巷道快速隔风装置的研制与实践

张晓龙

（霍州煤电集团安监局，山西 霍州 031400）

1 工程概况

霍州煤电集团辛置煤矿掘进通风具有明显的特点：一是设计巷道断面大（平均20m2左右）；二是通风距离长（5000m）。根据设计巷道的用途不同，该矿巷道施工工艺主要有两种方式，即双巷掘进（主要用做综采工作面顺槽）和单巷掘进（主要为矿井开拓巷道），由此形成两种不同的掘进通风技术，即全风压与局部通风结合的通风技术和局部通风机压入式通风技术。

全风压与局部通风结合的快速掘进通风技术适用于使用引进设备（连续采煤机及其配套装备）的掘进工作面，为满足作业方式的工序工艺要求，使巷道掘进与顶板支护互不影响，作业采用双巷（或多巷，两巷间有联络巷）平行掘进。通过每隔50～60m封闭或未封闭的联络巷，可以形成一巷进风、另一巷回风的全风压通风系统，局部通风机安设于全风压风流进风巷中，随联络巷密闭的跟进而前移，最大限度地缩短局部通风的距离，适应大断面、长距离掘进的风量、风速要求。该通风技术关键在于能否解决两巷间的隔风问题，形成便于快速施工、拆除及复用的隔风设施。为了解决这一难题，该矿创造了巷道快速隔风新技术。

目前国内巷道隔风技术是通过隔风设施实现的，主要有砖墙（或料石）、水泥勾缝、板壁墙、外挂橡胶（塑料）布、板模、内部充填速凝性材料（石青或高分子材料）、骨架上挂帘子（用竹条或枝条编制）和喷射聚醋类材料几种类型。国内现有的隔风设施无法适应辛置煤矿双巷掘进时联络巷的快速封闭要求。经过技术攻关，提出了“周边充填、中间挂风帘”的快速隔风技术，并成功研制出由轻质膨胀固体充填袋、积木式快速插接可伸缩支架和风帘组成的“巷道快速隔风装置”。

2 “巷道快速隔风装置”的研制过程分析

2.1 轻质膨胀固体充填袋的研制

2.1.1 周边充填材料的优选

可供选择的周边充填材料有：气体充填、液体充填和固体充填三种。

气体充填：利用天然橡胶材料做成气囊，注入空气制成气袋。该充填材料具有成本低、重量轻、易运输、施工简单、隔风迅速的优点，但存在易漏风、可靠性差的明显缺点。

液体充填：水囊内注水制成水袋。水囊由内胆、外罩组成，内胆选用双层优质塑料薄膜经热压后为柱状，外罩选用阻燃防水尼龙布加工。优点与气体充填类似，但存在接顶困难（重力作用）、易漏水、可靠性差的缺点。

固体充填：由内部轻质膨胀固体充填材料（海绵）和外部阻燃防水尼龙布袋缝制而成。具有重量较轻、运输方便、现场施工简单、隔风迅速、可靠性高、维护量小以及成本较低的优点。

通过对以上三种充填材料的比较，固体充填具有明显的优点，可以作为周边充填材料使用。

2.1.2 轻质膨胀固体充填袋的技术参数

轻质膨胀固体充填袋的几何形状如图1所示，截面为上底220mm、下底180mm、高250mm的梯形（有利于现场安装），袋长分350mm、500mm、1000mm、2000mm等多种规格。充填材料密度较小（5.29kg/m3），压缩率为50%，具有自身膨胀功能，当设施拆除压力释放后，可以恢复原形。

图1 轻质膨胀固体充填材料外形结构图

2.2 积木式快速插接可伸缩支架的技术参数分析

积木式快速插接可伸缩支架结构如图2所示，由伸缩杆和活结接头组成。该装置由积木式快速插接可伸缩支架和风帘组成。伸缩杆为50mm×50mm方钢（杆状），活结接头由60mm×60mm方钢焊接成“┌、┼、┬”形状，接头每隔50mm打一个Ф10mm的圆孔，每根伸缩支架两端也打一个Ф10mm的圆孔，用活接头和伸缩杆能够快速地插成所需要的固定支架，并通过调节活结接头和伸缩杆的相对位置，用销子定位实现支架伸缩，以适应巷道断面一定范围的变化。支架的可调范围：宽度为 4600～5000mm，高度为 3200～3600mm。为保证框架的稳定性，在支架两端设有“人”字型三点定位支撑杆。框架顶部及侧边每隔500mm固定一个托架，防止充填袋掉落。

图2 巷道快速隔风装置框架整体结构示意图

2.3 风帘的技术参数

风帘为一个5.5×4m=22m2的阻燃防水尼龙布，在风帘的四周每隔330mm设一Ф8mm的金属扣眼，扣眼内穿有尼龙绳用于风帘与框架的拉紧固定。

3 “巷道快速隔风装置”在辛置煤矿的实践应用

3.1 “巷道快速隔风装置”的安装分析

将设计的“巷道快速隔风装置”在辛置煤矿中进行安装并投入应用。在辛置煤矿1-2煤总回风巷与03风巷（二）平交处西50m、08运巷（一）机头巷与1-2煤总回风巷平交处北15m处进行安装，安装由4人进行，具体过程如下：

（1）在地面准备好所需装置（周边固体快速隔风装置一套，包括轻质膨胀固体充填袋、积木式快速插接可伸缩支架和风帘）和必要的工具（2m高人字梯、钳子、8#铅丝和皮尺）并将风帘穿绳；

（2）将隔风装置运抵安装地点；

（3）选择比较规则的巷道段为安装地点，用皮尺测量巷道高度和宽度；

（4）连接斜撑杆和斜撑脚；

（5）组装框架。先由底到顶端按最小尺寸分层组装，然后按巷道高度和宽度粗调框架，使海绵体能够充满巷道边壁；

（6）安装托架和斜撑杆；

（7）将框架抬起至垂直位置，并固定好斜撑杆；

（8）在框架底边背面一侧向底板打入两根钢钎，并与底边固定；将风帘在框架上挂好，使顶部中央两孔穿过M16螺母，拉紧上部绳索；

（9）将框架与顶板固定，将轻质膨胀固体充填袋在支架与两帮、顶板之间充填好；

（10）调节微调装置，使巷道边壁密实，拉紧下部绳索，并固定好底边，检查无误后，安装工作结束。现场安装工作约1小时6分钟。

3.2 实践应用效果评价

2015年7月1日～10日，对巷道快速隔风装置的隔风效果风量、风压及漏风情况进行了测定，测定结果如表1所示。

表1 风量、风压及漏风测定表

从表1数据来看，1-2煤总回风巷密闭漏风率为2.2%，08运输平巷（一）机头巷密闭漏风率为1.3%，隔风效果优越。巷道快速隔风装置同时还具有以下的优势：（1）重量较轻（总重量110kg，主要为支架重量），运输方便；（2）不需专用设备，现场施工操作简单，隔风迅速，漏风量小；（3）可靠性较好，维护量小；（4）可重复使用。

4 “巷道快速隔风装置”技术参数分析

4.1 两巷断面的选择

巷道断面形状为矩形断面，一般用于综采或连采工作面的平巷，沿煤层掘进，巷道高度为3.3～3.6m，宽度为 4.6～4.8m，断面为 18～20m2；两巷间距20m，两联络巷间隔距离为50～60m。

4.2 联络巷的封闭

随掘进面的推进，为保证全风压通风系统的形成，必须对后面联络巷进行及时封闭。封闭点布置在联巷两侧向内3m处，为降低成本和提高封闭速度，一般一侧采用永久密闭而另一侧进行临时封闭（安设巷道快速隔风装置）。永久密闭四周掏槽，采用机制砖、水泥、沙子构筑，墙体厚度为24cm，沙灰抹面。

4.3 局部通风机的安设及风筒要求

局部通风机设置在距回风口超过10m处，距掘进头一般300～400m（随联巷密闭的跟进情况确定）。采用Ф600mm、带长为10m的导风筒，通风机型号只要满足出口风量在180m3/min以上即可适用。

4.4 风压配风的设计

每个掘进工作面风量以180m3/min为准，每台局部通风机可配风350m3/min，则双巷掘进时局部通风机配风为700m3/min，每道联络巷密闭漏风按3m3/min计算，共计漏风约300m3/min。为此，全风压配风约1000m3/min即可满足掘进配风要求。

5 结语

本文针对辛置煤矿两巷间的隔风问题，提出了“周边充填、中间挂风帘”的快速隔风技术，并成功研制出由轻质膨胀固体充填袋、积木式快速插接可伸缩支架和风帘组成的“巷道快速隔风装置”。通过对辛置煤矿1-2煤总回风巷与03风巷（二）平交处西50m、08运巷（一）机头巷与1-2煤总回风巷平交处北15m处的实践应用及效果检测结果表明：该装置隔风效果优越，具有很好的实践性，对该装置实践应用的技术参数提出了相应的建议。