南峪煤矿压风自救系统的拓展应用研究

周玉芹

（太原正越工程设计有限公司，山西 太原 030000）

当前我国煤矿井下都设置有压风自救系统，当井下发生灾变时，压风自救系统能为现场作业人员提供充分的氧气供应，防止中毒及窒息事故的发生。压风自救系统是减轻煤矿灾害危险、保障煤矿井下职工生命安全的一项重要安全防护系统，被国内外煤矿普遍使用。矿井压风自救系统是由空气压缩机、井下压风管路及固定式永久性自救装备组成，主要有空气压缩机、送气管路、阀门、气水分离器、压风自救装置（包括减压、节流、消噪声、过滤、开关等及防护袋或面罩）等部件。矿井压风自救系统除了能提供氧气供应外，还能应用于煤矿井下风泵冷却、风泵排水、风泵注油等井下作业。太原正越工程设计有限公司应邀对南峪煤矿井下压风自救系统的拓展应用进行研究[1-6]，取得了较好的应用效果。

1 工程概况

山西太原南峪煤业有限公司位于南郊区姚村镇南峪村，距市中心23 km。南峪矿区属清交煤田，井田面积15.23 km2，工业储量15 198 万t，可采储量9 574.5 万t，设计生产能力为120 万t/a，矿井服务年限为150 a。井田内主要含煤地层为石炭二迭系的山西组和太原组，共含煤层17 层，参与储量计算的可采稳定煤层为五层，分别为03 号、2 号、6 号、8 号、9 号煤层。煤种属贫煤和无烟煤，贫煤发热量在6000 kcal 以上，灰分为174%，含硫0.4%左右；无烟煤发热量在6300 kcal 以上，灰分为184%，含硫1.74%左右。南峪煤矿井田内煤层赋存稳定，适合综合机械化开采。

2 压风自救系统情况

南峪煤矿地面安装有两台DLG-132 型螺杆空压机和一台BDT-1CC 型空压机，由Ф108 mm 钢管输送至集中运输巷皮带机头处，然后由Ф50 mm 和Ф75 mm 钢管分别向四、五采区供风。另外，四采区压风机房安有2 台压风机，四轨道安装有1 台压风机，五采区安装有2 台压风机。井下压风机布置比较分散，管理难度大，加上压风机运行时自身温度很高，如果管理不到位，有可能出现火灾事故。另外，基于压风自救系统的拓展，对现有压风系统进行过改造。

新购置40 m3/min 压风机1 台，安装在地面压风机房，将排气管路并接在一起，同时运行三台压风机（两台22.5 m3/min 和一台40 m3/min），另一台压风机（老40 m3/min）作为备用风机，更换压风管路。将-140 m 大巷至四轨道底压风管路更换为直径108 mm 钢管，将-140 m 水平至五轨道底压风管路更换为直径108 mm 钢管。在井下所有用风地区岔口处主管路上预留3 寸闸门，作为各个地区的控制闸门。

在工作面巷道内每200 m 布置一组压风自救装置，可同时供6 人使用，压风自救管路引入距离工作面不得小于40 m。

3 压风自救系统的拓展应用研究

南峪煤矿在已改造的压风自救系统基础上，利用井下压风系统提供的风能，进行了拓展应用研究，经济效益显著。

3.1 风泵冷却

3.1.1 刮板输送机冷却作业存在的问题

南峪煤矿井下工作面刮板输送机均选用DBT公司生产的3×1000 kW 输送机，该机采用双中链布置，CST 控制，水冷却。该刮板输送机在工作过程中因功率较大常出现齿轮油温过高预警，采用水冷却方式但是效果不佳，导致刮板输送机工作效率不高，在运行时存在安全隐患。

3.1.2 风泵冷却的应用

太原正越工程设计有限公司设计利用井下压风系统，采用风泵冷却器来进行冷却作业。具体方案：在DBT3×1000 kW刮板输送机上安装风泵冷却器，接入到井下压风系统当中，利用风能作为风泵冷却器的动力，风泵冷却器动作从而抽取刮板输送机减速器内齿轮热油，然后经过热交换器，达到冷却齿轮油的目的。

该冷却方案的优点：（1）对减速器内齿轮油的抽取过程就实现了冷却的作用；（2）热交换器也起到对齿轮油的冷却作用。双重冷却作用，冷却效果非常理想。

3.1.3 效果分析

南峪煤矿于2019 年10 月完成了刮板输送机风泵冷却项目的改造并投入到实践应用中，从2019年10 月，风泵冷却器工作稳定，对齿轮油的冷却效果明显。该项目的成功实施，极大地提高了刮板运输机的工作时间和工作效率，同时风泵冷却器设备便宜，经济效益显著。

3.2 风泵排水

3.2.1 煤矿井下电泵排水存在的问题

南峪煤矿井下排水以往全部采用电泵抽水机进行排水作业。电泵的安装、排运非常麻烦，安装隐患多，还易出现“失爆”现象。

3.2.2 风泵排水的应用

针对这一情况，太原正越工程设计有限公司设计利用井下压风系统，设计采用气动隔膜泵来进行风泵排水作业。具体方案：在需要排水的工作面采用 Pro 系列煤矿用气动隔膜泵，接入到井下压风系统当中，利用风能作为气动隔膜泵的动力，同时根据所排水量来调节供风压力。

风泵排水作业的优点：（1）采用风能做动力，安全性能高，节能，经济效益高；（2）无静电产生，防爆效果理想；（3）设计简单、易于安装和使用；（4）全气动操作消除了电气火花风险；（5）高/低液位控制可使液体保持在既定液位之间；（6）通过避免泵干运转来减少空气消耗；（7）带直装式液位传感器的便携式系统。

3.2.3 效果分析

南峪煤矿从2019 年11 月起，对于井下工作面积水排放全采用气动隔膜泵进行排水作业。从实践应用效果来看，该排水方式较好，能按时完成排水任务，无其他安全事故发生。该项目的成功实施，极大地提高了井下工作面积水的排放效率，保障了井下工作面开采的安全性，安全效益明显。

3. 3 风泵注油

3.3.1 开采设备注油存在的问题

对于采煤机、刮板运输机、转载机等开采设备，南峪煤矿以往全部采用人工注油作业。该注油方式劳动强度大，同时油脂外洒易发生火灾，安全性较差。

3.3.2 风泵注油的应用

针对这一情况，太原正越工程设计有限公司利用井下压风系统，设计了风泵注油作业模式。具体方案：在风泵的吸入口连接一根DN20 胶管，将胶管插入到CST 专用油桶内，然后在风泵的输出口连接一根DN20 胶管，将胶管插入到设备减速器注油口内，利用压风系统内的风作为动力驱动风泵转动，最终完成注油工作。

3.3.3 效果分析

南峪煤矿从2019 年11 月起，将开采设备全部改造成为风泵注油模式。从实践应用效果来看，风泵注油效果理想，注油工作效率提高了90%，同时无油脂外洒现象发生，注油安全性高。

3.4 应用于采空区气体取样

3.4.1 传统气体取样存在的问题

南峪煤矿为高瓦斯矿井，各煤层都具有自然发火期短的特点，采空区遗煤多，因此必须对采空区气体进行取样分析。南峪煤矿以往都是采用手压取样作业，劳动强度大，取样效果差。

3.4.2 应用于采空区气体取样

针对这一情况，太原正越工程设计有限公司与南峪煤矿技术科联合设计了一台风动取样泵，该风动取样泵工作原理如图1。

图1 风动取样泵工作原理示意图

从图1 可知，该风动取样泵由取样泵主体、气水分离器，压风管路三部分组成。利用井下压风自救系统作为取样泵的动力源，将井下采空区内气体抽出，抽出的气体再经过气水分离装置。该取样作业安全快捷，同时保证了气样的纯度。

3.4.3 效果分析

南峪煤矿从2019 年9 月起，全部采用风动取样泵对采空区气体进行取样分析、取样检测准备，为井下工作面的防火作业措施提供了依据。

4 结语

利用南峪煤矿井下压风自救系统进行了压风系统的拓展应用研究，主要是在风泵冷却、风泵排水、风泵注油和采空区气体取样四个方面的应用，详细阐述了拓展应用原理、应用方案和应用效果。压风系统的拓展应用因采用气动动力，安全性能高，同时减轻了工作人员的劳动强度，减少能源消耗，为南峪煤矿创造了较好的安全经济效益。