煤矿长距离局部通风方式分析

刘通海

(同煤集团安全监管五人小组管理部地煤分部，山西 大同 037003)

0 引言

近些年随着煤矿开采技术的快速发展，巷道掘进距离不断增加，长距离独头掘进通风难题日渐显现。例如神东大柳塔煤矿12311工作面的最长单巷通风距离就达到3 175 m。掘进巷道由于工作空间狭小、地质情况复杂且作业线路长等特点，瓦斯、粉尘等安全生产事故多发。这类长距离、超长距离掘进巷道由于通风距离较长，风阻大、漏风量大，供风困难，有效风量率低，因此有必要针对矿井不同特点选择有效的局部通风方式。

1 超长距离局部通风技术

1.1 单台大功率局部通风机压入式通风

通常情况下当单巷掘进通风距离在3 km以内，可以采用功率在2×30 kW以上矿用隔爆型压入式对旋轴流风机通过大直径柔性风筒压入式通风。局部风机将新鲜空气通过风筒压入井巷掘进面，由于风筒内的空气气压高于井巷内空气压力，井巷内的污风随气流由井巷作为通道流出井巷端部，同时风筒及井巷内的漏风在一定程度能够对污风的排出起到良性作用。为了避免局部通风效率降低一般不采用串联和并联其他风机。这类通风方式优点在于不改变巷道原有格局，减少工程施工量，但对进风的风量和风压有较高要求，同时应避免空气输送时不必要的漏风，为了满足《煤矿安全规程》中的相关要求，应对风机功率和风筒直径的选型进行适当计算。通常配备的柔性风筒直径为：φ600 mm、φ700 mm、φ800 mm以及φ1 000 mm等。

1.2 局部通风机串联通风

当单台大功率通风机选择的风机无法满足工作面通风的风压和风量要求时，需要考虑两台或多台风机串联工作，以达到现场需风量、风压要求。通常有压抽结合、集中串联以及间隔串联等风机布置方式，但多台通风机布置过于集中，风筒内风压过大，可能超过风筒承受压力，造成漏风量增加或风筒破裂，因而采用间隔式串联局部通风技术，合理选择风机间距，有效避免风压过大对风筒的影响是十分必要的。图1中介绍了不同间距的风机串联方式。

图1 不同风机串联下的风压分布

1.3 局部通风机并联通风

无论单台大功率通风机以及多台通风机串联方式，风筒内的风压都有可能过高，这样风筒承压过大易破裂，漏风量过大。当掘进巷道风机选型过程中，风筒可承受风压内可选的风机无法满足工作面风量的要求状况下，选择2台通风机并联方式布置，调整风筒内供风量的总量，同时避免风压上升，由于通过不同的风筒将新风送入井巷端部，风机的选型可通过实际需风量选择不同功率风机完成通风任务。但其相应占用井巷内的空间增加，同时费用和维护工作量都会加大。

1.4 全风压与局部通风机结合的局部通风

井巷的全风压通风方式为：矿井主风机-井筒-进风巷-回风巷-风井-地面。所以利用矿井的全风压需要进行相近巷道的平行掘进，双巷同时推进并不断贯通联络巷，封闭旧的联络巷，这样就能利用采区内进风和回风两巷的压差，形成空气循环风路，成为全风压通风系统。同时在进风巷设置压入的局部通风机调整循环风路的风压差，改善通风环境，因此局部风机不会受到掘进通风距离太大的影响。图2为全风压与局部通风机结合的通风方式。

图2 全风压与局部通风机结合布置

1.5 构造风库的局部通风技术

当井巷所需通风距离过长时，且井巷所在煤、岩层的地质条件允许情况下，会在井巷掘进过程中在井巷周边构筑一个风库，通常情况下设置在井巷的中前段，如总长度的2/5处。该方法相当于通风机的串联工作原理，井巷尾部设置1～2个局部通风机，该局部通风机的任务是将新鲜空气输送至风库内，风库内同时也设置有局部通风机，风库内的局部通风机将进入风库的新鲜空气再输送至工作面，工作面的污风仍由井巷排出。该方法能有效解决超长距离局部通风，通常其通风距离最远能达到5 000 m左右。构造风库的局部通风如图3所示。

图3 构造风库的局部通风

1.6 钻孔导风的局部通风技术

在井巷掘进中钻孔的作用不仅仅是安设炸药，还可以进行局部空气交换，从其他巷道或工作面施工一个或数个通风钻孔，与掘进巷道贯通，大幅减少通风路径距离，增加掘进巷道工作面的有限供风量。例如在地面设置通风立眼的方式就是钻孔导风的一种局部通风方式。通风立眼的设置与风库设施有些类似的地方，需要在掘进井巷中前部设置一个硐室，由地面至硐室垂直打下一个或多个通风孔，倾斜角度<3‰。该方式即可以将新风由地面补充至通风立眼，再由硐室内局部通风机输送至井巷端部，污风由井巷排出；或新风通过井巷补充，污风通过工作面的风筒由通风立眼下的硐室内的风机抽入硐室，再经由通风立眼排出井巷至地面。通风立眼的局部通风如图4所示。

图4 通风立眼的局部通风

该方法对井巷所处埋深、地面情况有很大的限制，通常情况下井巷与地面距离不得超过200 m以上，地面无水源及积水，不会受到涝期洪水影响，同时无居民区，便于设置立眼孔；井巷上部的地层中无积水、含水层，涌水量较少。

2 不同局部通风方式的优缺点

上述6种局部通风方式各自有特点和适用条件，基本涵盖了煤矿现在全部所使用的局部通风的方法。总体上来看，前3种方法主要利用设备进行局部通风，该类方式侧重风机、风筒的选型和组合，需要考虑漏风、风阻、风压和供风量状况。后3类方法需要对井巷的设计和布置进行改变，需要设置平行巷道、设置隔断、开凿通风风库、通风硐室和通风钻孔，这3类需要考虑矿井所处深度、围岩强度、上覆层含水状况等。表1为6种不同局部通风方式的优缺点。

表1 超长距离不同局部通风方式的优缺点

3 超长距离局部通风技术的改善措施

超长距离局部通风的选择上主要决定于通风距离、需风量、井巷布置方式、地形地貌特征和通风机性能等。当通风方式确定下来以后存在的技术问题主要有：风压过大，风筒不稳定，风筒承压过大、易漏风、脱节和撕裂；通风过程中漏风量过大，井巷实际有效风量不能满足实际需求；通风机风筒的风阻过大，造成出风量达不到井巷通风实际需求。综合上述问题需要考虑降低风筒风压、降低风筒风阻、减少风筒漏风量3个问题，从而确保局部通风机的有效供风。

3.1 降低风压措施

风筒出现风压过高可能存在以下几类状况：局部风机选择过程中，为了满足供风量要求，单机功率过大而导致风压过大，超过风筒承受压力上限，该类情况及时调整为其他通风方式；风筒直径过小，单位面积通风量过大，导致压力过大，调整风筒直径；选择串联通风方式时，两通风机间距过于集中，局部风压过大，调整间距；其他因素导致局部截面突然变小，巷道布置时减少不必要的过大转弯，并采用刚性转弯风筒。

3.2 降低风阻措施

风筒的通风阻力涉及风筒直径、曲率等，降低风筒的摩擦阻力和局部阻力常用的方法如下。

风筒直径小，摩擦阻力较大，尽量选大直径的风筒，一方面降低风压，另一方面也降低与筒壁间的摩擦。风筒转弯处的管理，同样影响风压与风阻，流体在流经弯道过程中，转弯越急，局部摩擦力较大。减少弯道，尽量选择较缓的弯道角度，从而降低风阻。改善风筒的悬挂质量，风筒由于其为柔性材质，受重力下垂出现曲折，出现不必要的弯道和局部截面变窄，所以风筒悬挂应做到“平、直、紧”，及时补充缺失的悬挂。

3.3 减少漏风措施

漏风一方面是风筒风压造成的，另一方面出现在风筒间连接处，即风筒的插接方式。可按需用选择反压接头连接、双反压边连接、柔性连接以及使用专用的风筒捆扎器等等。

4 结语

对煤矿常用的6种超长距离局部通风方式即单台大功率通风机局部通风、串联局部通风机通风、并联局部通风机通风、全风压结合局部通风，以及风库局部通风、钻孔通风的特点进行比较，为合理选择局部通风方式提供依据。