可控循環通風應用及局部通風安全性研究

楊 攀

（冀中能源峰峰集團有限公司礦山救護大隊，河北 邯鄲 056201）

綜掘工作面的主要塵源是掘進機截割頭截割煤、巖。高壓噴霧降塵技術結合除塵器的長壓短抽混合式通風系統進行除塵，可以取得較好的降塵效果。但長壓短抽混合式通風選用的風機若型號相同或者壓入式通風風機風量大，會造成工作面部分高濃度粉塵風流由巷道排出，而人員主要在距工作面50m范圍內綜掘機和跟機皮帶范圍內工作，排出的粉塵風流會直接吹向作業人員。

為降低綜掘機和跟機皮帶范圍內即除塵風機通風段巷道粉塵情況，將壓入式風機與除塵風機進行調換試驗。使除塵通風機的吸入風量大于壓入風機風量，控制部分由除塵風機排出的經過凈化處理的風流再次經工作面，進入除塵風機吸風口，對工作面進行可控制循環通風。一旦出現局部通風機停止運轉，不能連續向掘進工作面供給新鮮風流，會造成掘進工作面瓦斯積聚，嚴重威脅施工安全。

1 可控循環通風技術

若全風壓供給設置通風機巷道的風量大于局部通風機的吸入風量，則局部通風機會將部分已排出的污濁風流再次送往用風地點，即形成可控循環通風[1-2]。

可控循環通風通常用于開放空間內，且有新鮮風流連續通入到循環風流之中。理論推導和現場考察均表明，可控制循環風流中污染物的濃度與循環風量無關，只與流經該處的新鮮風流流量和此分區中污染物產生量有關。因此循環風流所流經地點的污染物濃度均會趨于某一限值，而不會無限增大。

采用混合式可控循環通風時，掘進工作面產生的粉塵全部經過除塵風機凈化處理，過濾后大部分風流直接排出。當除塵通風機吸入風量大于壓入風機風量時，一部分凈化風流循環至工作面，再與新鮮風流混合，多次沖洗工作面，使含塵風流多次經過除塵風機，如圖1所示。在不增加吸入風量的情況下，加大了沖洗工作面的風量，使粉塵在自身沉降和除塵風機的作用下大幅減少，直接將落巖粉塵消滅在工作面，從而降低工作面抽出式風機吸風口以外巷道粉塵濃度，改善掘進巷道氣候條件。

圖1 巖巷綜掘工作面可控循環通風示意圖

2 可控循環通風的安全性研究

國內最早對可控循環通風進行研究的是安徽理工大學通風安全教研室。其監測并得出了循環風流應用于掘進巷道長壓短抽混合式通風時，風流中瓦斯濃度的分布規律，并與實驗室模擬實驗結果進行了對照分析。

但因為此技術與我國現行《煤礦安全規程》部分規定有沖突，初始階段其應用并不廣泛。而后中國煤炭學會安全委員會協同統配煤礦總公司安全管理局組織召開了全國煤礦《礦井可控循環風技術》研討會，會上根據在蒲白礦務局馬村礦、肥城礦務局白莊礦和潞安礦務局石屹節礦的可控循環風試驗結果，論證了可控循環通風推廣使用的系列問題。礦山實際試驗結果與實驗室實驗結果一致。這表明在適當的安全防控措施的保障下，抽壓風筒重合部分瓦斯濃度不僅不會超過規定限值，反而由于循環作用增大了該段風量，同時提高了風速，能夠有效降低發生頂板瓦斯積聚的可能性[3]。

為風機增設0.5%閉鎖功能，能夠有效地避免綜掘工作面瓦斯濃度過高以及排放瓦斯時出現“一風吹”的現象。將該功能實現裝置接在變電所風機專用分路饋電上，則發生停風后，若瓦斯濃度超限，斷電儀能夠在第一時間做出反應，切斷次掘進頭的兩條專用線路風機饋電，進而實現瓦斯0.5%閉鎖的效果[4]。

3 可控循環通風在工作面的應用

峰峰集團孫莊礦北翼軌道大巷為恢復四采區生產而設計的主要運輸大巷，全長1280m，位于井田北翼-45野青大巷下方，北山青放水巷上方。沿一座煤層掘進，落巖時采用長壓短抽混合式通風方式，除塵風機除塵，除塵風機型號：KCS-220型。風機型號為：FBD№5.0/2×5.5和FBD№6.3/2×11風機。

初期，北翼軌道大巷壓入通風安裝使用FBD№6.3/2×11風機，除塵風機采用FBD№5.0/2×11風機，割巖時距工作面不同距離巷道粉塵濃度情況見表1（壓入式風筒出口距工作面9m，除塵風機距工作面30m，吸風口距工作面5m，40m左右安裝一道凈化水幕和擋塵簾）。

表1 可控循環通風前工作面粉塵分布情況

進行可控循環通風試驗時將壓入式風機與除塵風機調換，壓入風機為FBD№5.0/2×11，除塵風機為FBD№6.3/2×11。利用兩風機需風量的差值使部分凈化后的風流重新吹向工作面。

北翼軌道大巷采用可控循環通風后粉塵量變化與初期粉塵變化比較見圖2。

圖2 可控循環通風前后粉塵量變化對比情況

通過圖2分析，從抽出式風機吸風口（3～5m左右）往外，工作面風流經過除塵風機凈化處理后，再進入工作面粉塵含量減小70%～80%，最大處減少98.1%，大大改善了工作面后路工作環境。2011年1月，北翼軌道大巷實現巖巷單進266m，創冀中能源新紀錄。

4 局部通風安全性的對策研究

雖然采用可控循環通風除塵技術，工作面及其回風瓦斯含量未明顯增加，但考慮除塵風機運行安全性及工作面瓦斯涌出量不均衡性，除塵風機必須實現瓦斯斷電閉鎖，瓦斯超過0.5%時，嚴禁使用除塵風機。工作面接近老巷、煤層等可能涌出瓦斯的地點時，必須提前停止抽出式風機運行，保證礦井安全生產。加強工作面瓦斯檢查，發現瓦斯變化或其他異常情況，及時采取措施，防止瓦斯事故發生。

應嚴格控制壓入式風筒和抽出式風筒距工作面的距離及距離差。距離過近，會造成風流短路，導致工作面無風或微風；壓入式風筒距工作面近，壓風射流沖擊大，粉塵揚起，工作面綜掘機濕式降塵效果差；抽出式吸風口距工作面太遠，有效吸塵效果差。根據壓入式風機有效射程、抽出式風機吸程和施工期間司機及其他人員位置，壓入式風筒距工作面保持在7～10m，抽出式風筒距工作面保持在3～5m。將除塵風機及除塵器置于跟頭軌道上，隨工作面前進及時前移。

同時煤礦局部通風機供電系統應滿足要求，必須雙風機雙電源雙回路供電，一回路“三專”供電，即專用開關、專用變壓器、專用線路[5]。對于另一回路，國內普遍采用自動力電源供電。但是，當局部通風機專有線路出現故障或斷電時，風機供電線路會自動導向自動力電源，同時切斷除風機電源之外的其他電源。即故障情況下，風機雖轉為自動力電源線路，但仍然能保證供電穩定性，實現“雙三專”。

為增強局部通風安全性，可針對礦井通風事故危險源，建立信息管理系統，包括以下五項內容：（1）通風系統狀況評估。評估項目包括通風系統的穩定性分析、通風阻力、分區通風、有效風量等。（2）通風措施評估。礦井反風措施的可行性以及效果檢驗、下行通風的應用效果檢驗等。（3）可靠性檢查、質量檢查等局部通風設施的評估。（4）通風系統特殊問題的評估。通風方式等引發通風事故的可能性大小，例如角聯通風、串聯通風、循環風等情況。（5）針對整個通風系統進行全面的安全性評估。工作人員通過通風系統信息管理系統能夠更準確地查找事故隱患，從而達到提高通風能力且增強安全性的目的。

另外，還應通過加強管理，改進工作面抽出式風機、除塵器以及風筒管理方式，合理調整風機風量，混合式通風技術可大大降低工作面后路粉塵含量，改善工作面人員工作環境。

5 應用效果

（1）通過實施可控循環通風技術，大大降低了巷道尤其是距工作面30m范圍內工人比較集中巷道的粉塵濃度，改善工作面生產環境，保護井下職工身體健康，降低塵肺病發病率。

（2）提高工作面能見度，減少工傷事故，提高工作效率。防止由于工人工作中無法看清工作環境而發生的工傷事故。同時能夠減少機械磨損，延長設備使用壽命。

（3）可控循環通風可有效地增加工作面風量，降低井下的溫度、濕度及卡他度，改善氣候條件。

6 結論

（1）礦井循環風流中的污染物濃度在任何區域地點均趨于某一限值，不會無限增大。污染物濃度由流過該區域的污染物產生率和新鮮風量的大小決定，與可控制的循環風流中的污染物濃度與循環風量無關。

（2）通過現場試驗，循環通風能夠提高抽壓風筒重疊段的風速，增大風量，因而瓦斯濃度不會超限，能夠有效防治瓦斯積聚，與實驗室實驗結果相吻合。

（3）在峰峰集團孫莊礦北翼軌道大巷的應用中，工作面風流經過除塵風機凈化處理后，再進入工作面粉塵含量減小70%～80%，最大處減少98.1%，明顯改善工作面后路工作環境，可降低塵肺病發病率，提高生產效率。

（4）為局部通風機增加0.5%閉鎖功能、嚴格控制壓入式風筒、抽出式風筒距工作面的距離和距離差、電源控制開關“三專”供電及建立礦井通風事故隱患信息管理系統等措施能夠保障局部通風安全性。