淺議掘進(jìn)工作面通風(fēng)方法

李和平

(神東煤炭分公司地測公司)

我國的煤礦主要是地下煤礦，在礦井生產(chǎn)掘進(jìn)過程中，必須掘進(jìn)大量的井巷。掘進(jìn)過程中，為了供給作業(yè)人員新鮮風(fēng)流，稀釋煤層中的瓦斯、爆破產(chǎn)生的有毒氣體和礦塵，必須對掘進(jìn)工作面進(jìn)行通風(fēng)，否則極易造成重大事故。因此，加強(qiáng)掘進(jìn)工作面通風(fēng)管理是保障煤礦安全生產(chǎn)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一[1,2]。

按通風(fēng)動力形式的不同，掘進(jìn)通風(fēng)方法可以分為局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)、礦井總風(fēng)壓通風(fēng)和引射器通風(fēng)三種。其中，局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)是最常用的一種掘進(jìn)通風(fēng)方法[3]。

1 局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)

利用局部通風(fēng)機(jī)作為動力，通過風(fēng)筒把工作面所需的新鮮風(fēng)流送入掘進(jìn)工作面的通風(fēng)方法稱為局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)。按其局部通風(fēng)機(jī)的工作方式不同又可分為壓入式、抽出式和混合式三種。

1.1 壓入式通風(fēng)

1) 壓入式通風(fēng)簡介。局部通風(fēng)機(jī)和啟動裝置安設(shè)在離掘進(jìn)巷道口10 m以外的進(jìn)風(fēng)側(cè)巷道中，通風(fēng)機(jī)把新鮮風(fēng)流經(jīng)過風(fēng)筒壓送到工作面，而污濁的空氣沿巷道排出。通風(fēng)時(shí)，氣流貼著巷道壁從風(fēng)筒出口射出后形成射流；離開風(fēng)筒出口后的有限貼壁射流，由于卷吸作用，其射流斷面逐漸擴(kuò)大，直至射流的斷面達(dá)到最大值；然后射流的斷面就逐漸減少，直到為零，見圖1。

2) 壓入式通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)。

a) 壓入式通風(fēng)時(shí)，局部通風(fēng)機(jī)及其附屬電器設(shè)備均布置在新鮮風(fēng)流中，污風(fēng)不通過局部通風(fēng)機(jī)，安全性好。

圖1 壓入式通風(fēng)示意圖

b) 壓入式通風(fēng)時(shí)，風(fēng)筒出口風(fēng)速較大，有效射程較遠(yuǎn)，排煙效果較好，工作面排出污風(fēng)的時(shí)間較短；并且因?yàn)轱L(fēng)速大，所以排熱效果也較好；但是污風(fēng)沿整個(gè)巷道緩慢排出，污染范圍廣，勞動條件差，巷道排污所需的通風(fēng)時(shí)間長。

c) 壓入式通風(fēng)可使用柔性風(fēng)筒，其成本低、重量輕、安裝與運(yùn)輸也方便，并且由于P內(nèi)>P外(P內(nèi)、P外分別為風(fēng)筒內(nèi)、外的靜壓)，風(fēng)筒漏風(fēng)對巷道也有一定的排污作用。

1.2 抽出式通風(fēng)

1) 抽出式通風(fēng)簡介。如圖2所示，局部通風(fēng)機(jī)和啟動裝置安設(shè)在距離掘進(jìn)巷道口10 m以外的回風(fēng)側(cè)，新鮮風(fēng)流沿掘進(jìn)巷道流入工作面，而污風(fēng)經(jīng)風(fēng)筒由局部通風(fēng)機(jī)抽出。通風(fēng)時(shí)，在風(fēng)筒吸入口附近形成一股流入風(fēng)筒的風(fēng)流，離風(fēng)筒口越遠(yuǎn)風(fēng)速越小。所以，只有在距風(fēng)筒口一定距離才有吸入炮煙的作用。

圖2 抽出式通風(fēng)示意圖

2) 抽出式通風(fēng)特點(diǎn)。

a) 抽出式通風(fēng)時(shí)，對于煤礦含瓦斯的污風(fēng)通過局部通風(fēng)機(jī)，若局部通風(fēng)機(jī)不具備防爆性能，則是非常危險(xiǎn)的。非煤礦山?jīng)]有瓦斯問題，應(yīng)用抽出式通風(fēng)方法非常普遍，局部通風(fēng)機(jī)也不需要具有防爆性能。

b) 抽出式通風(fēng)時(shí)，新鮮風(fēng)流沿巷道進(jìn)入工作面，整個(gè)巷道空氣清新，勞動環(huán)境好，且受污風(fēng)污染的巷道長度僅為工作面至風(fēng)筒吸口長度，污風(fēng)污染巷道長度短，巷道排污所需的通風(fēng)時(shí)間短。

c) 抽出式通風(fēng)的風(fēng)筒承受負(fù)壓作用，必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風(fēng)筒，成本較高，重量大，安裝與運(yùn)輸也不方便。

1.3 混合式通風(fēng)

混合式通風(fēng)是壓入式和抽出式兩種通風(fēng)方式的聯(lián)合運(yùn)用，按照局部通風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒的布置位置，分為長壓短抽、長抽短壓和長抽長壓三種。

1) 長抽短壓。長抽短壓又叫前壓后抽，見圖3(a)所示，工作面的污風(fēng)由壓入式風(fēng)筒壓入的新風(fēng)予以沖淡和稀釋，由抽出式風(fēng)筒排出。

其中抽出式風(fēng)筒必須用剛性風(fēng)筒或帶剛性骨架的可伸縮風(fēng)筒，若采用柔性風(fēng)筒，則可將抽出式局部通風(fēng)機(jī)移至風(fēng)筒入風(fēng)口，改為壓入式，由里向外排出污風(fēng)，如圖3(b)所示。

圖3 長抽短壓混合通風(fēng)示意圖

2) 長壓短抽。長壓短抽又叫前抽后壓，新鮮風(fēng)流壓入經(jīng)壓入式長風(fēng)筒送入工作面，工作面污風(fēng)經(jīng)抽出式風(fēng)筒后沿巷道排出，見圖4 。

混合式通風(fēng)兼有抽出式與壓入式的優(yōu)點(diǎn)，通風(fēng)效果好，是大斷面、長距離巖巷掘進(jìn)的較好通風(fēng)方式。

它的主要缺點(diǎn)：一是增加了一套通風(fēng)設(shè)備，電能消耗大，管理比較復(fù)雜；二是降低了壓入式與抽出式兩列風(fēng)筒重疊段巷道內(nèi)的風(fēng)量，當(dāng)掘進(jìn)巷道斷面大時(shí)，風(fēng)速就更小。

圖4 長壓短抽混合通風(fēng)示意圖

2 礦井總風(fēng)壓通風(fēng)

礦井總風(fēng)壓通風(fēng)是利用礦井主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，借助導(dǎo)風(fēng)設(shè)施把主導(dǎo)風(fēng)流的新鮮空氣引入掘進(jìn)工作面。其通風(fēng)量取決于可利用的風(fēng)壓和風(fēng)道風(fēng)阻，按其導(dǎo)風(fēng)設(shè)施的不同可分為：風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)、平行巷道導(dǎo)風(fēng)、鉆孔導(dǎo)風(fēng)、風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)。

2.1 風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)

在巷道內(nèi)設(shè)置擋風(fēng)墻截?cái)嘀鲗?dǎo)風(fēng)流，用風(fēng)筒把新鮮空氣引入掘進(jìn)工作面，污濁空氣從獨(dú)頭掘進(jìn)巷道中排出，見圖5。

此種方法輔助工程量小，風(fēng)筒安裝、拆卸比較方便，通常用于需風(fēng)量不大的短巷掘進(jìn)通風(fēng)中。

圖5 風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)示意圖

2.2 平行巷道導(dǎo)風(fēng)

在掘進(jìn)主巷的同時(shí)，在附近與其平行掘一條配風(fēng)巷，每隔一定距離在主、配巷間開掘聯(lián)絡(luò)巷，形成貫穿風(fēng)流，當(dāng)新的聯(lián)絡(luò)巷溝通后，舊聯(lián)絡(luò)巷即封閉。兩條平行巷道的獨(dú)頭部分可用風(fēng)障或風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)，巷道的其余部分用主巷進(jìn)風(fēng)，配巷回風(fēng)，見圖6。

圖6 平行巷道導(dǎo)風(fēng)示意圖

此法常用于當(dāng)運(yùn)輸、通風(fēng)等需要開掘雙巷時(shí)，也常用于解決長距離巷道掘進(jìn)時(shí)通風(fēng)的困難。

2.3 鉆孔導(dǎo)風(fēng)

離地表或鄰近水平巷道較近處掘進(jìn)長距離巷道時(shí)，可用鉆孔提前將掘進(jìn)巷道與地表或鄰近水平巷道溝通，以便形成貫穿風(fēng)流。為增大風(fēng)量，還可以利用大直徑鉆孔或在鉆孔口安裝通風(fēng)機(jī)，見圖7。

圖7 鉆孔導(dǎo)風(fēng)示意圖

2.4 風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)

在巷道內(nèi)設(shè)置縱向風(fēng)障，把風(fēng)障上游一側(cè)的新風(fēng)引入掘進(jìn)工作面，清洗工作面后的風(fēng)障下游一側(cè)排風(fēng)。根據(jù)建筑的材料不同，風(fēng)障可分為磚風(fēng)障、木板風(fēng)障和柔性風(fēng)障等。這種導(dǎo)風(fēng)方法，構(gòu)筑和拆除風(fēng)障的工程量大。適合短距離或無其他好方法可用時(shí)采用，見圖8。

3 引射器通風(fēng)

利用引射器產(chǎn)生的通風(fēng)負(fù)壓，通過風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)的通風(fēng)方法稱為引射器通風(fēng)。引射器通風(fēng)一般都采用壓入式，見圖9。

圖8 風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)示意圖

為了加大供風(fēng)量和送風(fēng)距離，除了提高引射器的射流壓力外，還可采取多臺引射器分散串聯(lián)作業(yè)。兩臺引射器串聯(lián)間距至少應(yīng)大于其引射流場的影響長度。

引射器通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)：無電氣設(shè)備，無噪音；還具有降溫、除塵作用；在煤礦瓦斯突出嚴(yán)重的煤層掘進(jìn)時(shí)，用它代替局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，設(shè)備簡單，安全性較高。其缺點(diǎn)是：風(fēng)壓低，風(fēng)量小，效率低，水力引射器還存在巷道積水問題。

圖9 引射器通風(fēng)示意圖

4 結(jié) 論

地下煤礦生產(chǎn)掘進(jìn)過程中，爆破、破碎、裝運(yùn)等環(huán)節(jié)會產(chǎn)生大量的有毒氣體、礦塵等，污染嚴(yán)重的工作環(huán)境,危脅著作業(yè)人員的身體健康。因此，采用科學(xué)的掘進(jìn)工作面的通風(fēng)方法，對于避免事故的發(fā)生，確保煤礦安全生產(chǎn)具有重要的意義。

[1] 趙興元.保障掘進(jìn)工作面通風(fēng)安全的措施[J].煤礦安全,2009(9)：28-29.

[2] 姜勇國.談局部通風(fēng)方法[J].煤炭技術(shù),2008(7)：33-34.

[3] 吳 超,王文才,王海寧，等.礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)[M].長沙：中南大學(xué)出版社,2008：105-107.