掘進工作面局部通風系統通風方案的設計與應用分析

郭玉璽

（晉能控股煤業集團首陽煤礦， 山西 晉城 046700）

引言

隨著煤礦開采自動化程度的不斷提升，礦井的掘進速度和綜掘面長度都得到了很大提升，因此對礦井通風系統性能的要求也在不斷提高。近年來，局部通風技術得到了顯著的發展，當前較為常見的包括單巷單風機壓入式、通風機間隔串聯以及通風機并聯等，這些技術具有扎實的理論分析過程以及較好的實際使用效果，為礦井局部通風技術的提升提供了良好的借鑒。晉能控股煤業集團首陽煤礦隨著掘進工作的不斷推進、掘進深度的增加，導致掘進工作面的有效風量無法滿足實際需求，因此需要對局部通風系統進行優化改進。

1 某掘進工作面概況

所選煤礦煤層的開采方式為綜采，巷道斷面呈矩形，長度為5 m，寬度為4 m，巷道總長度為2 000 m，需要通風的長度在1 500～2 000 m 之間。煤層均厚為3.5 m，整體走勢較為平穩，可開采區域較大。煤層整體較為穩定，主要組成成分為砂質泥巖和泥巖，平均厚度0.28 m[1-2]。由于掘進工作面長度較長且所處區域較深，因此現有的通風系統難以滿足實際需求，可提供的風量不足以支撐掘進工作面正常運行，使得工作面氧氣比例下降，有害氣體比例上升，不僅導致煤礦的掘進工作難以順利推進，還會給操作人員的施工安全帶來嚴重威脅。

2 通風方案設計

2.1 局部通風系統的設計依據

根據礦井掘進工作面的實際工作情況進行局部通風方案的優化，優化后的方案需要滿足以下幾點：優化后的局部通風系統每年的運行時間不低于330 d，能夠適應綜采工作面的實際工作需求。當前綜采工作面采取“三班倒”生產的方式，每班生產時間8 h；生產方式為綜合機械化掘進的方式，使用的綜掘機是EQJ-20型，該型號綜掘機的生產能力能夠達到0.126 Mt/年。

2.2 通風方案

首先對煤礦掘進工作面的通風要求進行分析，掘進巷道斷面面積較大且整體距離較長，因此對于通風風量和風速提出了較高要求。綜掘工作面煤層均厚為3.5 m，整體走勢較為平穩，可開采區域較大，煤層整體較為穩定。根據煤層的地質情況以及局部通風系統的實際使用要求，初步制定出兩套局部通風方案。

2.2.1 局部通風方案Ⅰ

綜掘工作面采取單巷掘進，進風巷以及回風巷聯合掘進的方式。其中獨頭巷位置通風距離的要求為2 000 m，僅僅依靠局部通風機難以實現，需要配合風筒進行使用并選取功率較大的局部通風機，確保獨頭巷巷道內部的瓦斯氣體濃度不超過1%，進而降低操作人員的勞動強度，保證操作人員的工作安全[3-4]。該方案存在的不足之處在于進風巷以及回風巷使用的是同一個巷道，回風過程中部分廢氣會存留在進風巷道內，隨著進風巷道的工作推進而被帶入礦井內部，對礦井內部氣體造成一定的污染。

2.2.2 局部通風方案Ⅱ

綜掘工作面采取雙巷平行掘進的方式，巷道整體采取全風壓和局部通風機相結合的通風方式，確保綜采工作面上各個設備的作業效率和作業效果能夠最大程度發揮。平行掘進的兩個巷道之間每55 m 布置一個封閉或未封閉的聯絡巷，構建一個進風巷道和回風巷道相分離的全風壓通風系統，雙巷平行掘進示意圖如下頁圖1 所示。局部通風設備安放在進風巷內，隨著掘進工作面的深入而推進，縮短通風距離，提升通風效果，在巷道斷面面積較大以及掘進距離較長的綜掘工作面中使用效果較好。局部通風系統的使用效果和局部通風設備的位置以及巷道密封性存在密切聯系，因此在巷道掘進過程中，需要確保局部通風設備的及時推進，以及聯絡巷的密封效果，避免因為聯絡巷漏風較為嚴重導致巷道出現循環風現象。

圖1 雙巷平行掘進示意圖

2.3 局部通風系統方案優選

從經濟性和安全性的角度對兩種局部通風系統方案進行分析比較，局部通風系統方案分析結果如表1 所示。根據表1 不難發現，方案Ⅱ系統整體較為簡單、安全管理工作量較小、風筒工作效果較好、維護成本較低，顯著強于方案Ⅰ。從經濟性角度進行分析，方案Ⅱ建設過程中成本較高，但是使用過程中維護較為簡單且成本較低，并且可以實現回風巷的循環利用，總體經濟成本較低[5-6]。

表1 局部通風系統方案分析結果

3 局部通風系統設計

3.1 通風設備選型

礦井局部通風機選取型號為旋式FBCDZ6.3/2×30 kW，局部通風機參數如表2 所示。整個局部通風系統共布置8 臺局部通風機，根據風量等參數以及工作面實際情況進行計算，該種布置方式能夠滿足礦井實際生產需求，方案經濟成本也顯著下降。

表2 局部通風機參數

3.2 風筒選型

風筒的型號選擇過程中綜合考慮漏風量、風阻、操作簡單以及經濟成本較低等方面，此外還要和局部通風機相適應，因此選擇Φ800 mm×10 m 的特質風筒，風筒性能參數如表3 所示，能夠滿足掘進工作面通風系統實際需求。

表3 風筒性能參數

3.3 控制功能

局部通風系統自動化程度較高，能夠根據風量要求的變化對通風機轉速、輸出風量以及風壓等參數進行自動調節，還可以選擇手動調節模式，例如瓦斯含量超標時，手動切換為大功率排放狀態，確保施工人員的人身安全。此外局部通風系統還采用“雙電源、雙風機”的工作模式，確保通風系統的運行穩定。

4 應用效果分析

為了對優化后的局部通風系統進行檢驗，在綜掘工作面中使用該局部通風系統并進行長達半年的監測記錄。記錄結果顯示，優化后的局部通風系統實際使用效果較好，運行過程較為穩定。相較于原有系統，優化后的系統顯現出使用能耗較低、風量充足、工作效率較高以及同掘進過程相適應等優勢。對統計數據進行分析可得，優化后的局部通風系統有效風量率從65.4%提升至93%，提升幅度為27.6%；風機裝置效率從45.3%提升至67.5%，提升幅度為22.2%，實際提升效果較為明顯。