某礦長距離掘進工作面通風技術應用研究

吳志濤

（高平市應急管理局，山西 晉城 048400）

0 引言

長距離局部通風技術主要包括大功率單風機風筒壓入式通風、多風機并聯通風、間隔風機串聯通風等通風方案，但上述方案各自優缺點及適用條件存在著很大差異，因此煤礦在實際通風方案選取應用過程中，仍需結合實際工況，包括巷道布置方式、通風系統情況等合理選取局部通風方案，減少通風阻力、漏風量，保障長距離掘進工作面掘進工作的安全有序進行。

1 長距離掘進工作面常用通風技術

現階段長距離掘進工作面所需風量大、供風方式困難，從目前長距離掘進面常用通風技術來看，主要包括大功率局部風機的應用、多臺局部通風機應用以及聯合風筒供風、降低風量損失等通風技術。而實際通風方案則需要結合實際工況及通風系統，科學有效的設定通風方案。

1.1 大功率局部通風機應用技術

對于煤礦長距離掘進工作面供風，通常會通過提高局部通風機功率的方式，保障掘進工作面良好的通風效果，以3 000 m 掘進工作面為例，1 臺局部通風機運行功率就應達到2×28 kW 以上，可實現多數長距離掘進工作面的充足風量供應。同時大功率局部風機的布置也應結合實際情況，確保最優通風方案的實施，對于過長掘進工作面，單靠提高1 臺局部通風機功率，不僅造成了電量上的浪費，同時漏風情況、通風質量都難以得到保障。

1.2 多臺局部通風機應用技術

對于掘進長度超出3 000 m，單純依靠1 臺局部風機很難達到理想供風效果，因此就緒借助多臺局部通風機，通過合理布置，解決單臺風機供風存在的局限性。以3 000～5 000 m 掘進工作面為例，通過應用2臺大功率局部通風機，例如2×28 kW 大功率局部通風機，也可實現較為理想的通風效果，確保掘進巷道內部瓦斯等有害氣體的及時排出，保障通風系統安全。同時多臺局部通風機供風包含并聯式、串聯式兩種局部通風技術。

1）并聯式風機供風。單純依靠兩種大功率風機并聯形式，提高掘進面供風風力及風量，確保長距離掘進面足量風力供應。與單臺大功率風機相比，能耗比更低，減少了電量損耗，可實現更大功率風量供應，但通風質量沒有太大區別。

2）串聯式風機供風。通過2 臺局部風機間隔串聯的方式，延長了風量供應距離，但缺點是串聯點局部風機的漏風量較大，無法實現全部風量的持續輸送，風量損失較大。

1.3 聯合風筒供風通風技術

對于長距離掘進工作面風量供應，采用大功率局部通風機供風或多臺風機供風，都會出現因掘進巷道通風構筑物堵塞造成的風量分流影響，因此常通過聯合風筒的方式，加強局部通風機風力供應，確保瓦斯等有害氣體的及時排出[1]。風機聯合風筒供風技術的關鍵在于，對風筒直徑的選取，以單臺2×28 kW 大功率局部通風機為例，聯合風筒進行供風，可將局部風機功率提升至2×50 kW以上，對風力的提升效果顯著。

2 局部通風方案設計

該礦首采掘進工作面布置在3#煤層1 采區，其中3101 掘進工作面布設順槽斷面積22 m3，主運輸順槽、回風順槽、輔運順槽長度分別為4 450、4 376、4 500 m，所需供風距離均保持在4 500 m 左右。現依據實際掘進距離進行各順槽局部通風方案設計。結合上述長距離掘進工作面常用通風技術，對掘進工作面的整體供風方案進行設計，包括0～3 500 m 段短距離風量供應方案以及3 500～4 500 m 段長距離風量供應方案兩種[2]。依據巷道當前掘進長度，對長距離掘進巷道的風量供應方式進行靈活方案設計。

1）短距離供風方式。該長距離掘進工作面所需供風距離3 500 m 以內時，即進行3 500 m 以內巷道掘進工作，擬采用單臺大功率局部通風機壓入式通風方式，即可實現風量的充足供應。分別對3101 掘進面各順槽所需風量及通風機風壓進行計算，進行局部通風機及風筒設備選型，如表1 所示[3]。從表1 可以看出，采用單臺大功率風機加風筒的風量供應方案，掘進面各順槽有效風量分別達到了360、371、350 m3/min，均在掘進面需風量之上，可以滿足設計需要。

表1 局部通風機及風筒設計選型

2）3 500～4 500 m 長距離供風方式。對于長距離掘進面局部通風，選用兩臺風機的串聯外加密封風倉的供風方式，具體方案為：掘進工作面各順槽供風長度均按4 500 m 設計，其中施工至3 500 m 前按照上述短距離供風方式，壓入式單臺局部風機供風；施工至3 500～4 500 m 段時，在3 500 m 處設置密封風倉，并在風倉處設計一個可控循環風門，對進風風量進行控制。具體安裝方式，如圖1 所示。前端由現有2×45 kW 局部通風機將風流輸入風倉內，在風倉另一端安裝2×22 kW 局部通風機，風筒直徑800 mm，再將風倉內風流吹入掘進工作面[4]。

圖1 長距離局部通風結構平面布置圖

通過設置密封風倉的方式，對間隔串聯的局部通風技術進行優化，降低串聯點處局部通風機的風量損失，將前一局部風機的新鮮風流全部輸入密封風倉內，在密封風倉內設置串聯局部通風機，并由下一局部風機經風筒將新鮮風流吹入掘進工作面。由于后續掘進工作面距離較短，因此局部風機功率選用2×22 kW 即可，同樣對于風筒直徑選取，也由1 000 mm降至800 mm。

3 應用效果

將上述長距離供風方式，在掘進工作面各順槽進行實際應用，包括回風順槽、輔助運輸順槽以及主運輸順槽的實際通風情況，如表2 所示。可以看出各順槽有效風量分別達到了362、382、384 m3/min，均在掘進面需風量之上，可以滿足設計需要，各順槽可以實現開切眼的安全有序貫通，安全高效完成掘進任務。通過上述通風方式，有效解決了長距離、大斷面工況下使用局部通風機電能損耗大、漏風嚴重、風筒風阻大等確定，同時實現了以下幾點創新：

表2 長距離順槽局部通風情況匯總

1）類比法的應用。通過布設密封風倉結構，實現兩臺局部通風機的長距離串聯通風，并采用全風壓、局部通風結合供風方式，實現了雙巷平衡掘進、直接供風效果。結合多臺局部通風機通風技術中串聯式通風特點，以及風筒供風技術的優勢，對串聯點風機漏風量大缺點進行優化，依據長距離、大斷面的實際掘進工況找出了自身適用的局部通風方案。

2）分階段風量供應。前段3 500 m 以內順槽掘進過程采用單臺局部通風機供風方式，滿足所需風量供應；后段3 500～4 500 m 通過將長距離局部通風方式轉化為全風壓與局部通風方式相結合的供風方案，通過兩臺局部通風機串聯，縮短了單臺局部通風機供風距離，風筒供風質量得到大幅提高，同時也減少了長距離供風過程中的電能損耗。

4 結語

長距離大斷面掘進工作面局部通風技術的應用研究，通過類比多種局部通風技術的優缺點，結合實際工況找出自身適用的局部通風方案，通過兩臺局部通風機串聯，安裝風倉結構的方式，實現了長距離下的全風壓局部通風。縮短了單臺局部通風機供風距離，風筒供風質量大幅提高，同時保障了掘進工作的安全高效進行，為現代化大斷面、長距離巷道掘進通風方案選擇提供了借鑒。