掘进工作面局部通风方案改进与应用

邓 晨

（西山煤电集团安全监督检查中心，山西 太原 030000）

0 引言

由于机械化设备在煤矿行业中的广泛应用，业内对其要求也越来越高。以某煤矿4103 工作面为例，目前回采巷道达2 000 m，在后期掘进长度及速度不断增加的情况下，单巷掘进通风技术难度和管理难度也会不断增加[1]，随之还会出现一系列通风问题。为解决4103 掘进工作面的局部通风问题，需对通风系统进行优化改进，确保建立一个安全经济且便于管理的通风系统，为井下安全高效生产提供保障。

1 地质概况

某煤矿井田呈南北走向，长约4.11 km，宽约2.15 km，在井田的中部设有主井、副井、回风井及开拓大巷。目前4103 工作面掘进走向长为2 km，巷道断面约20 m2，地面标高+1 065 m。4#煤层结构简单有规律，顶板为砂质泥岩，底板为泥岩、粉砂岩，煤层稳定，全井可采。根据矿井开拓总体部署，利用综合机械化倾斜长壁式采煤法，把开拓大巷兼做准备大巷进行开采，煤层平均厚度为3.51 m，工作面长度为243 m，日进度约3.85 m，年推进长度约为1 256 m，工作面由大巷一侧掘进顺槽巷道至井田边界，在开切眼处安装综采设备，以后退式采煤机落煤，即向大巷方向回采。通风方式采用中央并列式机械抽出法，通风距离控制在1～2 km 之间。由于掘进开采时，工作面断面和所需风量都比较大，普通的局部通风系统完全达不到供风要求，因而会出现风机故障停转或风速过大等问题，都会造成瓦斯浓度超限或出现二次粉尘，进而影响掘进工作面无法在一个安全可靠的环境下高效进行[2]。

2 局部通风方案设计

针对该煤矿目前现状，综掘工作面采用EQJ-20型号的综掘机掘进，年生产力为0.127 Mt，但随着今后工作面的不断增加，现有的通风系统很难满足风量要求，需选择经济合理、安全可靠的通风系统，以保证三班倒的生产，即每班8 h，且年运行时间至少330 d。现有两种优化方案可供选择。

2.1 方案一：单行单机掘进巷道全长

设计单条巷道掘进全长，可根据掘进的长度选择不同的通风设备，比如型号、功率、风筒大小等，在保证巷道快速掘进及人员安全的情况下，可采用主备用风机供风，掘进供风务必使掘进面和后巷的甲烷浓度不超过1%。由于仅有一条巷道，进风和回风都由此巷经过，这样势必会造成一定的空气污染，也会对井下工作人员的身体健康有严重危害。随着掘进长度的不断增加，如果风速过大，就会造成风筒撕裂，这样既不利于风筒的维护和管理，还会给安全掘进带来隐患[3]。

2.2 方案二：双巷平行掘进、全风压与局部通风机相结合的局部通风技术

设计两条不同用途的巷道，可采用全风压与局部通风相结合的通风技术。该技术适用于连续采煤机及其配套装备的掘进工作面，在保证巷道掘进时不影响顶板支护的前提下，作业时可采用双巷同时掘进的方式，来达到工艺的要求，双巷之间还有联络巷。

双巷平行掘进的方式充分发挥了连续采煤机及其配套装备的优势，不仅可以高强度地连续作业，还为全风压通风创造了良好的条件。如图1 所示，设计一条巷道进风、另一巷道回风的全风压通风系统，两条巷道之间的联络巷间隔约50 m，并在进风巷中安设局部通风机。当联络巷封闭时，为了满足长距离掘进时对风量及风速的要求，需通过移动通风机的位置来大大缩短供风距离。这种通风技术需建立在联络巷密闭不漏风的前提下，这就要求设施施工质量高且能及时跟进，一是可以避免因局部通风机供风不足而出现循环风现象[4-5]；二是可以保证形成稳定的全风压通风系统。

图1 4103 工作面

从安全可靠、技术可行的角度考虑，方案二比方案一更合适。

从经济合理的角度来看，方案二前期投资的成本确实高于方案一，在于多掘进了一条巷道和两巷之间的联络巷。但作为回风巷的巷道可重复循环使用，这样后期的投资会比方案一少。

综上所述，不论从哪个角度考虑，方案二都明显优于方案一，故掘进工作面局部通风选择方案二。

3 局部通风系统设计

3.1 通风设备选型

在某煤矿原有局部通风系统的设计上，再增加七、八台局部通风机，继续沿用之前的型号对旋式FBCDZ6.3，功率2×30 kW，风量260～630 m3/min，全压1 200～6 650 Pa。按其额定风量和风压，通过观察现场瓦斯涌出的情况，并根据经验分析，该通风设备达到了综掘工作面安全生产的要求，更为前期设计投资节约了成本。

3.2 风筒选型

为满足综掘工作面局部通风系统的要求，风筒的规格可选择Φ800 mm×10 m 的特质风筒，柔韧胶质、成本低且维护方便；其百米漏风率为1.5%左右；在局部通风机的最大风量和风压范围内；耐内压高于5 000 Pa，不易燃烧，符合风管的材质要求。

4 效果分析

为了检验4103 掘进面通风技术优化后通风系统的通风效果，现对其进行了通风系统的测定。

在对4103 掘进工作面安装各种通风设备并进行调试后，通风技术优化基本完成，让其正常运转两三个月后，再对其风速、风量进行测定，测定结果如表1所示。

表1 风速、风量测定结果

从上表结果可以看出，通风系统优化后，风量明显得到了改善，同时风筒的供风长度也缩短了，局部通风机的能耗也降低了，达到了安全高效掘进4103工作面的目的。

优化前后通风效果分析，如表2 所示。可以看出在采用双巷平行掘进，全风压与局部通风机相结合的局部通风技术后，4103 巷道掘进速度明显加快，风机转速提高了，还降低了局部风机能耗；风机效率较优化前也提高了22.2%，达到了67.5%，满足了风机要求；优化后的有效风量率也大幅提高到92.9%，这样每年可节约45 万元左右的电费。事实证明，优化后的通风系统不仅安全可靠，还高效节能。

表2 优化前后通风效果对比

5 结论

1）随着煤矿综合机械化水平不断提高，综掘机在长距离、大断面巷道掘进中更是被广泛应用。在双巷平行掘进、全风压与局部通风机相结合的局部通风技术充分发挥其高强度连续作业功能，不仅杜绝了掘进作业时瓦斯超限带来的安全隐患问题，营造了一个安全可靠的井下环境，同时还降低了后期维修风机和风筒的成本，减轻了作业人员的劳动强度。

2）通过实际应用，采用方案二局部通风技术后，风机装置效率较优化前提高了22.2%，有效风量率也大幅提高到92.9%，每年可节约45 万元左右的电费，降低了风机能耗，满足了高效、节能的要求。