量較高，是化工產(chǎn)業(yè)的優(yōu)質(zhì)煤品。

該礦區(qū)3305 回采工作面的橫向工作長(zhǎng)度達(dá)到239 m，采礦總面積達(dá)到32982 m2，其中傾斜長(zhǎng)度達(dá)138 m。3 號(hào)煤層為主要開采區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的煤種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，平均煤層厚度為6.36 m，煤層傾角7°。由于煤層埋藏厚度較大，開采巷道通風(fēng)透氣性比較差，需要采取強(qiáng)制通風(fēng)措施。根據(jù)前期檢測(cè)可知，開采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量瓦斯和二氧化碳?xì)怏w，其中瓦斯氣體的絕對(duì)涌出量為1.41 m3/min，二氧化碳絕對(duì)涌出量為0.3 m3/min[8-9]。

其通風(fēng)系統(tǒng)：外界新風(fēng)經(jīng)斜井→煤礦材料出礦→3305 運(yùn)輸順槽→工作面；在乏風(fēng)工作狀態(tài)下，工作面→3305 回風(fēng)順槽→回風(fēng)上山→總回風(fēng)→回風(fēng)立井排出地面。在此系統(tǒng)中，主要使用到的通風(fēng)設(shè)施為可調(diào)節(jié)風(fēng)窗和風(fēng)門。

該煤礦區(qū)有其他開采較早的工作面，低下礦井中均設(shè)置了強(qiáng)制通風(fēng)裝置，以保證地下工作面內(nèi)的空氣流動(dòng)，降低巷道內(nèi)部的瓦斯氣體濃度，保證采礦人員的工作安全。在實(shí)際使用過(guò)程中，因過(guò)濾裝置直接安裝在通風(fēng)管道內(nèi)部，導(dǎo)致濾網(wǎng)很容易被煤粉渣堵住，而每次清理堵住的過(guò)濾網(wǎng)需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，不僅影響通風(fēng)裝置的工作效率，還使采礦人員處于不安全的環(huán)境中工作。對(duì)于這一情況，3305 回采工作面采用了新型的通風(fēng)裝置，極大地提升了設(shè)備的工作效率，以下將針對(duì)新設(shè)備的應(yīng)用展開深入分析。

3.2 應(yīng)用效果分析

截至2021 年12 月，3305 回采工作面安裝使用新型通風(fēng)設(shè)備之后，設(shè)備使用效果良好，巷道內(nèi)部通風(fēng)效果也十分理想。通過(guò)每日對(duì)巷道內(nèi)部瓦斯氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)記錄發(fā)現(xiàn)，新型通風(fēng)設(shè)備工作效率較好，能夠有效降低瓦斯氣體和二氧化碳?xì)怏w的濃度，基本消除了瓦斯氣體對(duì)工作面的影響。同時(shí)，在進(jìn)行過(guò)濾網(wǎng)更換、粉煤灰處理時(shí)，操作步驟簡(jiǎn)便很多，耗費(fèi)時(shí)間也相對(duì)降低了很多。由此可知，在3305 回采工作面采用新型通風(fēng)裝置后，取得了較好的通風(fēng)效果，改善了采礦巷道內(nèi)部環(huán)境，提高了企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

山西某煤礦在3305 回采工作面煤礦開采工作中，使用了新型的通風(fēng)裝置，獲得了較好的應(yīng)用效果。從通風(fēng)裝置安裝至2021 年12 月，各設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)量巷道內(nèi)部指標(biāo)正常，期間未發(fā)生過(guò)瓦斯氣體超限情況，說(shuō)明新型通風(fēng)裝置的應(yīng)用效果非常理想。相對(duì)于傳統(tǒng)通風(fēng)裝置，新設(shè)備清理煤灰、更換過(guò)濾網(wǎng)等操作十分簡(jiǎn)便，大幅度提高了3305 回采工作面的通風(fēng)效率，為采礦工作人員提供了良好的工作環(huán)境。本次使用的新型通風(fēng)裝置安裝成本較低，使用方便且效果明顯，具有良好的市場(chǎng)價(jià)值，可在煤礦行業(yè)進(jìn)行推廣。