某矿掘进工作面局部通风系统的改进设计与应用

白素珍

（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西 长治 046699）

引言

煤矿机械的发展提高了掘进工作面长度和掘进速度，同时对通风系统的性能提出了更高要求[1-2]。技术先进的局部通风技术层出不穷，如单巷单风机压入式、通风机间隔串联、通风机并联等，在煤矿掘进工作面均已取得了较好的应用效果，为煤矿局部通风系统的设计提供了重要参考[3]。某煤矿掘进工作面采煤时随掘进速度的加快，有效风量出现了下降，出现了不能满足掘进工作面需风量的问题，需对其局部通风系统进行改进设计。

1 掘进工作面概况

某煤矿正在采掘的煤层开采方式为综采，掘进通风的距离范围为1 500～2 000 m，工作面巷道断面约为20 m2，长度走向为2 000 m，高出地面标高为

1 064 m 左右。煤层全井田可开采，煤层的厚度范围为3.15～4.03 m，平均厚度约为3.5 m，厚度差异性较小，变化存在一定的规律性。煤层结构组成简单，不含夹矸，仅局部位置存在1～2 层，岩性以砂质泥岩、泥岩为主，厚度范围为0～0.90 m，平均厚度为0.28 m，属于稳定煤层。掘进工作面需风量较大，当前局部通风系统运行时经常出现有效风量不能满足掘进工作面需风量的问题，工作面有害气体超限等，导致煤炭采掘工作无法安全高效运行，威胁着井下作业人员的人身安全。

2 方案设计

2.1 局部通风系统的设计依据

针对该煤矿综掘工作面开展局部通风系统方案设计，要求工作面新的局部通风系统能够满足年运行时间不小于330 d，三班倒生产，每班时间为8 h。综掘工作面采用综合机械化掘进方法，综掘机型号为EQJ-20，生产能力为0.126 Mt/年。

2.2 通风方案

分析该煤矿掘进通风情况得出以下结论，巷道断面尺寸大且通风距离长，对于巷道通风风速的要求较高。综掘工作面煤层为全井田可采，煤层厚度平均值为3.53 m，波动范围较小，结构简单稳定。依据现有通风系统及局部通风系统的新要求，拟定出两套局部通风系统方案。

2.2.1 局部通风方案I

综掘工作面采用单巷掘进，进风巷和回风巷共用。独头巷位置的通风距离长达2 000 m，需要选择功率较大的局部通风机，配置直径尺寸合适的风筒，能够实现综掘工作面和独头巷道内的瓦斯气体浓度低于1%，确保巷道内部人员设备的安全可靠工作。但是方案中的进风巷和回风巷共用同一巷道，回风过程中会污染进风的质量，不利于井下矿工的身体健康。与此同时，随着综掘工作面长度的增大，风筒维护和管理越来越困难，极易出现因风速过大撕裂风筒的问题，给安全掘进带来隐患。

2.2.2 局部通风方案II

综掘工作面采用双巷平行掘进，全风压与局部通风机相结合运行。该方案能够充分发挥当前综掘工作面设备的作业能力，为全风压通风的实现创造条件。双巷道之间每隔约55 m 设置一个封闭或未封闭的联络巷，即可形成一巷进风一巷回风的全风压通风系统，如下页图1 所示。局部通风机布置在进风巷中，随联络巷的前移而推进，大大缩短了局部通风的距离，适合大断面长距离综掘作业的通风要求。局部通风系统效果的好坏与联络巷密闭情况息息相关，需要严格控制密闭设施的跟进工作，保证全风压通风系统的形成与稳定，同时对密封设施的施工质量要求较高，以便控制联络巷的漏风量，避免出现局部通风机供风不足而导致循环风现象。

图1 双巷平行掘进示意图

2.3 局部通风系统方案优选

从安全性和技术性角度出发对比分析两种局部通风系统方案，分析结果如表1 所示。由表1 可以看出，方案II的实施技术难度较小、后期风筒维护工作量低、风筒的通风阻力较小，可见方案II 优于方案I。从经济性角度出发方案II 需要多掘进一条巷道，成本相对高一些，但是方案II的后期维护投入较小，同时掘进的回风巷也能作为下一工作面的回风巷使用。总上所述，综掘工作面局部通风系统选择方案II 较为合理。

表1 局部通风系统方案分析结果

3 局部通风系统设计

3.1 通风设备选型

结合某煤矿原有局部通风系统的限制，继续使用已有对旋式FBCDZ6.3/2×30kW的局部通风机，具体风机参数如表2 所示。采用8 台局部通风机，按其额定风量和风压，根据经验和现场瓦斯涌出的现状，足以满足综掘工作面的安全生产要求，同时还大大降低了局部通风系统的设计成本。

表2 局部通风机参数

3.2 风筒选型

风筒选择时需要考虑漏风量、风阻、使用便捷、成本低廉等因素，选择柔性胶质阻燃材质的风管。根据局部通风机的最大风量和风压，选择规格为Φ800 mm×10 m的特质风筒，具体性能参数如表3 所示，满足综掘工作面局部通风系统的要求。

表3 风管性能参数

3.3 控制功能

局部通风系统所使用的通风机能够根据综掘工作面通风量需求自动调节通风机转速、输出风量、风压等，当综掘工作面内瓦斯含量超标时，可以手动或者自动进行大功率瓦斯排放，避免瓦斯事故发生。局部通风系统采用了“双电源、双风机”模式，并且能够自动进行功能切换，确保局部通风系统风机连续稳定运行。

4 应用效果评价

为了验证综掘工作面局部通风系统设计效果，将其投入综掘工作面的局部通风工作中并进行了为期半年的跟踪记录。应用结果表明，改进后的局部通风系统设计合理，运行稳定可靠。相较于综掘工作面原局部通风系统，改进后的局部通风系统的应用缩短了通风巷道长度，降低了局部通风机的能耗，保证了综掘工作面的快速、安全、高效的掘进。统计结果表明，改进后的通风系统的有效风量率高达93%，提升了约27.6%；风机装置效率为67.5%，提升了22.2%，取得了很好的应用效果。