南峪煤礦壓風自救系統的拓展應用研究

周玉芹

（太原正越工程設計有限公司，山西 太原 030000）

當前我國煤礦井下都設置有壓風自救系統，當井下發生災變時，壓風自救系統能為現場作業人員提供充分的氧氣供應，防止中毒及窒息事故的發生。壓風自救系統是減輕煤礦災害危險、保障煤礦井下職工生命安全的一項重要安全防護系統，被國內外煤礦普遍使用。礦井壓風自救系統是由空氣壓縮機、井下壓風管路及固定式永久性自救裝備組成，主要有空氣壓縮機、送氣管路、閥門、氣水分離器、壓風自救裝置（包括減壓、節流、消噪聲、過濾、開關等及防護袋或面罩）等部件。礦井壓風自救系統除了能提供氧氣供應外，還能應用于煤礦井下風泵冷卻、風泵排水、風泵注油等井下作業。太原正越工程設計有限公司應邀對南峪煤礦井下壓風自救系統的拓展應用進行研究[1-6]，取得了較好的應用效果。

1 工程概況

山西太原南峪煤業有限公司位于南郊區姚村鎮南峪村，距市中心23 km。南峪礦區屬清交煤田，井田面積15.23 km2，工業儲量15 198 萬t，可采儲量9 574.5 萬t，設計生產能力為120 萬t/a，礦井服務年限為150 a。井田內主要含煤地層為石炭二迭系的山西組和太原組，共含煤層17 層，參與儲量計算的可采穩定煤層為五層，分別為03 號、2 號、6 號、8 號、9 號煤層。煤種屬貧煤和無煙煤，貧煤發熱量在6000 kcal 以上，灰分為174%，含硫0.4%左右；無煙煤發熱量在6300 kcal 以上，灰分為184%，含硫1.74%左右。南峪煤礦井田內煤層賦存穩定，適合綜合機械化開采。

2 壓風自救系統情況

南峪煤礦地面安裝有兩臺DLG-132 型螺桿空壓機和一臺BDT-1CC 型空壓機，由Ф108 mm 鋼管輸送至集中運輸巷皮帶機頭處，然后由Ф50 mm 和Ф75 mm 鋼管分別向四、五采區供風。另外，四采區壓風機房安有2 臺壓風機，四軌道安裝有1 臺壓風機，五采區安裝有2 臺壓風機。井下壓風機布置比較分散，管理難度大，加上壓風機運行時自身溫度很高，如果管理不到位，有可能出現火災事故。另外，基于壓風自救系統的拓展，對現有壓風系統進行過改造。

新購置40 m3/min 壓風機1 臺，安裝在地面壓風機房，將排氣管路并接在一起，同時運行三臺壓風機（兩臺22.5 m3/min 和一臺40 m3/min），另一臺壓風機（老40 m3/min）作為備用風機，更換壓風管路。將-140 m 大巷至四軌道底壓風管路更換為直徑108 mm 鋼管，將-140 m 水平至五軌道底壓風管路更換為直徑108 mm 鋼管。在井下所有用風地區岔口處主管路上預留3 寸閘門，作為各個地區的控制閘門。

在工作面巷道內每200 m 布置一組壓風自救裝置，可同時供6 人使用，壓風自救管路引入距離工作面不得小于40 m。

3 壓風自救系統的拓展應用研究

南峪煤礦在已改造的壓風自救系統基礎上，利用井下壓風系統提供的風能，進行了拓展應用研究，經濟效益顯著。

3.1 風泵冷卻

3.1.1 刮板輸送機冷卻作業存在的問題

南峪煤礦井下工作面刮板輸送機均選用DBT公司生產的3×1000 kW 輸送機，該機采用雙中鏈布置，CST 控制，水冷卻。該刮板輸送機在工作過程中因功率較大常出現齒輪油溫過高預警，采用水冷卻方式但是效果不佳，導致刮板輸送機工作效率不高，在運行時存在安全隱患。

3.1.2 風泵冷卻的應用

太原正越工程設計有限公司設計利用井下壓風系統，采用風泵冷卻器來進行冷卻作業。具體方案：在DBT3×1000 kW刮板輸送機上安裝風泵冷卻器，接入到井下壓風系統當中，利用風能作為風泵冷卻器的動力，風泵冷卻器動作從而抽取刮板輸送機減速器內齒輪熱油，然后經過熱交換器，達到冷卻齒輪油的目的。

該冷卻方案的優點：（1）對減速器內齒輪油的抽取過程就實現了冷卻的作用；（2）熱交換器也起到對齒輪油的冷卻作用。雙重冷卻作用，冷卻效果非常理想。

3.1.3 效果分析

南峪煤礦于2019 年10 月完成了刮板輸送機風泵冷卻項目的改造并投入到實踐應用中，從2019年10 月，風泵冷卻器工作穩定，對齒輪油的冷卻效果明顯。該項目的成功實施，極大地提高了刮板運輸機的工作時間和工作效率，同時風泵冷卻器設備便宜，經濟效益顯著。

3.2 風泵排水

3.2.1 煤礦井下電泵排水存在的問題

南峪煤礦井下排水以往全部采用電泵抽水機進行排水作業。電泵的安裝、排運非常麻煩，安裝隱患多，還易出現“失爆”現象。

3.2.2 風泵排水的應用

針對這一情況，太原正越工程設計有限公司設計利用井下壓風系統，設計采用氣動隔膜泵來進行風泵排水作業。具體方案：在需要排水的工作面采用 Pro 系列煤礦用氣動隔膜泵，接入到井下壓風系統當中，利用風能作為氣動隔膜泵的動力，同時根據所排水量來調節供風壓力。

風泵排水作業的優點：（1）采用風能做動力，安全性能高，節能，經濟效益高；（2）無靜電產生，防爆效果理想；（3）設計簡單、易于安裝和使用；（4）全氣動操作消除了電氣火花風險；（5）高/低液位控制可使液體保持在既定液位之間；（6）通過避免泵干運轉來減少空氣消耗；（7）帶直裝式液位傳感器的便攜式系統。

3.2.3 效果分析

南峪煤礦從2019 年11 月起，對于井下工作面積水排放全采用氣動隔膜泵進行排水作業。從實踐應用效果來看，該排水方式較好，能按時完成排水任務，無其他安全事故發生。該項目的成功實施，極大地提高了井下工作面積水的排放效率，保障了井下工作面開采的安全性，安全效益明顯。

3. 3 風泵注油

3.3.1 開采設備注油存在的問題

對于采煤機、刮板運輸機、轉載機等開采設備，南峪煤礦以往全部采用人工注油作業。該注油方式勞動強度大，同時油脂外灑易發生火災，安全性較差。

3.3.2 風泵注油的應用

針對這一情況，太原正越工程設計有限公司利用井下壓風系統，設計了風泵注油作業模式。具體方案：在風泵的吸入口連接一根DN20 膠管，將膠管插入到CST 專用油桶內，然后在風泵的輸出口連接一根DN20 膠管，將膠管插入到設備減速器注油口內，利用壓風系統內的風作為動力驅動風泵轉動，最終完成注油工作。

3.3.3 效果分析

南峪煤礦從2019 年11 月起，將開采設備全部改造成為風泵注油模式。從實踐應用效果來看，風泵注油效果理想，注油工作效率提高了90%，同時無油脂外灑現象發生，注油安全性高。

3.4 應用于采空區氣體取樣

3.4.1 傳統氣體取樣存在的問題

南峪煤礦為高瓦斯礦井，各煤層都具有自然發火期短的特點，采空區遺煤多，因此必須對采空區氣體進行取樣分析。南峪煤礦以往都是采用手壓取樣作業，勞動強度大，取樣效果差。

3.4.2 應用于采空區氣體取樣

針對這一情況，太原正越工程設計有限公司與南峪煤礦技術科聯合設計了一臺風動取樣泵，該風動取樣泵工作原理如圖1。

圖1 風動取樣泵工作原理示意圖

從圖1 可知，該風動取樣泵由取樣泵主體、氣水分離器，壓風管路三部分組成。利用井下壓風自救系統作為取樣泵的動力源，將井下采空區內氣體抽出，抽出的氣體再經過氣水分離裝置。該取樣作業安全快捷，同時保證了氣樣的純度。

3.4.3 效果分析

南峪煤礦從2019 年9 月起，全部采用風動取樣泵對采空區氣體進行取樣分析、取樣檢測準備，為井下工作面的防火作業措施提供了依據。

4 結語

利用南峪煤礦井下壓風自救系統進行了壓風系統的拓展應用研究，主要是在風泵冷卻、風泵排水、風泵注油和采空區氣體取樣四個方面的應用，詳細闡述了拓展應用原理、應用方案和應用效果。壓風系統的拓展應用因采用氣動動力，安全性能高，同時減輕了工作人員的勞動強度，減少能源消耗，為南峪煤礦創造了較好的安全經濟效益。