某礦掘進工作面局部通風系統的改進設計與應用

白素珍

（山西霍爾辛赫煤業有限責任公司，山西 長治 046699）

引言

煤礦機械的發展提高了掘進工作面長度和掘進速度，同時對通風系統的性能提出了更高要求[1-2]。技術先進的局部通風技術層出不窮，如單巷單風機壓入式、通風機間隔串聯、通風機并聯等，在煤礦掘進工作面均已取得了較好的應用效果，為煤礦局部通風系統的設計提供了重要參考[3]。某煤礦掘進工作面采煤時隨掘進速度的加快，有效風量出現了下降，出現了不能滿足掘進工作面需風量的問題，需對其局部通風系統進行改進設計。

1 掘進工作面概況

某煤礦正在采掘的煤層開采方式為綜采，掘進通風的距離范圍為1 500～2 000 m，工作面巷道斷面約為20 m2，長度走向為2 000 m，高出地面標高為

1 064 m 左右。煤層全井田可開采，煤層的厚度范圍為3.15～4.03 m，平均厚度約為3.5 m，厚度差異性較小，變化存在一定的規律性。煤層結構組成簡單，不含夾矸，僅局部位置存在1～2 層，巖性以砂質泥巖、泥巖為主，厚度范圍為0～0.90 m，平均厚度為0.28 m，屬于穩定煤層。掘進工作面需風量較大，當前局部通風系統運行時經常出現有效風量不能滿足掘進工作面需風量的問題，工作面有害氣體超限等，導致煤炭采掘工作無法安全高效運行，威脅著井下作業人員的人身安全。

2 方案設計

2.1 局部通風系統的設計依據

針對該煤礦綜掘工作面開展局部通風系統方案設計，要求工作面新的局部通風系統能夠滿足年運行時間不小于330 d，三班倒生產，每班時間為8 h。綜掘工作面采用綜合機械化掘進方法，綜掘機型號為EQJ-20，生產能力為0.126 Mt/年。

2.2 通風方案

分析該煤礦掘進通風情況得出以下結論，巷道斷面尺寸大且通風距離長，對于巷道通風風速的要求較高。綜掘工作面煤層為全井田可采，煤層厚度平均值為3.53 m，波動范圍較小，結構簡單穩定。依據現有通風系統及局部通風系統的新要求，擬定出兩套局部通風系統方案。

2.2.1 局部通風方案I

綜掘工作面采用單巷掘進，進風巷和回風巷共用。獨頭巷位置的通風距離長達2 000 m，需要選擇功率較大的局部通風機，配置直徑尺寸合適的風筒，能夠實現綜掘工作面和獨頭巷道內的瓦斯氣體濃度低于1%，確保巷道內部人員設備的安全可靠工作。但是方案中的進風巷和回風巷共用同一巷道，回風過程中會污染進風的質量，不利于井下礦工的身體健康。與此同時，隨著綜掘工作面長度的增大，風筒維護和管理越來越困難，極易出現因風速過大撕裂風筒的問題，給安全掘進帶來隱患。

2.2.2 局部通風方案II

綜掘工作面采用雙巷平行掘進，全風壓與局部通風機相結合運行。該方案能夠充分發揮當前綜掘工作面設備的作業能力，為全風壓通風的實現創造條件。雙巷道之間每隔約55 m 設置一個封閉或未封閉的聯絡巷，即可形成一巷進風一巷回風的全風壓通風系統，如下頁圖1 所示。局部通風機布置在進風巷中，隨聯絡巷的前移而推進，大大縮短了局部通風的距離，適合大斷面長距離綜掘作業的通風要求。局部通風系統效果的好壞與聯絡巷密閉情況息息相關，需要嚴格控制密閉設施的跟進工作，保證全風壓通風系統的形成與穩定，同時對密封設施的施工質量要求較高，以便控制聯絡巷的漏風量，避免出現局部通風機供風不足而導致循環風現象。

圖1 雙巷平行掘進示意圖

2.3 局部通風系統方案優選

從安全性和技術性角度出發對比分析兩種局部通風系統方案，分析結果如表1 所示。由表1 可以看出，方案II的實施技術難度較小、后期風筒維護工作量低、風筒的通風阻力較小，可見方案II 優于方案I。從經濟性角度出發方案II 需要多掘進一條巷道，成本相對高一些，但是方案II的后期維護投入較小，同時掘進的回風巷也能作為下一工作面的回風巷使用。總上所述，綜掘工作面局部通風系統選擇方案II 較為合理。

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

結合某煤礦原有局部通風系統的限制，繼續使用已有對旋式FBCDZ6.3/2×30kW的局部通風機，具體風機參數如表2 所示。采用8 臺局部通風機，按其額定風量和風壓，根據經驗和現場瓦斯涌出的現狀，足以滿足綜掘工作面的安全生產要求，同時還大大降低了局部通風系統的設計成本。

表2 局部通風機參數

3.2 風筒選型

風筒選擇時需要考慮漏風量、風阻、使用便捷、成本低廉等因素，選擇柔性膠質阻燃材質的風管。根據局部通風機的最大風量和風壓，選擇規格為Φ800 mm×10 m的特質風筒，具體性能參數如表3 所示，滿足綜掘工作面局部通風系統的要求。

表3 風管性能參數

3.3 控制功能

局部通風系統所使用的通風機能夠根據綜掘工作面通風量需求自動調節通風機轉速、輸出風量、風壓等，當綜掘工作面內瓦斯含量超標時，可以手動或者自動進行大功率瓦斯排放，避免瓦斯事故發生。局部通風系統采用了“雙電源、雙風機”模式，并且能夠自動進行功能切換，確保局部通風系統風機連續穩定運行。

4 應用效果評價

為了驗證綜掘工作面局部通風系統設計效果，將其投入綜掘工作面的局部通風工作中并進行了為期半年的跟蹤記錄。應用結果表明，改進后的局部通風系統設計合理，運行穩定可靠。相較于綜掘工作面原局部通風系統，改進后的局部通風系統的應用縮短了通風巷道長度，降低了局部通風機的能耗，保證了綜掘工作面的快速、安全、高效的掘進。統計結果表明，改進后的通風系統的有效風量率高達93%，提升了約27.6%；風機裝置效率為67.5%，提升了22.2%，取得了很好的應用效果。