远距离掘进工作面通风系统优化

王 娜

（山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司，山西 高平 048400）

综合机械化掘进技术的应用使矿井开掘速度得到较大提升，但超长巷道掘进存在供风距离长、通风能力不足、风流不稳定等问题，并成为制约巷道快速掘进的关键因素[1-4]。伯方煤矿在3308 回风巷掘进过程中，掘进距离超过1000m 时出现了供风不足和风流不稳等问题，严重影响了巷道的正常施工和安全掘进。为解决这一问题，对通风系统现状进行分析，研究提出优化方案十分必要。

1 工作面通风系统概况

伯方煤矿在3308 回风巷道掘进施工时，配备2 台型号为FBDNo6.7-2×37 kW 的局部压入式通风机进行供风，1 备1 用，风筒采用直径为1000 mm的抗静电正压阻燃风筒。由于巷道形状不规则，在风筒铺设过程中存在4 处近直角的拐弯。回风巷掘进距离超过500 m 时，对局部通风机进行测试，其吸风量为500 m3/min，出口处风筒的出风量约为450 m3/min，风筒漏风率为10%，实测工作面正头瓦斯浓度0.08%，温度21℃。回风巷掘进距离超过1000 m 时，对局部通风机再次进行测试，其吸风量为503 m3/min，正头风筒出风量仅为255 m3/min，风筒漏风率达到49.3%，实测工作面正头瓦斯浓度0.13%，温度24.5℃。由于巷道不断延长，通风距离越来越大，加上拐弯较多，风筒阻力随之增大，漏风率增加，正头的出风量明显下降，瓦斯含量和温度有所上升，施工产生的粉尘排出速度缓慢，对工作面掘进施工产生了严重影响。

2 局部通风机运行管理现状

2.1 通风机供电管理

掘进工作面两台型号局部通风机中，主通风机配备“三专”（专用变压器、专用开关、专用线路）供电系统，备用通风机供电系统与生产设备共用。局部通风机具有自动切换功能，并安装了风电闭锁和瓦斯电闭锁设备。通风机供电电压为1140 V，每天由专人对局扇进行一次自动切换和风电瓦斯电闭锁试验，以确保设备正常，保证在主通风机停止运转时自动切换至备用通风机，且在风机停止工作或瓦斯超限时关闭工作面电源，并进行闭锁。这样不但确保了供风的连续性，同时也防止工作面发生瓦斯事故。局扇通过吊挂的方式安装，占用空间较小。

2.2 局部通风机监测

通过KJ102N 型矿井安全监测系统对通风机运行状况进行24 小时监控，采用4 台型号为GK75L的开停传感器对两台局部通风机的运转状态进行实时监测，采用1 台型号为KG5009 风筒风量传感器对风筒风量进行实时监测。

2.3 风筒管理

巷道全段统一采用直径为1000 mm 的阻燃正压抗静电风筒，单节长度为30 m，风筒接口装有金属圈反压边。利用切换分流器风筒对2 台局扇进行连接（见图1），在风筒的转弯处采用矿用弯头风筒进行连接（见图2）。为了防止风筒断开或发生漏风，风筒要采取反压边，且每个挂环都要进行吊挂，使风筒伸展平直，可减小通风阻力。每节风筒都要编号，便于管理，管理人员要每班对风筒进行检查，出现破损及时修补。

图1 切换分流器风筒

图2 矿用弯头风筒

2.4 巷道施工管理

为减少通风阻力，确保风筒平直，避免受到巷帮和其他设备的压迫，设备尽量设置在同一侧，减少风筒改向。巷道同侧同一位置必须保证1 m×1 m以上的空间敷设风筒，且顶、帮要保持平整，外露较长的锚索、锚杆要切断，避免划伤风筒。在刮板输送机头和带式输送机头高度较高的设备处，要利用旧皮带等对风筒进行保护。禁止巷道中的其他设备及管线连接在风筒上，防止风筒变形或吊环出现损坏情况。

3 通风管理缺陷

3.1 供电系统存在问题

两台局部通风机只为主通风机配备了“三专”供电系统，备用通风机未进行“三专”供电，采用连接生产设备的供电系统。由于生产设备数量多，供电系统维护繁琐，故障发生率较高，影响备用通风机供电的稳定性，容易出现主通风机停电后备用通风机无法及时开启的情况，从而造成工作面停风。

3.2 风筒管理存在问题

3.2.1 漏风率较高

风筒发生漏风情况主要有3 种原因：（1）风筒在轴线方向上的接缝存在轻微漏风而难以察觉，且无法对其进行修补；（2）风筒接口金属圈运输使用过程中易发生变形，使两节风筒在接口处出现漏风情况，反压边不能完全密封；（3）由于落矸、设备运输和其他施工操作造成风筒破损未及时发现或修补不合格造成漏风。

3.2.2 切换分流器风筒容易损坏

通风机的风压较大，最高可达5600 Pa，局部通风机直接连接切换分流器风筒，高风压作用明显。每天要进行通风机切换试验，而主通风机停电时也会发生多次通风机切换，切换时会使切换分流器风筒受到巨大的冲击力，久之会造成其产生疲劳发生撕裂难以修复，导致漏风量较大，影响工作面的正常通风。

3.2.3 弯头风筒容易损坏

弯头风筒安装在直角拐弯处，承受较大的风压和冲击力，在主/备通风机的频繁切换造成的巨大冲击力下容易发生撕裂，难以修复，影响工作面的正常通风。

4 优化措施

4.1 对通风机的供电系统进行优化

原备用通风机采用的是生产设备供电系统，故障率较高，影响备用风机的稳定性。为了解决这个问题对备用风机也采用“三专”供电，且其供电系统与主通风机采用不同回路，即对两台风机采用双回路供电并分别配备“三专”供电系统，确保两台电机能够正常切换、稳定运行。

4.2 降低风筒漏风率

针对风筒容易出现漏风的三种原因，分别采取不同的措施：首先用直径为1000 mm 具有橡胶涂层的正压无缝风筒代替了原风筒，这种风筒的密封性能较好，可以重复利用；其次解决接口漏风问题，通过在风筒接口处加装与金属圈相匹配的密封垫，可以使两端金属圈紧密贴合，提升风筒接口密封性能；最后每班对风头破口情况进行检查，出现问题及时修补，对于破损严重的风筒直接进行替换。

4.3 解决切换分流器风筒和弯头风筒易损坏问题

传统切换分流器风筒和弯头风筒由于使用材料和加工工艺的原因，难以在原设备的基础上进行优化。故将其替换为厚度为3 mm 钢板材质的硬质风筒，彻底解决这个问题。其中分流器利用液压活动挡板，在主/备通风机一台启用时打开，同时关闭另一台；弯头风筒改变直角造型，采用圆弧拐弯，大大降低风机切换时产生的冲击力，同时也降低了风筒的通风阻力。在对两种风筒进行改进后，没有再发生风筒损坏的情况。

4.4 应用效果分析

通过以上优化措施，回风巷的掘进通风过程中，实现连续供风200 d，并保证通风系统的稳定性，供风距离近2000 m。通过对通风机的实测，在通风距离为1000 m 时，通风机的吸风量为503 m3/min，正头供风量达到420 m3/min；当通风距离为2000 m时，通风机的吸风量为503 m3/min，正头供风量达到370 m3/min。千米巷道漏风率由49.35%降低至16.5%，减小了32.8%，2000 m 的漏风率也仅为26.4%，有效保证了工作面正头的风量供给。

5 结论

为解决伯方煤矿远距离掘进通风系统供风不足、系统运行不稳定和损耗严重的问题，研究提出了通风系统的优化措施并进行了应用。对两台局部通风机分别采用“三专”和双回路供电，解决通风系统不稳定问题，更换性能更优异的通风设备设施解决远距离供风情况下的风量不足、漏风率较高的问题。实践证明：采用优化措施后，保证了长距离掘进工作面局部通风动力的可靠性、稳定性，减少了局部通风漏风率（千米通风漏风率降低32.8%），保证了长距离掘进工作面供风风量。