煤矿长距离掘进工作面通风技术分析

2020-07-23张学宁

机电工程技术 2020年6期

张学宁

（同煤集团安全监管五人小组管理部，山西大同 037003）

0 引言

煤炭作为中国的重要能源，对中国社会经济的可持续发展具有十分重要的现实意义。随着煤矿开采技术的不断深化，国内的采煤技术、掘进技术以及安全技术等已非常成熟，促进了国内煤炭开采水平的不断提高。由于煤炭开采难度的不断增加，出现了长距离和大断面等掘进要求，增加了工作面通风的难度，给井下生产和人员安全带来了不少隐患。因此，为了确保煤矿井下开采工作的顺利进行，结合井下开采的实际情况，采取有效的长距离掘进工作面通风技术，为井下掘进工作的顺利进行提供良好的工作环境，确保煤炭开采工作的安全平稳进行[1]。

1 煤矿长距离掘进通风主要形式

井下掘进工作面的通风动力主要来自局部通风机和巷道全风压通风，其中局部通风机通风作为最广泛的通风方式，在煤矿的井下开采过程中得到了广泛应用。随着煤矿开采长距离和超长距离掘进的逐渐发展，为了确保掘进工作面具有良好的通风环境，要在当前通风技术的基础上，对其进行优化处理，确保其能够满足长距离掘进工作面的通风需求。

1.1 单巷掘进长距离通风技术

单巷掘进长距离局部通风技术主要用于独头掘进的工作面，根据不同的地下掘进情况，所采取的通风技术不尽相同。常用于单巷局部通风的技术主要有以下5种。

（1）风机联合风筒及多级风库接力通风技术

对于掘进距离大于5 000 m以上的工作面，需要选用大功率的风机、大直径风筒配合多级风库接力实现良好的通风。在实际运作过程中，新鲜风流是在风筒和风库的协同作用下被输送至遥远的掘进工作面处，而其中形成的污风则是经由风筒外部的巷道排放至回风大巷中，进而能够为掘进工作面提供充足的新鲜风流，改善掘进工作面的环境，并且还能及时将掘进工作面处的瓦斯和粉尘带走，为掘进工作的安全进行提供可靠保障。这种通风方式在潼金矿业的长距离掘进工作面中进行了应用。由于该单巷独头掘进距离长达5 728 m，给通风工作造成了非常大的困难。通过选用上述的通风技术，获得了良好的通风效果，为掘进工作的顺利推进提供了可靠保障[2]。

（2）多台局部风机配合风库多条风筒通风技术

随着掘进距离的逐渐增加，尤其是超过3 000 m之后，对大断面通风提出了非常高的要求。因此，为了保障良好的通风，需要将局部风机和风库、长风筒进行有机结合。该通风技术能够将风机所输出的风量进行科学合理地分流，不仅能为掘进工作面的顺利推进提供充足的风量，而且能在一定程度上改善过大风量造成风筒出现膨胀断裂的问题，确保风筒的安全运行。该通风技术在七台河新兴煤矿单巷独头掘进工作中得到了有效应用，并且取得了良好的通风效果。其掘进长度为3 380 m、巷道断面积为16 m2，并且在掘进过程中还伴随有1.04 m3/min的绝对瓦斯涌出量[3]。

（3）大功率局部通风机配合长风筒通风技术

对掘进距离小于3 000 m的工作面通风，可以选用大功率的局部通风机配合大直径的风筒就能为掘进工作面营造良好的通风条件。该通风技术所需要配套的通风设施较少，并且其通风效果非常明显，能够及时带出掘进工作面中的粉尘和瓦斯，为掘进工作的安全进行提供可靠保障。在成庄矿单巷的掘进工作中选用了该种通风技术，其巷道长度为2 830 m，在掘进过程中的绝对瓦斯涌出量为0.51 m3/min[4]。通过在局部设置2台大功率的局部通风机和相应的大直径风筒，就能确保掘进工作面的通风量符合要求，进而为掘进工作的顺利开展建立良好的基础。

（4）通风钻孔与风库中转联合供风通风技术

掘进工作面深度较浅和地面地形条件良好，为通风提供了有利条件，可以结合实际的通风要求，选用钻孔与风库联合通风的方式。在其施工过程中，为提高施工速度，可以选用临近的巷道向施工面进行施工，能够大大缩短施工距离，提高施工效率。在巷道中施以适宜数量的钻孔，并在相应的位置处添加若干台风机。该通风技术大大减少通风巷道的长度，减少不必要的掘进工作量，并且还能显著提高掘进工作面的环境，获得良好的通风效果。该通风技术在龙首矿中进行了有效应用，其掘进距离为2 600 m、埋深为858 m，通过在地面的适宜位置处设置1台通风机，并经由钻孔向风库进行供风，新鲜空气在风库内由1台通风机配合风筒给掘进工作面进行供风[5]。

（5）间隔串连通风技术

对于单巷掘进长度不超过5 000的掘进工作面，在其通风过程中，为了确保风筒能够始终正常运行，要对其采取可靠的保护措施，降低其在工作过程中所受到的风压，可以采用间隔串联的方式进行通风，2台局部风机之间的距离要小于风筒长度的1/3，并且这2台风机的风量和负压要能够相匹配。该技术在河南永华能源嵩山煤矿中获得了应用，其掘进长度仅有1 910 m。为了确保良好的通风，结合井下的通风要求，需要在地面配套2台通风机向地下供风，再借助风筒将空气进一步输送至上部联巷的指定位置处，最后再配合砌筑相应的风仓，实现良好的通风[6]。

1.2 双巷掘进局部通风技术

双巷掘进局部通风技术是指在通风过程中，局部通风系统同时为2条不同的巷道进行供风，并且这2条巷道的掘进工作面之间不存在交点，各自独立向前延伸。在双巷掘进的局部通风过程中，需要配套有2阶段大功率风机和大直径长风筒进行相应的通风。在其实际的通风过程中，局部通风机和大直径的风筒将新鲜空气输送至风库中，而设置在风库中的风机就会进一步将空气分别输送至两个不同的掘进工作面，其中的污风则经由巷道风筒外的部分排至回风巷，进而能为掘进工作面提供新鲜空气，有助于排除工作面中的瓦斯和粉尘，为掘进工作的安全进行提供可靠保障[7]。

1.3 多巷掘进局部通风技术

多巷掘进局部通风技术与双巷道局部通风技术大体相似，不同之处在于风库内空气输送所采用的风机是由2台以上风机组成的通风机群。其通风能力大大提高，能够同时为多条巷道工作面的掘进提供良好的通风，但是风机数量的增多，也会带来严重的噪声影响，并且不同风机在工作过程中还会相互影响，进而影响通风效果[8]。

2 通风方法选取流程

通过对多种通风技术进行研究发现，没有一种通用的通风技术，每种通风技术都有其相适应的工作环境，只有结合实际的通风环境，选择与之相匹配的通风技术，才能在确保通风条件符合固定的前提下，降低成本，进而为施工企业带来良好的经济效益。在实际的选择过程中，需要充分结合掘进工作面的环境参数进行有针对性地选择，确保所选择的通风技术能够为掘进工作面提供良好的通风。为了能够快速选择最适宜的通风技术，通过对通风技术进行反复论证，设计了如图1所示的通风技术选择流程图，进而能够大大缩减不必要的工作，在较短时间内就能完成通风技术的优选。