掘進工作面局部通風方案改進與應(yīng)用

鄧 晨

（西山煤電集團安全監(jiān)督檢查中心，山西 太原 030000）

0 引言

由于機械化設(shè)備在煤礦行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，業(yè)內(nèi)對其要求也越來越高。以某煤礦4103 工作面為例，目前回采巷道達2 000 m，在后期掘進長度及速度不斷增加的情況下，單巷掘進通風技術(shù)難度和管理難度也會不斷增加[1]，隨之還會出現(xiàn)一系列通風問題。為解決4103 掘進工作面的局部通風問題，需對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，確保建立一個安全經(jīng)濟且便于管理的通風系統(tǒng)，為井下安全高效生產(chǎn)提供保障。

1 地質(zhì)概況

某煤礦井田呈南北走向，長約4.11 km，寬約2.15 km，在井田的中部設(shè)有主井、副井、回風井及開拓大巷。目前4103 工作面掘進走向長為2 km，巷道斷面約20 m2，地面標高+1 065 m。4#煤層結(jié)構(gòu)簡單有規(guī)律，頂板為砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖、粉砂巖，煤層穩(wěn)定，全井可采。根據(jù)礦井開拓總體部署，利用綜合機械化傾斜長壁式采煤法，把開拓大巷兼做準備大巷進行開采，煤層平均厚度為3.51 m，工作面長度為243 m，日進度約3.85 m，年推進長度約為1 256 m，工作面由大巷一側(cè)掘進順槽巷道至井田邊界，在開切眼處安裝綜采設(shè)備，以后退式采煤機落煤，即向大巷方向回采。通風方式采用中央并列式機械抽出法，通風距離控制在1～2 km 之間。由于掘進開采時，工作面斷面和所需風量都比較大，普通的局部通風系統(tǒng)完全達不到供風要求，因而會出現(xiàn)風機故障停轉(zhuǎn)或風速過大等問題，都會造成瓦斯?jié)舛瘸藁虺霈F(xiàn)二次粉塵，進而影響掘進工作面無法在一個安全可靠的環(huán)境下高效進行[2]。

2 局部通風方案設(shè)計

針對該煤礦目前現(xiàn)狀，綜掘工作面采用EQJ-20型號的綜掘機掘進，年生產(chǎn)力為0.127 Mt，但隨著今后工作面的不斷增加，現(xiàn)有的通風系統(tǒng)很難滿足風量要求，需選擇經(jīng)濟合理、安全可靠的通風系統(tǒng)，以保證三班倒的生產(chǎn)，即每班8 h，且年運行時間至少330 d。現(xiàn)有兩種優(yōu)化方案可供選擇。

2.1 方案一：單行單機掘進巷道全長

設(shè)計單條巷道掘進全長，可根據(jù)掘進的長度選擇不同的通風設(shè)備，比如型號、功率、風筒大小等，在保證巷道快速掘進及人員安全的情況下，可采用主備用風機供風，掘進供風務(wù)必使掘進面和后巷的甲烷濃度不超過1%。由于僅有一條巷道，進風和回風都由此巷經(jīng)過，這樣勢必會造成一定的空氣污染，也會對井下工作人員的身體健康有嚴重危害。隨著掘進長度的不斷增加，如果風速過大，就會造成風筒撕裂，這樣既不利于風筒的維護和管理，還會給安全掘進帶來隱患[3]。

2.2 方案二：雙巷平行掘進、全風壓與局部通風機相結(jié)合的局部通風技術(shù)

設(shè)計兩條不同用途的巷道，可采用全風壓與局部通風相結(jié)合的通風技術(shù)。該技術(shù)適用于連續(xù)采煤機及其配套裝備的掘進工作面，在保證巷道掘進時不影響頂板支護的前提下，作業(yè)時可采用雙巷同時掘進的方式，來達到工藝的要求，雙巷之間還有聯(lián)絡(luò)巷。

雙巷平行掘進的方式充分發(fā)揮了連續(xù)采煤機及其配套裝備的優(yōu)勢，不僅可以高強度地連續(xù)作業(yè)，還為全風壓通風創(chuàng)造了良好的條件。如圖1 所示，設(shè)計一條巷道進風、另一巷道回風的全風壓通風系統(tǒng)，兩條巷道之間的聯(lián)絡(luò)巷間隔約50 m，并在進風巷中安設(shè)局部通風機。當聯(lián)絡(luò)巷封閉時，為了滿足長距離掘進時對風量及風速的要求，需通過移動通風機的位置來大大縮短供風距離。這種通風技術(shù)需建立在聯(lián)絡(luò)巷密閉不漏風的前提下，這就要求設(shè)施施工質(zhì)量高且能及時跟進，一是可以避免因局部通風機供風不足而出現(xiàn)循環(huán)風現(xiàn)象[4-5]；二是可以保證形成穩(wěn)定的全風壓通風系統(tǒng)。

圖1 4103 工作面

從安全可靠、技術(shù)可行的角度考慮，方案二比方案一更合適。

從經(jīng)濟合理的角度來看，方案二前期投資的成本確實高于方案一，在于多掘進了一條巷道和兩巷之間的聯(lián)絡(luò)巷。但作為回風巷的巷道可重復循環(huán)使用，這樣后期的投資會比方案一少。

綜上所述，不論從哪個角度考慮，方案二都明顯優(yōu)于方案一，故掘進工作面局部通風選擇方案二。

3 局部通風系統(tǒng)設(shè)計

3.1 通風設(shè)備選型

在某煤礦原有局部通風系統(tǒng)的設(shè)計上，再增加七、八臺局部通風機，繼續(xù)沿用之前的型號對旋式FBCDZ6.3，功率2×30 kW，風量260～630 m3/min，全壓1 200～6 650 Pa。按其額定風量和風壓，通過觀察現(xiàn)場瓦斯涌出的情況，并根據(jù)經(jīng)驗分析，該通風設(shè)備達到了綜掘工作面安全生產(chǎn)的要求，更為前期設(shè)計投資節(jié)約了成本。

3.2 風筒選型

為滿足綜掘工作面局部通風系統(tǒng)的要求，風筒的規(guī)格可選擇Φ800 mm×10 m 的特質(zhì)風筒，柔韌膠質(zhì)、成本低且維護方便；其百米漏風率為1.5%左右；在局部通風機的最大風量和風壓范圍內(nèi)；耐內(nèi)壓高于5 000 Pa，不易燃燒，符合風管的材質(zhì)要求。

4 效果分析

為了檢驗4103 掘進面通風技術(shù)優(yōu)化后通風系統(tǒng)的通風效果，現(xiàn)對其進行了通風系統(tǒng)的測定。

在對4103 掘進工作面安裝各種通風設(shè)備并進行調(diào)試后，通風技術(shù)優(yōu)化基本完成，讓其正常運轉(zhuǎn)兩三個月后，再對其風速、風量進行測定，測定結(jié)果如表1所示。

表1 風速、風量測定結(jié)果

從上表結(jié)果可以看出，通風系統(tǒng)優(yōu)化后，風量明顯得到了改善，同時風筒的供風長度也縮短了，局部通風機的能耗也降低了，達到了安全高效掘進4103工作面的目的。

優(yōu)化前后通風效果分析，如表2 所示?？梢钥闯鲈诓捎秒p巷平行掘進，全風壓與局部通風機相結(jié)合的局部通風技術(shù)后，4103 巷道掘進速度明顯加快，風機轉(zhuǎn)速提高了，還降低了局部風機能耗；風機效率較優(yōu)化前也提高了22.2%，達到了67.5%，滿足了風機要求；優(yōu)化后的有效風量率也大幅提高到92.9%，這樣每年可節(jié)約45 萬元左右的電費。事實證明，優(yōu)化后的通風系統(tǒng)不僅安全可靠，還高效節(jié)能。

表2 優(yōu)化前后通風效果對比

5 結(jié)論

1）隨著煤礦綜合機械化水平不斷提高，綜掘機在長距離、大斷面巷道掘進中更是被廣泛應(yīng)用。在雙巷平行掘進、全風壓與局部通風機相結(jié)合的局部通風技術(shù)充分發(fā)揮其高強度連續(xù)作業(yè)功能，不僅杜絕了掘進作業(yè)時瓦斯超限帶來的安全隱患問題，營造了一個安全可靠的井下環(huán)境，同時還降低了后期維修風機和風筒的成本，減輕了作業(yè)人員的勞動強度。

2）通過實際應(yīng)用，采用方案二局部通風技術(shù)后，風機裝置效率較優(yōu)化前提高了22.2%，有效風量率也大幅提高到92.9%，每年可節(jié)約45 萬元左右的電費，降低了風機能耗，滿足了高效、節(jié)能的要求。