煤礦長距離局部通風方式分析

劉通海

(同煤集團安全監管五人小組管理部地煤分部，山西 大同 037003)

0 引言

近些年隨著煤礦開采技術的快速發展，巷道掘進距離不斷增加，長距離獨頭掘進通風難題日漸顯現。例如神東大柳塔煤礦12311工作面的最長單巷通風距離就達到3 175 m。掘進巷道由于工作空間狹小、地質情況復雜且作業線路長等特點，瓦斯、粉塵等安全生產事故多發。這類長距離、超長距離掘進巷道由于通風距離較長，風阻大、漏風量大，供風困難，有效風量率低，因此有必要針對礦井不同特點選擇有效的局部通風方式。

1 超長距離局部通風技術

1.1 單臺大功率局部通風機壓入式通風

通常情況下當單巷掘進通風距離在3 km以內，可以采用功率在2×30 kW以上礦用隔爆型壓入式對旋軸流風機通過大直徑柔性風筒壓入式通風。局部風機將新鮮空氣通過風筒壓入井巷掘進面，由于風筒內的空氣氣壓高于井巷內空氣壓力，井巷內的污風隨氣流由井巷作為通道流出井巷端部，同時風筒及井巷內的漏風在一定程度能夠對污風的排出起到良性作用。為了避免局部通風效率降低一般不采用串聯和并聯其他風機。這類通風方式優點在于不改變巷道原有格局，減少工程施工量，但對進風的風量和風壓有較高要求，同時應避免空氣輸送時不必要的漏風，為了滿足《煤礦安全規程》中的相關要求，應對風機功率和風筒直徑的選型進行適當計算。通常配備的柔性風筒直徑為：φ600 mm、φ700 mm、φ800 mm以及φ1 000 mm等。

1.2 局部通風機串聯通風

當單臺大功率通風機選擇的風機無法滿足工作面通風的風壓和風量要求時，需要考慮兩臺或多臺風機串聯工作，以達到現場需風量、風壓要求。通常有壓抽結合、集中串聯以及間隔串聯等風機布置方式，但多臺通風機布置過于集中，風筒內風壓過大，可能超過風筒承受壓力，造成漏風量增加或風筒破裂，因而采用間隔式串聯局部通風技術，合理選擇風機間距，有效避免風壓過大對風筒的影響是十分必要的。圖1中介紹了不同間距的風機串聯方式。

圖1 不同風機串聯下的風壓分布

1.3 局部通風機并聯通風

無論單臺大功率通風機以及多臺通風機串聯方式，風筒內的風壓都有可能過高，這樣風筒承壓過大易破裂，漏風量過大。當掘進巷道風機選型過程中，風筒可承受風壓內可選的風機無法滿足工作面風量的要求狀況下，選擇2臺通風機并聯方式布置，調整風筒內供風量的總量，同時避免風壓上升，由于通過不同的風筒將新風送入井巷端部，風機的選型可通過實際需風量選擇不同功率風機完成通風任務。但其相應占用井巷內的空間增加，同時費用和維護工作量都會加大。

1.4 全風壓與局部通風機結合的局部通風

井巷的全風壓通風方式為：礦井主風機-井筒-進風巷-回風巷-風井-地面。所以利用礦井的全風壓需要進行相近巷道的平行掘進，雙巷同時推進并不斷貫通聯絡巷，封閉舊的聯絡巷，這樣就能利用采區內進風和回風兩巷的壓差，形成空氣循環風路，成為全風壓通風系統。同時在進風巷設置壓入的局部通風機調整循環風路的風壓差，改善通風環境，因此局部風機不會受到掘進通風距離太大的影響。圖2為全風壓與局部通風機結合的通風方式。

圖2 全風壓與局部通風機結合布置

1.5 構造風庫的局部通風技術

當井巷所需通風距離過長時，且井巷所在煤、巖層的地質條件允許情況下，會在井巷掘進過程中在井巷周邊構筑一個風庫，通常情況下設置在井巷的中前段，如總長度的2/5處。該方法相當于通風機的串聯工作原理，井巷尾部設置1～2個局部通風機，該局部通風機的任務是將新鮮空氣輸送至風庫內，風庫內同時也設置有局部通風機，風庫內的局部通風機將進入風庫的新鮮空氣再輸送至工作面，工作面的污風仍由井巷排出。該方法能有效解決超長距離局部通風，通常其通風距離最遠能達到5 000 m左右。構造風庫的局部通風如圖3所示。

圖3 構造風庫的局部通風

1.6 鉆孔導風的局部通風技術

在井巷掘進中鉆孔的作用不僅僅是安設炸藥，還可以進行局部空氣交換，從其他巷道或工作面施工一個或數個通風鉆孔，與掘進巷道貫通，大幅減少通風路徑距離，增加掘進巷道工作面的有限供風量。例如在地面設置通風立眼的方式就是鉆孔導風的一種局部通風方式。通風立眼的設置與風庫設施有些類似的地方，需要在掘進井巷中前部設置一個硐室，由地面至硐室垂直打下一個或多個通風孔，傾斜角度<3‰。該方式即可以將新風由地面補充至通風立眼，再由硐室內局部通風機輸送至井巷端部，污風由井巷排出；或新風通過井巷補充，污風通過工作面的風筒由通風立眼下的硐室內的風機抽入硐室，再經由通風立眼排出井巷至地面。通風立眼的局部通風如圖4所示。

圖4 通風立眼的局部通風

該方法對井巷所處埋深、地面情況有很大的限制，通常情況下井巷與地面距離不得超過200 m以上，地面無水源及積水，不會受到澇期洪水影響，同時無居民區，便于設置立眼孔；井巷上部的地層中無積水、含水層，涌水量較少。

2 不同局部通風方式的優缺點

上述6種局部通風方式各自有特點和適用條件，基本涵蓋了煤礦現在全部所使用的局部通風的方法。總體上來看，前3種方法主要利用設備進行局部通風，該類方式側重風機、風筒的選型和組合，需要考慮漏風、風阻、風壓和供風量狀況。后3類方法需要對井巷的設計和布置進行改變，需要設置平行巷道、設置隔斷、開鑿通風風庫、通風硐室和通風鉆孔，這3類需要考慮礦井所處深度、圍巖強度、上覆層含水狀況等。表1為6種不同局部通風方式的優缺點。

表1 超長距離不同局部通風方式的優缺點

3 超長距離局部通風技術的改善措施

超長距離局部通風的選擇上主要決定于通風距離、需風量、井巷布置方式、地形地貌特征和通風機性能等。當通風方式確定下來以后存在的技術問題主要有：風壓過大，風筒不穩定，風筒承壓過大、易漏風、脫節和撕裂；通風過程中漏風量過大，井巷實際有效風量不能滿足實際需求；通風機風筒的風阻過大，造成出風量達不到井巷通風實際需求。綜合上述問題需要考慮降低風筒風壓、降低風筒風阻、減少風筒漏風量3個問題，從而確保局部通風機的有效供風。

3.1 降低風壓措施

風筒出現風壓過高可能存在以下幾類狀況：局部風機選擇過程中，為了滿足供風量要求，單機功率過大而導致風壓過大，超過風筒承受壓力上限，該類情況及時調整為其他通風方式；風筒直徑過小，單位面積通風量過大，導致壓力過大，調整風筒直徑；選擇串聯通風方式時，兩通風機間距過于集中，局部風壓過大，調整間距；其他因素導致局部截面突然變小，巷道布置時減少不必要的過大轉彎，并采用剛性轉彎風筒。

3.2 降低風阻措施

風筒的通風阻力涉及風筒直徑、曲率等，降低風筒的摩擦阻力和局部阻力常用的方法如下。

風筒直徑小，摩擦阻力較大，盡量選大直徑的風筒，一方面降低風壓，另一方面也降低與筒壁間的摩擦。風筒轉彎處的管理，同樣影響風壓與風阻，流體在流經彎道過程中，轉彎越急，局部摩擦力較大。減少彎道，盡量選擇較緩的彎道角度，從而降低風阻。改善風筒的懸掛質量，風筒由于其為柔性材質，受重力下垂出現曲折，出現不必要的彎道和局部截面變窄，所以風筒懸掛應做到“平、直、緊”，及時補充缺失的懸掛。

3.3 減少漏風措施

漏風一方面是風筒風壓造成的，另一方面出現在風筒間連接處，即風筒的插接方式。可按需用選擇反壓接頭連接、雙反壓邊連接、柔性連接以及使用專用的風筒捆扎器等等。

4 結語

對煤礦常用的6種超長距離局部通風方式即單臺大功率通風機局部通風、串聯局部通風機通風、并聯局部通風機通風、全風壓結合局部通風，以及風庫局部通風、鉆孔通風的特點進行比較，為合理選擇局部通風方式提供依據。