局部通风机风筒保护装置设计与应用

李 琨

（山西晋神沙坪煤业有限公司， 山西 河曲 036500）

引言

1 某矿生产概况

某矿1407工作面位于井田一采区北翼，其运输巷自一采区胶带上山开口施工，巷道设计总长度1 600 m，巷道设计为矩形断面，高度和宽度分别为4.5 m和3.5 m，巷道为爆破工艺掘进。该工作面主采煤层为二叠系山西组4号煤层，煤层厚度平均5.32m，倾角6°。

1407运输巷掘进过程中，在一采区胶带上山距巷道开口南侧20 m处安装了两台型号为FBN0.6.3/60的局部通风机，该通风机额定功率30 kW，风筒采用长度10 m，直径0.8 m的柔性阻燃风筒拼接，将新鲜风流导入运输巷正头，用于施工人员呼吸，同时排除粉尘和有害气体。

根据1407运输巷掘进作业规程，在巷道掘进期间，风筒利用钢丝绳悬挂于巷道顶板上，距帮1 m。在实际施工中由于受到巷道爆破和设备运输等的影响，正头4节风筒破损严重，每次爆破后需要对前两节风筒进行更换，增加了劳动工序和更换时间，使通风系统维护成本上升，风筒破损同时导致漏风量增大，使工作面正头风量减少，影响巷道正常施工。为了解决对一问题，提高通风安全并节约成本，该矿通风部门通过对现场施工情况进行分析，设计了一款风筒保护装置，并在现场进行了应用实践。

2 风筒保护装置结构组成及原理

2.1 结构组成

本装置由风筒防护装置、风筒复位装置和立架支撑装置三部分组成，主要包括防护壳、复位器、立架、防护网和支撑台等，设备结构如下页图1所示，具体描述如下：

1）风筒防护装置主要包括防护壳和防护壳复位器。防护壳呈圆弧形，弧度π/2，利用厚度为1 mm的钢板制作，抗压强度约40 MPa，单节防护壳的长度为3m，防护壳之间相互插接；立架顶部焊接深度为0.3 m的凹槽，利用滑杆与防护壳连接；防护壳复位器包括防护壳弹簧座、复位弹簧、斜架弹簧座和斜架等部件，其中斜架固定在立架内侧，夹角45°，复位弹簧的两端分别与防护壳和斜架的弹簧座相连。

2）风筒复位装置由两个风筒复位器组成，主要包括立架弹簧座、复位弹簧、连杆、缓冲板及弹簧座、滑轮等，其中立架弹簧座焊接在立架上，缓冲板弹簧座焊接在缓冲板上，复位弹簧的两端分别连接两个弹簧座，缓冲板的弹簧座焊接在连杆顶部，通过连杆和滑轮可实现水平方向的移动，移动范围0.6～1.2 m。

3）立架支撑装置主要包括立架、支撑台和伸缩腿。其中两根立架固定于支撑台上，间距1.2 m；支撑台由一根长、宽分别为1.5 m和0.5 m的槽钢制作，中部带有弧形凹槽，立架两侧的下端安装伸缩腿，伸缩行程0.5～1.0 m。

4）两组立架间通过长、宽分别为3.2 m和1.0 m的金属网相连，抗冲击强度22 MPa；风筒保护装置通过相互拼接连成一体，实现对风筒的全方位立体防护。

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图1 风筒保护装置结构图

2.2 安装方法

1）首组立架设置在距正头第一节风筒端部0.5 m处，立架安装时可通过调节伸缩腿，确保两侧立架处于同一水平高度，以适应巷道局部不平整度。

2）立架支撑装置安装完成后可依次安装风筒和防护壳的复位器，然后利用滑杆将防护壳与立架顶部的凹槽对接，最后固定复位弹簧和防护壳。

3）主要防护装置安装完成后，将金属网安装在防护壳的两侧，然后穿入风筒并利用风筒复位器加以固定。随着风筒的延伸，逐架拼接。

2.3 防护原理

1）由于风量不稳定或风筒不平直，风筒在使用过程中会出现一定程度的晃动，此时，风筒复位装置的缓冲板与风筒相接，复位弹簧受到压力使缓冲板向受力侧偏移，使连杆同向移动，并带动滑轮在轨道中滚动，以减少风筒的晃动幅度，减轻风筒疲劳受损。

2）防护壳设计为弧形，当顶部出现落石接触防护壳时，落石会自由滑下，避免落石在防护壳顶部堆积，同时防护壳复位器中的复位弹簧可以提供缓冲，减小落石冲击对防护壳产生破坏。

3）立架之间安装的防护网能够有效阻止侧向煤矸石和其他异物进入，避免与风筒直接接触，从而减少风筒的破坏。

3 风筒保护装置先进性及不足之处

3.1 装置先进性

1）成本低。该保护装置的结构较为简单，可自行加工，设备成本仅为0.3万元，成本低，维护难度较小。

2）适用性强。该装置与传统的刚性风筒相比，克服了刚性风筒易变形、安装维护难度较大等技术问题，受掘进工艺和地质条件的影响相对较小，适用于复杂条件下的工作面掘进，且该防护装置还可在隧道等其他工程领域通风系统中应用，适用性强。

3）保护效果好。该保护装置能够对风筒进行全方位立体保护，同时阻止了顶部和侧部煤岩石及其他物质对风筒的破坏，防护效果较好。

3.2 存在不足

通过现场实际应用，该装置还存在一定不足之处，主要表现为以下几方面：

1）防护壳受到落石的长期撞击仍然会发生变形，需要对变形严重的防护壳进行修复；

2）由于受到爆破飞溅煤岩石的长期撞击，以及巷道施工、运输过程中的误撞，立架间防护网出现一定损伤，需要定期对损伤严重的防护网进行更换。

3）在上、下山掘进坡度较大时，会增加该装置的安装难度。

4 应用效果

在1407运输巷对本次设计的风筒保护装置进行了应用，为正头的50 m风筒安装了该保护装置，在6个月时间内，通过对600 m巷道掘进施工的观察，在应用该保护装置后，共损坏2节风筒，更换了5块防护网，更换4节防护壳，有效减少了爆破以及巷道施工对风筒的破坏情况，与无保护的传统吊挂情况相比，预计全年可产生经济效益近30万元。

5 结语

为了解决矿井局部通风系统中正头风筒容易受到破坏导致通风效率下降的问题，设计了风筒保护装置，并进行了应用。实践证明，该装置具有成本低、适用性强和保护效果好等优点，可大大减少风筒的损坏和更换，提高正头风流的稳定性，预计1407工作面全年可节省费用近30万元，具有较好的经济效益和安全效益。该保护装备也存在一定的不足，例如保护装置的损坏和在复杂条件下安装困难等问题，需要在今后的实践中进一步优化。鉴于该装置的成功应用，今后可在其他工作面和其他矿井进行推广。