遠距離掘進工作面通風系統優化

王 娜

（山西蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 高平 048400）

綜合機械化掘進技術的應用使礦井開掘速度得到較大提升，但超長巷道掘進存在供風距離長、通風能力不足、風流不穩定等問題，并成為制約巷道快速掘進的關鍵因素[1-4]。伯方煤礦在3308 回風巷掘進過程中，掘進距離超過1000m 時出現了供風不足和風流不穩等問題，嚴重影響了巷道的正常施工和安全掘進。為解決這一問題，對通風系統現狀進行分析，研究提出優化方案十分必要。

1 工作面通風系統概況

伯方煤礦在3308 回風巷道掘進施工時，配備2 臺型號為FBDNo6.7-2×37 kW 的局部壓入式通風機進行供風，1 備1 用，風筒采用直徑為1000 mm的抗靜電正壓阻燃風筒。由于巷道形狀不規則，在風筒鋪設過程中存在4 處近直角的拐彎。回風巷掘進距離超過500 m 時，對局部通風機進行測試，其吸風量為500 m3/min，出口處風筒的出風量約為450 m3/min，風筒漏風率為10%，實測工作面正頭瓦斯濃度0.08%，溫度21℃。回風巷掘進距離超過1000 m 時，對局部通風機再次進行測試，其吸風量為503 m3/min，正頭風筒出風量僅為255 m3/min，風筒漏風率達到49.3%，實測工作面正頭瓦斯濃度0.13%，溫度24.5℃。由于巷道不斷延長，通風距離越來越大，加上拐彎較多，風筒阻力隨之增大，漏風率增加，正頭的出風量明顯下降，瓦斯含量和溫度有所上升，施工產生的粉塵排出速度緩慢，對工作面掘進施工產生了嚴重影響。

2 局部通風機運行管理現狀

2.1 通風機供電管理

掘進工作面兩臺型號局部通風機中，主通風機配備“三專”（專用變壓器、專用開關、專用線路）供電系統，備用通風機供電系統與生產設備共用。局部通風機具有自動切換功能，并安裝了風電閉鎖和瓦斯電閉鎖設備。通風機供電電壓為1140 V，每天由專人對局扇進行一次自動切換和風電瓦斯電閉鎖試驗，以確保設備正常，保證在主通風機停止運轉時自動切換至備用通風機，且在風機停止工作或瓦斯超限時關閉工作面電源，并進行閉鎖。這樣不但確保了供風的連續性，同時也防止工作面發生瓦斯事故。局扇通過吊掛的方式安裝，占用空間較小。

2.2 局部通風機監測

通過KJ102N 型礦井安全監測系統對通風機運行狀況進行24 小時監控，采用4 臺型號為GK75L的開停傳感器對兩臺局部通風機的運轉狀態進行實時監測，采用1 臺型號為KG5009 風筒風量傳感器對風筒風量進行實時監測。

2.3 風筒管理

巷道全段統一采用直徑為1000 mm 的阻燃正壓抗靜電風筒，單節長度為30 m，風筒接口裝有金屬圈反壓邊。利用切換分流器風筒對2 臺局扇進行連接（見圖1），在風筒的轉彎處采用礦用彎頭風筒進行連接（見圖2）。為了防止風筒斷開或發生漏風，風筒要采取反壓邊，且每個掛環都要進行吊掛，使風筒伸展平直，可減小通風阻力。每節風筒都要編號，便于管理，管理人員要每班對風筒進行檢查，出現破損及時修補。

圖1 切換分流器風筒

圖2 礦用彎頭風筒

2.4 巷道施工管理

為減少通風阻力，確保風筒平直，避免受到巷幫和其他設備的壓迫，設備盡量設置在同一側，減少風筒改向。巷道同側同一位置必須保證1 m×1 m以上的空間敷設風筒，且頂、幫要保持平整，外露較長的錨索、錨桿要切斷，避免劃傷風筒。在刮板輸送機頭和帶式輸送機頭高度較高的設備處，要利用舊皮帶等對風筒進行保護。禁止巷道中的其他設備及管線連接在風筒上，防止風筒變形或吊環出現損壞情況。

3 通風管理缺陷

3.1 供電系統存在問題

兩臺局部通風機只為主通風機配備了“三專”供電系統，備用通風機未進行“三專”供電，采用連接生產設備的供電系統。由于生產設備數量多，供電系統維護繁瑣，故障發生率較高，影響備用通風機供電的穩定性，容易出現主通風機停電后備用通風機無法及時開啟的情況，從而造成工作面停風。

3.2 風筒管理存在問題

3.2.1 漏風率較高

風筒發生漏風情況主要有3 種原因：（1）風筒在軸線方向上的接縫存在輕微漏風而難以察覺，且無法對其進行修補；（2）風筒接口金屬圈運輸使用過程中易發生變形，使兩節風筒在接口處出現漏風情況，反壓邊不能完全密封；（3）由于落矸、設備運輸和其他施工操作造成風筒破損未及時發現或修補不合格造成漏風。

3.2.2 切換分流器風筒容易損壞

通風機的風壓較大，最高可達5600 Pa，局部通風機直接連接切換分流器風筒，高風壓作用明顯。每天要進行通風機切換試驗，而主通風機停電時也會發生多次通風機切換，切換時會使切換分流器風筒受到巨大的沖擊力，久之會造成其產生疲勞發生撕裂難以修復，導致漏風量較大，影響工作面的正常通風。

3.2.3 彎頭風筒容易損壞

彎頭風筒安裝在直角拐彎處，承受較大的風壓和沖擊力，在主/備通風機的頻繁切換造成的巨大沖擊力下容易發生撕裂，難以修復，影響工作面的正常通風。

4 優化措施

4.1 對通風機的供電系統進行優化

原備用通風機采用的是生產設備供電系統，故障率較高，影響備用風機的穩定性。為了解決這個問題對備用風機也采用“三專”供電，且其供電系統與主通風機采用不同回路，即對兩臺風機采用雙回路供電并分別配備“三專”供電系統，確保兩臺電機能夠正常切換、穩定運行。

4.2 降低風筒漏風率

針對風筒容易出現漏風的三種原因，分別采取不同的措施：首先用直徑為1000 mm 具有橡膠涂層的正壓無縫風筒代替了原風筒，這種風筒的密封性能較好，可以重復利用；其次解決接口漏風問題，通過在風筒接口處加裝與金屬圈相匹配的密封墊，可以使兩端金屬圈緊密貼合，提升風筒接口密封性能；最后每班對風頭破口情況進行檢查，出現問題及時修補，對于破損嚴重的風筒直接進行替換。

4.3 解決切換分流器風筒和彎頭風筒易損壞問題

傳統切換分流器風筒和彎頭風筒由于使用材料和加工工藝的原因，難以在原設備的基礎上進行優化。故將其替換為厚度為3 mm 鋼板材質的硬質風筒，徹底解決這個問題。其中分流器利用液壓活動擋板，在主/備通風機一臺啟用時打開，同時關閉另一臺；彎頭風筒改變直角造型，采用圓弧拐彎，大大降低風機切換時產生的沖擊力，同時也降低了風筒的通風阻力。在對兩種風筒進行改進后，沒有再發生風筒損壞的情況。

4.4 應用效果分析

通過以上優化措施，回風巷的掘進通風過程中，實現連續供風200 d，并保證通風系統的穩定性，供風距離近2000 m。通過對通風機的實測，在通風距離為1000 m 時，通風機的吸風量為503 m3/min，正頭供風量達到420 m3/min；當通風距離為2000 m時，通風機的吸風量為503 m3/min，正頭供風量達到370 m3/min。千米巷道漏風率由49.35%降低至16.5%，減小了32.8%，2000 m 的漏風率也僅為26.4%，有效保證了工作面正頭的風量供給。

5 結論

為解決伯方煤礦遠距離掘進通風系統供風不足、系統運行不穩定和損耗嚴重的問題，研究提出了通風系統的優化措施并進行了應用。對兩臺局部通風機分別采用“三專”和雙回路供電，解決通風系統不穩定問題，更換性能更優異的通風設備設施解決遠距離供風情況下的風量不足、漏風率較高的問題。實踐證明：采用優化措施后，保證了長距離掘進工作面局部通風動力的可靠性、穩定性，減少了局部通風漏風率（千米通風漏風率降低32.8%），保證了長距離掘進工作面供風風量。