掘進工作面局部通風方案改進與應用

鄧 晨

（西山煤電集團安全監督檢查中心，山西 太原 030000）

0 引言

由于機械化設備在煤礦行業中的廣泛應用，業內對其要求也越來越高。以某煤礦4103 工作面為例，目前回采巷道達2 000 m，在后期掘進長度及速度不斷增加的情況下，單巷掘進通風技術難度和管理難度也會不斷增加[1]，隨之還會出現一系列通風問題。為解決4103 掘進工作面的局部通風問題，需對通風系統進行優化改進，確保建立一個安全經濟且便于管理的通風系統，為井下安全高效生產提供保障。

1 地質概況

某煤礦井田呈南北走向，長約4.11 km，寬約2.15 km，在井田的中部設有主井、副井、回風井及開拓大巷。目前4103 工作面掘進走向長為2 km，巷道斷面約20 m2，地面標高+1 065 m。4#煤層結構簡單有規律，頂板為砂質泥巖，底板為泥巖、粉砂巖，煤層穩定，全井可采。根據礦井開拓總體部署，利用綜合機械化傾斜長壁式采煤法，把開拓大巷兼做準備大巷進行開采，煤層平均厚度為3.51 m，工作面長度為243 m，日進度約3.85 m，年推進長度約為1 256 m，工作面由大巷一側掘進順槽巷道至井田邊界，在開切眼處安裝綜采設備，以后退式采煤機落煤，即向大巷方向回采。通風方式采用中央并列式機械抽出法，通風距離控制在1～2 km 之間。由于掘進開采時，工作面斷面和所需風量都比較大，普通的局部通風系統完全達不到供風要求，因而會出現風機故障停轉或風速過大等問題，都會造成瓦斯濃度超限或出現二次粉塵，進而影響掘進工作面無法在一個安全可靠的環境下高效進行[2]。

2 局部通風方案設計

針對該煤礦目前現狀，綜掘工作面采用EQJ-20型號的綜掘機掘進，年生產力為0.127 Mt，但隨著今后工作面的不斷增加，現有的通風系統很難滿足風量要求，需選擇經濟合理、安全可靠的通風系統，以保證三班倒的生產，即每班8 h，且年運行時間至少330 d。現有兩種優化方案可供選擇。

2.1 方案一：單行單機掘進巷道全長

設計單條巷道掘進全長，可根據掘進的長度選擇不同的通風設備，比如型號、功率、風筒大小等，在保證巷道快速掘進及人員安全的情況下，可采用主備用風機供風，掘進供風務必使掘進面和后巷的甲烷濃度不超過1%。由于僅有一條巷道，進風和回風都由此巷經過，這樣勢必會造成一定的空氣污染，也會對井下工作人員的身體健康有嚴重危害。隨著掘進長度的不斷增加，如果風速過大，就會造成風筒撕裂，這樣既不利于風筒的維護和管理，還會給安全掘進帶來隱患[3]。

2.2 方案二：雙巷平行掘進、全風壓與局部通風機相結合的局部通風技術

設計兩條不同用途的巷道，可采用全風壓與局部通風相結合的通風技術。該技術適用于連續采煤機及其配套裝備的掘進工作面，在保證巷道掘進時不影響頂板支護的前提下，作業時可采用雙巷同時掘進的方式，來達到工藝的要求，雙巷之間還有聯絡巷。

雙巷平行掘進的方式充分發揮了連續采煤機及其配套裝備的優勢，不僅可以高強度地連續作業，還為全風壓通風創造了良好的條件。如圖1 所示，設計一條巷道進風、另一巷道回風的全風壓通風系統，兩條巷道之間的聯絡巷間隔約50 m，并在進風巷中安設局部通風機。當聯絡巷封閉時，為了滿足長距離掘進時對風量及風速的要求，需通過移動通風機的位置來大大縮短供風距離。這種通風技術需建立在聯絡巷密閉不漏風的前提下，這就要求設施施工質量高且能及時跟進，一是可以避免因局部通風機供風不足而出現循環風現象[4-5]；二是可以保證形成穩定的全風壓通風系統。

圖1 4103 工作面

從安全可靠、技術可行的角度考慮，方案二比方案一更合適。

從經濟合理的角度來看，方案二前期投資的成本確實高于方案一，在于多掘進了一條巷道和兩巷之間的聯絡巷。但作為回風巷的巷道可重復循環使用，這樣后期的投資會比方案一少。

綜上所述，不論從哪個角度考慮，方案二都明顯優于方案一，故掘進工作面局部通風選擇方案二。

3 局部通風系統設計

3.1 通風設備選型

在某煤礦原有局部通風系統的設計上，再增加七、八臺局部通風機，繼續沿用之前的型號對旋式FBCDZ6.3，功率2×30 kW，風量260～630 m3/min，全壓1 200～6 650 Pa。按其額定風量和風壓，通過觀察現場瓦斯涌出的情況，并根據經驗分析，該通風設備達到了綜掘工作面安全生產的要求，更為前期設計投資節約了成本。

3.2 風筒選型

為滿足綜掘工作面局部通風系統的要求，風筒的規格可選擇Φ800 mm×10 m 的特質風筒，柔韌膠質、成本低且維護方便；其百米漏風率為1.5%左右；在局部通風機的最大風量和風壓范圍內；耐內壓高于5 000 Pa，不易燃燒，符合風管的材質要求。

4 效果分析

為了檢驗4103 掘進面通風技術優化后通風系統的通風效果，現對其進行了通風系統的測定。

在對4103 掘進工作面安裝各種通風設備并進行調試后，通風技術優化基本完成，讓其正常運轉兩三個月后，再對其風速、風量進行測定，測定結果如表1所示。

表1 風速、風量測定結果

從上表結果可以看出，通風系統優化后，風量明顯得到了改善，同時風筒的供風長度也縮短了，局部通風機的能耗也降低了，達到了安全高效掘進4103工作面的目的。

優化前后通風效果分析，如表2 所示。可以看出在采用雙巷平行掘進，全風壓與局部通風機相結合的局部通風技術后，4103 巷道掘進速度明顯加快，風機轉速提高了，還降低了局部風機能耗；風機效率較優化前也提高了22.2%，達到了67.5%，滿足了風機要求；優化后的有效風量率也大幅提高到92.9%，這樣每年可節約45 萬元左右的電費。事實證明，優化后的通風系統不僅安全可靠，還高效節能。

表2 優化前后通風效果對比

5 結論

1）隨著煤礦綜合機械化水平不斷提高，綜掘機在長距離、大斷面巷道掘進中更是被廣泛應用。在雙巷平行掘進、全風壓與局部通風機相結合的局部通風技術充分發揮其高強度連續作業功能，不僅杜絕了掘進作業時瓦斯超限帶來的安全隱患問題，營造了一個安全可靠的井下環境，同時還降低了后期維修風機和風筒的成本，減輕了作業人員的勞動強度。

2）通過實際應用，采用方案二局部通風技術后，風機裝置效率較優化前提高了22.2%，有效風量率也大幅提高到92.9%，每年可節約45 萬元左右的電費，降低了風機能耗，滿足了高效、節能的要求。