高效通风系统在内蒙古虎拉林矿区独头平巷通风改造工程中的应用

王剑武

（武警黄金指挥部教导大队，湖北襄阳441002）

高效通风系统在内蒙古虎拉林矿区独头平巷通风改造工程中的应用

王剑武*

（武警黄金指挥部教导大队，湖北襄阳441002）

针对内蒙古虎拉林矿区独头平巷掘进工作面通风中存在的实际问题，阐述了高效通风系统的性能及应用情况，解决了一直制约着该矿独头平巷掘进工作面通风效果的难题。

高效通风系统；独头平巷；通风改造

虎拉林矿区位于内蒙古额尔古纳市东北部毛河西侧，前期探明地质储量已达中型规模，属于中金黄金公司的一个勘探矿区。矿区平巷施工于2000年开始，已完成数千米工程量，但由于施工队伍经验不足、惯性思维、工艺不完善、设备陈旧、缺乏正规管理等原因，导致掘进速度缓慢，工程质量不好，成本较高，虽影响因素较多，但不可否认独头掘进工作面炮烟难以尽快排出，已成为提高施工效率的瓶颈，特别是独头长巷，一直制约着探矿速度及进一步扩大矿山规模的步伐。多年来，井下曾发生数起作业人员炮烟中毒现象，这不仅严重影响了掘进速度，同时给井下作业人员带来许多安全隐患。加强管理后，情况稍有好转，但独头掘进工作面的通风问题仍然没有得到彻底解决。据调查了解，独头掘进工作面的通风困难问题，不仅在该矿普遍存在，同样在国内各大中小型矿山也广泛存在，一直没有可供参考的解决办法和措施。

为此，我部科研立项，成立攻关小组，经过2002～2003年2年研究，2004～2005年矿区试验改进，研制成功了的一种专门针对独头平巷掘进工作面通风工作的DT-1型高效通风系统，经湖北省随州市高庄民采金矿探矿坑道、湖北大冶市三鑫铜金矿开拓井巷、中金黄金公司河北峪耳崖金矿井下阶段平巷和内蒙古虎拉林矿区探矿平巷等矿山实地检验，该系统性能稳定，工作可靠，改善独头巷道掘进工作面通风效果明显，应用前景很好。

下面结合内蒙古虎拉林矿区CM6801独头探矿平巷施工实际，就通风改造情况进行综述。

1 巷道施工基本情况

CM6801平巷为独头掘进定向巷道，断面设计为梯形，净宽1.8m，净高2m，巷道穿过岩层为花岗斑岩、砂岩等，多数中等硬度，节理裂隙不发育，稳固性高。采用凿岩爆破法掘进，主要施工设备有排量为6m3电动空压机，YT-27轻型气腿式凿岩机，5.5kW轴流式通风机，35kW柴油发动机组，爆破材料为2#岩石炸药，起爆用瞬发电雷管，段发塑料导爆管。施工组织为单班顺序作业，8h工作制。

2006年通风改造时，巷道掘进深度约400m，采用人力推车运输，工作面炮眼17～19个，垂直掏槽，炮眼装药13～15个，炮眼平均深度1.5m，单循环炸药消耗量约14kg。

2 原通风状况

该巷道为单工作面独头，采用单一的压入式通风，5.5kW轴流式风机安装于坑口外约5m右侧，Ø400mm彩条布风筒约200m，其余为Ø285mm彩条布风筒，出风口距工作面约40～60m，紧靠工作面最后一节风筒很细，直径约200mm，长度约20m。通常情况下每天最多完成2个循环，有时还达不到2个循环，由于受设备故障停顿、天气原因、组织管理、通风效果等因素影响，月平均进尺60m左右，进度缓慢。经统计分析，与往年对比，试图通过加强管理等手段改善施工现状，但收效较小，后深入研究认为，其主要原因是通风困难。为改善通风效果，加快通风速度，施工人员于工作面放炮后，顶着浓烟把靠近工作面的细小风筒尽可能拉近工作面，此法严重违反了井下作业有关安全规定，并随时可能引发作业事故，如迟炮危险、炮烟中毒等。也曾利用工作面打眼设置的空压机高压风管兼作辅助式通风，采取这些方法后，通风时间，晴好天气一般为1h30min左右，阴雨天及早晨和晚上温度较低时一般为1h50min，通风时间较长，这不仅严重影响了井下作业环境的改善及施工效率的提高，同时易诱发许多安全隐患，污浊、潮湿的空气，对施工人员身体和心理上造成不良影响，体力透支，精神难以集中，工作干劲不足，积极性不高，势必严重制约施工效率的提高，致使成本居高不下。

通过认真分析研究，认为造成以上现象的原因主要有以下几点：

（1）风机距离坑口长度不够，小于10m，独头巷道内没有形成较为稳定的风流循环系统，坑口新鲜风流携带刚刚排出的污风又压入巷道，易形成污风循环，炮烟不易排除。

（2）工作面采用单一的压入式通风，为防止爆破破坏，风筒口距工作面距离通常在40m以外，远远超出风流的有效射程，同时，风筒破损严重，形不成有效射流，对工作面炮烟扰动小，不能得到有效替换。

（3）风机功率小，风量不足，通风全程风筒直径较小，通风阻力大，工作面风筒又过细，虽利用高压风兼作辅助式通风，但通风风量太小，总体上造成送入工作面的风量不够。同时，空压机运转功耗大，既不能满足通风要求，又造成能源浪费。

3 通风改造方案

（1）通风方式改为双压混和式，压出风筒口距坑口大于10m，防止坑口地表风向改变时，产生污风倒灌巷道，形成较为稳定的风流循环系统。风机位置如图1所示。

图1 工作面通风改造示

（2）压出式风机采用11kW排出污风，压入式风机使用5.5kW送给工作面新鲜风。风筒直径不小于Ø400mm，同时使压入式风量略小于压出式风量，以避免污风产生局部循环。

（3）风筒口布置时应避免污风循环，使压入式风筒吸风口滞后于压出式风筒吸风口15～30m。

（4）根据巷道通风长度及风量大小，压出式风机可使用多台串联接力。压入式风机一般使用1台，压出式风筒吸风口距工作面距离控制在200m以内。本巷道使用1台压出式风机，压入式风机送风距离为50～100m。随着工作面向前掘进，视排烟情况可适当调整，使2台风机尽可能靠近工作面。

（5）压入式风机出风口距工作面距离应小于10～15m，同时随工作面掘进向前移动出风口，相应接长压入式风筒。在许多实际工程中，通常情况下，为了避免爆破时产生的冲击波和飞散的岩块对风筒破坏，风筒口到工作面距离往往较远（一般为40m左右），不能及时有效地吹出工作面污浊气体。因而，必须保证在工作面爆破后风筒出风口距工作面距离在风流有效射程(4～5)（10～15m）之内。而我部研制的新型高效通风系统完全可以达到这一要求。该巷道首次安装使用这一系统，控制风筒伸缩的主机距工作面约40m，伸缩式风筒伸长到位后出风口距工作面约7m。

4 DT-1型高效通风系统的组成及其性能

该系统可在距工作面40m以外的地方安装，能使压入式通风风筒出风口在工作面爆破后自动推进至工作面风流有效射程范围之内（10m）的位置，从而保证工作面能得到有效风流作用，稀释、吹散炮烟和粉尘，不致出现涡流停滞区，使通风时间控制在1h以内，空气质量达到国家坑探规程标准，保障了井巷掘进安全、顺利、高效。

4.1 通风系统的组成

系统总体上主要由4大部分组成：固定装置、轨道与风筒运行装置、伸缩式风筒、自动控制与动力装置。

4.1.1 固定装置

采用伸缩式粗螺纹丝杠顶撑进行固定，顶撑两端可方便地紧顶在巷道左右壁面上，起稳固风筒运行轨道的作用，其抗爆能力强，靠工作面最近一根顶撑可安装在距工作面4m的位置而不被爆破损坏，便于风筒口接近工作面（见图2）。根据需要，可采用不同长度系列的顶撑以适应坑道断面变化不定的规格要求。

图2 轨道固定及行走装置

4.1.2 轨道与风筒运行装置

以柔性钢绳作为轨道，并通过固定器与顶撑装置相连，轨道前后两端通过紧绳器与顶撑相连，可使轨道绷紧保持平直，它是风筒赖以伸缩滑动的轨道，导正器用来调整风筒伸长时牵引力方向，可保证直行或拐弯，风筒借以特制的行走滑轮可在轨道上自由行走（见图2）。根据弯道转角和牵引钢绳下垂情况，可每隔5～10m安装一套固定装置，以使轨道平稳过渡，适应直道或弯道的具体要求。

4.1.3 伸缩式风筒

使用密不透气的优质轻柔布料作为风筒材料，能可靠地实现伸缩。风筒采用粘条以双反边形式进行柔性连接，保证不漏风，同时克服了普通风筒钢圈连接占用较大坑道空间的弊端。风筒直径制成Ø400mm规格，为方便使用，可做成5、10、20m等不同长度系列。

4.1.4 自动控制与动力装置

控制风筒伸缩及风机的自动化控制系统，采用的是电动控制。在工作面点完炮后启动自动控制系统，系统延时装置延时至爆破结束后使风筒自动向前推进。它由“控制”和“牵引”2部分组成。牵引部分提供了风筒前进的动力。在弯道使用时，以导正轮调整拉力方向；控制部分能可靠地延时启动卷扬、风筒到位自动停止、卷扬延时停机、风机延时启动和停机功能。

整个系统设计配置了三套电气自动化控制装置：一套是配合正反转电机（卷扬）完成风筒伸缩的电气控制装置，另外两套是配合通风机完成开启、停止功能的电气控制装置。三套装置通过时间继电器实现联动并分别使用220V和380V交流电源工作，以适应风筒伸缩正反转卷扬电机和通风机的正常工作电压，其工作原理如图3所示。

图3 电气自动化控制系统工作原理方框图

4.2 系统的主要性能

系统总体结构紧凑，运行稳定，其主要技术性能如下：

（1）适用于断面4m2左右独头巷道通风，深度100m以上。

（2）机器重量：主机35kg（分体式），顶撑最大15kg，其它部件约0.5kg。

（3）延时范围宽，启动风筒延时0～999s，启动风机延时0～999s，卷扬主控柜停机延时0～999s，风机停机延时0～99.9min。

（4）风筒运行速度0.17m/s。

（5）可抵抗距工作面4m的爆破冲击。

（6）弯道适用性好，适用于转角小于45°的弯道。

（7）额定电压：主机220V，风机380V。

（8）整个装置占用坑道空间小，装卸容易，操作简便。

5 通风改造后的效果

该巷道通风改造后，通过工作面正规作业循环观测，通风时间显著缩短，巷道空气质量得到明显改善，效果很好，通风时间基本控制在1h之内。经仪器检测工作面CO浓度变化情况见表1（渣堆未洒水除尘消烟前）。

表1 工作面CO浓度变化情况

6 结语

此次通风改造，取得了圆满成功，据阶段性统计，日平均进尺由原来的1.9m提高到2.7m，施工成本由原来的582元/m降为346元/m，施工单位领导、坑口施工人员及相关部门都给予了高度评价。通过通风改造不但有效改善了整个巷道的空气质量，对防止炮烟中毒事故的发生起到积极作用，同时缩短了施工时间，提高了掘进工效，降低了单位成本。

[1]汪德淇.矿井通风防尘[M].北京:冶金工业出版社,1994.

[2]陈际福，黄志强.掘进工程（第二分册）[M].北京:地质出版社, 1994.

[3]吴立，闫天俊.凿岩爆破[M].武汉:中国地质大学出版社,2004.

[4]刘殿中.工程爆破手册[M].北京:冶金工业出版社,1999.

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[6]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,1983.

表5 －500m水平南、北翼正常涌水量计算参数及结果表

南北两翼分别预算前期开采-500m水平末期涌水量，计算预测-500m水平开采末期正常涌水量为：北翼正常涌水量560m3/h，最大涌水量1120m3/h，南翼正常涌水量90m3/h，最大涌水量180m3/h，以上均不包括老窑、断层、岩溶等突水时的瞬时溃入量。

3 结束语

井田下二叠系茅口灰岩岩溶裂隙发育较强，位于主要可采煤层2煤层之下，与2煤层之间只有厚0～16.55m的泥岩，该泥岩不能起到良好的隔水作用，井田属于底板充水的以溶洞为主的岩溶充水矿床，井田整体水文地质条件属于复杂类型。今后矿山建井和开采过程中，必须进行专门的水文地质勘查工作，配备专门的水文地质工作人员，系统收集水文资料，进一步查明二叠系下统茅口组灰岩的岩溶发育规律、断层的富水导水特征及区段的水文地质条件，及时调整矿井涌水量的预算，为矿山开采提供可靠的水文地质资料。

参考文献：

[1]湖南省煤田地质局第六勘探队.湖南省湘潭县杨家桥矿区王家山井田煤炭详查报告[R].2014.

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TheApplication of High Efficient Ventilation System on Ventilation Reform Design Project of One Open End Tunnel in Inner Mongolia Hulalin MiningArea

WANG Jian-wu
(The Armed Police Gold Command Teach Brigade,Xiangyang Hubei 441002,China)

According to the actual problems in heading face ventilation of one open end tunnel in Inner Mongolia Hulalin mining area,the paper discusses the performance and application situation of the high efficient ventilation system,finds a way to solve the difficulties restricting the heading face ventilation effect of one open end tunnel in the mining area.

high efficient ventilation system；one open end tunnel；ventilation reform

TD72

B

1004-5716(2015)03-0179-04

2014-03-06

王剑武（1966-），男（汉族），河南洛阳人，副教授，现从事探矿工程与控制爆破工程的教学与研究工作。