巷道快速隔風裝置的研制與實踐

張曉龍

（霍州煤電集團安監局，山西 霍州 031400）

1 工程概況

霍州煤電集團辛置煤礦掘進通風具有明顯的特點：一是設計巷道斷面大（平均20m2左右）；二是通風距離長（5000m）。根據設計巷道的用途不同，該礦巷道施工工藝主要有兩種方式，即雙巷掘進（主要用做綜采工作面順槽）和單巷掘進（主要為礦井開拓巷道），由此形成兩種不同的掘進通風技術，即全風壓與局部通風結合的通風技術和局部通風機壓入式通風技術。

全風壓與局部通風結合的快速掘進通風技術適用于使用引進設備（連續采煤機及其配套裝備）的掘進工作面，為滿足作業方式的工序工藝要求，使巷道掘進與頂板支護互不影響，作業采用雙巷（或多巷，兩巷間有聯絡巷）平行掘進。通過每隔50～60m封閉或未封閉的聯絡巷，可以形成一巷進風、另一巷回風的全風壓通風系統，局部通風機安設于全風壓風流進風巷中，隨聯絡巷密閉的跟進而前移，最大限度地縮短局部通風的距離，適應大斷面、長距離掘進的風量、風速要求。該通風技術關鍵在于能否解決兩巷間的隔風問題，形成便于快速施工、拆除及復用的隔風設施。為了解決這一難題，該礦創造了巷道快速隔風新技術。

目前國內巷道隔風技術是通過隔風設施實現的，主要有磚墻（或料石）、水泥勾縫、板壁墻、外掛橡膠（塑料）布、板模、內部充填速凝性材料（石青或高分子材料）、骨架上掛簾子（用竹條或枝條編制）和噴射聚醋類材料幾種類型。國內現有的隔風設施無法適應辛置煤礦雙巷掘進時聯絡巷的快速封閉要求。經過技術攻關，提出了“周邊充填、中間掛風簾”的快速隔風技術，并成功研制出由輕質膨脹固體充填袋、積木式快速插接可伸縮支架和風簾組成的“巷道快速隔風裝置”。

2 “巷道快速隔風裝置”的研制過程分析

2.1 輕質膨脹固體充填袋的研制

2.1.1 周邊充填材料的優選

可供選擇的周邊充填材料有：氣體充填、液體充填和固體充填三種。

氣體充填：利用天然橡膠材料做成氣囊，注入空氣制成氣袋。該充填材料具有成本低、重量輕、易運輸、施工簡單、隔風迅速的優點，但存在易漏風、可靠性差的明顯缺點。

液體充填：水囊內注水制成水袋。水囊由內膽、外罩組成，內膽選用雙層優質塑料薄膜經熱壓后為柱狀，外罩選用阻燃防水尼龍布加工。優點與氣體充填類似，但存在接頂困難（重力作用）、易漏水、可靠性差的缺點。

固體充填：由內部輕質膨脹固體充填材料（海綿）和外部阻燃防水尼龍布袋縫制而成。具有重量較輕、運輸方便、現場施工簡單、隔風迅速、可靠性高、維護量小以及成本較低的優點。

通過對以上三種充填材料的比較，固體充填具有明顯的優點，可以作為周邊充填材料使用。

2.1.2 輕質膨脹固體充填袋的技術參數

輕質膨脹固體充填袋的幾何形狀如圖1所示，截面為上底220mm、下底180mm、高250mm的梯形（有利于現場安裝），袋長分350mm、500mm、1000mm、2000mm等多種規格。充填材料密度較小（5.29kg/m3），壓縮率為50%，具有自身膨脹功能，當設施拆除壓力釋放后，可以恢復原形。

圖1 輕質膨脹固體充填材料外形結構圖

2.2 積木式快速插接可伸縮支架的技術參數分析

積木式快速插接可伸縮支架結構如圖2所示，由伸縮桿和活結接頭組成。該裝置由積木式快速插接可伸縮支架和風簾組成。伸縮桿為50mm×50mm方鋼（桿狀），活結接頭由60mm×60mm方鋼焊接成“┌、┼、┬”形狀，接頭每隔50mm打一個Ф10mm的圓孔，每根伸縮支架兩端也打一個Ф10mm的圓孔，用活接頭和伸縮桿能夠快速地插成所需要的固定支架，并通過調節活結接頭和伸縮桿的相對位置，用銷子定位實現支架伸縮，以適應巷道斷面一定范圍的變化。支架的可調范圍：寬度為 4600～5000mm，高度為 3200～3600mm。為保證框架的穩定性，在支架兩端設有“人”字型三點定位支撐桿。框架頂部及側邊每隔500mm固定一個托架，防止充填袋掉落。

圖2 巷道快速隔風裝置框架整體結構示意圖

2.3 風簾的技術參數

風簾為一個5.5×4m=22m2的阻燃防水尼龍布，在風簾的四周每隔330mm設一Ф8mm的金屬扣眼，扣眼內穿有尼龍繩用于風簾與框架的拉緊固定。

3 “巷道快速隔風裝置”在辛置煤礦的實踐應用

3.1 “巷道快速隔風裝置”的安裝分析

將設計的“巷道快速隔風裝置”在辛置煤礦中進行安裝并投入應用。在辛置煤礦1-2煤總回風巷與03風巷（二）平交處西50m、08運巷（一）機頭巷與1-2煤總回風巷平交處北15m處進行安裝，安裝由4人進行，具體過程如下：

（1）在地面準備好所需裝置（周邊固體快速隔風裝置一套，包括輕質膨脹固體充填袋、積木式快速插接可伸縮支架和風簾）和必要的工具（2m高人字梯、鉗子、8#鉛絲和皮尺）并將風簾穿繩；

（2）將隔風裝置運抵安裝地點；

（3）選擇比較規則的巷道段為安裝地點，用皮尺測量巷道高度和寬度；

（4）連接斜撐桿和斜撐腳；

（5）組裝框架。先由底到頂端按最小尺寸分層組裝，然后按巷道高度和寬度粗調框架，使海綿體能夠充滿巷道邊壁；

（6）安裝托架和斜撐桿；

（7）將框架抬起至垂直位置，并固定好斜撐桿；

（8）在框架底邊背面一側向底板打入兩根鋼釬，并與底邊固定；將風簾在框架上掛好，使頂部中央兩孔穿過M16螺母，拉緊上部繩索；

（9）將框架與頂板固定，將輕質膨脹固體充填袋在支架與兩幫、頂板之間充填好；

（10）調節微調裝置，使巷道邊壁密實，拉緊下部繩索，并固定好底邊，檢查無誤后，安裝工作結束。現場安裝工作約1小時6分鐘。

3.2 實踐應用效果評價

2015年7月1日～10日，對巷道快速隔風裝置的隔風效果風量、風壓及漏風情況進行了測定，測定結果如表1所示。

表1 風量、風壓及漏風測定表

從表1數據來看，1-2煤總回風巷密閉漏風率為2.2%，08運輸平巷（一）機頭巷密閉漏風率為1.3%，隔風效果優越。巷道快速隔風裝置同時還具有以下的優勢：（1）重量較輕（總重量110kg，主要為支架重量），運輸方便；（2）不需專用設備，現場施工操作簡單，隔風迅速，漏風量小；（3）可靠性較好，維護量小；（4）可重復使用。

4 “巷道快速隔風裝置”技術參數分析

4.1 兩巷斷面的選擇

巷道斷面形狀為矩形斷面，一般用于綜采或連采工作面的平巷，沿煤層掘進，巷道高度為3.3～3.6m，寬度為 4.6～4.8m，斷面為 18～20m2；兩巷間距20m，兩聯絡巷間隔距離為50～60m。

4.2 聯絡巷的封閉

隨掘進面的推進，為保證全風壓通風系統的形成，必須對后面聯絡巷進行及時封閉。封閉點布置在聯巷兩側向內3m處，為降低成本和提高封閉速度，一般一側采用永久密閉而另一側進行臨時封閉（安設巷道快速隔風裝置）。永久密閉四周掏槽，采用機制磚、水泥、沙子構筑，墻體厚度為24cm，沙灰抹面。

4.3 局部通風機的安設及風筒要求

局部通風機設置在距回風口超過10m處，距掘進頭一般300～400m（隨聯巷密閉的跟進情況確定）。采用Ф600mm、帶長為10m的導風筒，通風機型號只要滿足出口風量在180m3/min以上即可適用。

4.4 風壓配風的設計

每個掘進工作面風量以180m3/min為準，每臺局部通風機可配風350m3/min，則雙巷掘進時局部通風機配風為700m3/min，每道聯絡巷密閉漏風按3m3/min計算，共計漏風約300m3/min。為此，全風壓配風約1000m3/min即可滿足掘進配風要求。

5 結語

本文針對辛置煤礦兩巷間的隔風問題，提出了“周邊充填、中間掛風簾”的快速隔風技術，并成功研制出由輕質膨脹固體充填袋、積木式快速插接可伸縮支架和風簾組成的“巷道快速隔風裝置”。通過對辛置煤礦1-2煤總回風巷與03風巷（二）平交處西50m、08運巷（一）機頭巷與1-2煤總回風巷平交處北15m處的實踐應用及效果檢測結果表明：該裝置隔風效果優越，具有很好的實踐性，對該裝置實踐應用的技術參數提出了相應的建議。