★ 煤矿安全 ★

葫芦素煤矿超长距离局部通风技术研究及应用

王利京

(中国中煤能源集团有限公司，北京市朝阳区，100120)

摘 要 根据葫芦素煤矿21204工作面主回风巷超长距离局部通风的需要，对局部通风系统进行了改造，采用大功率对旋局部通风机和高强度拉链式柔性阻燃风筒，并配以钢制风筒倒换器和风筒泄压装置，实现了5000 m单巷掘进直接供风。现场实测表明，单巷掘进供风距离由2770 m增至5008 m，风量和风速都降低了约38%，温度增高约2.0℃，瓦斯浓度保持为0.02%，所有指标参数均满足安全生产要求。采用超长距离局部通风的单巷掘进技术取得了显著的经济与社会效益，可在矿井所在蒙陕矿区推广应用。

关键词 局部通风 单巷掘进 超长距离 风筒泄压

中图分类号 TD724.4

文献标识码 A

引用格式：陈益能，杨伟，张铎.区域性矿山应急救援体系构建研究现状与发展趋势[J].中国煤炭，2020,46(5)∶57-61.

Chen Yineng, Yang Wei, Zhang Duo. Research status and development trend of emergency rescue system construction of regional mines[J].China Coal, 2020,46(5)∶57-61.

Research and application of super-long distance local ventilation technology in Hulusu Coal Mine

Wang Lijing

(China Coal Energy Group Co., Ltd., Chaoyang, Beijing 100120, China)

Abstract According to the need of super-long distance local ventilation in main return airway of 21204 working face in Hulusu Coal Mine, the local ventilation system was reformed. The application of high-power counter-rotating local ventilator and high-strength zipper flexible flame-retardant air pipe, combing with steel air pipe reverser and pressure relief device, realized direct air supply in 5000m single tunneling. Field measurementresults showed that the air supply distance increased from 2770 m to 5008 m, the air flow and wind speed decreased by about 38%, the temperature increased by about 2.0 ℃, and the gas concentration kept at 0.02%. All indexes met the safety production requirements. The single tunneling technology with super-long distance local ventilation had achieved remarkable economic and social benefits, which could be popularized and applied in the Mengshan mining area where Hulusu Coal Mine was located.

Key words local ventilation, single tunneling, super-long distance, air pipe pressure relief

为满足我国日益增长的煤炭需求，现代化高产高效矿井的数量在不断增加，煤矿的开采深度也随之加大[1-2]。同时，为提高煤炭资源回收率，减少区段煤柱的留设，满足矿井采掘接替的需要，减少采煤工作面搬家倒面的次数，采煤工作面长度和推进长度不断加大，采煤工作面两巷道的掘进距离越来越大，这也提高了巷道掘进期间通风的要求。长距离局部通风技术的应用日益增多，例如兖矿集团东滩煤矿东翼一采区准备布置的工作面推进长度都超过2000 m,1303运输巷道掘进工作面单台局部通风机的独头供风长度达到2450 m[3]，神华神东煤矿集团大刘矿活鸡兔井12311工作面运输巷、回风巷与12312工作面运输巷采用长距离单巷掘进，设计最远通风距离3175 m[4]。

由于煤矿地质条件复杂，特别是深部开采的矿井，必将出现岩温增高、风路延长、阻力增大、风流压缩放热、风量调节困难、漏风量大、有毒有害物质和热湿排除受阻等问题[5]。并且随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量高，长距离掘进工作面瓦斯涌出量大、粉尘浓度大，因此深部开采矿井的长距离局部通风不仅影响矿井的安全高效生产，还会影响井下工作人员的身体健康[6]。葫芦素煤矿21204工作面因构造影响，导致原回风巷由双巷掘进改为单巷掘进，单巷供风距离超过5000 m。矿井首次面临该类问题，在蒙陕矿区尚缺乏技术经验。针对21204主回风巷掘进条件，进行长距离局部通风技

术的优化和研究，对煤矿安全高效生产有着重要意义。

1 工程概况

21204工作面是葫芦素煤矿2-1煤层西翼二盘区首采工作面。21204工作面原设计为主副回风巷双巷掘进，长度为5760.7 m。主回风巷担负该工作面回风、排水、行人等功能。当主回风巷掘进至距2-1煤层西翼辅运大巷1264 m时，遇到落差为23 m正断层，21204主、副回风巷距离2-1煤层西翼辅运大巷1228 m后改为单巷掘进。显然，掘进方式改变后，改变了原局部通风系统，形成了长距离局部通风，需要对局部通风方案进行改进。工作面单巷掘进工程平面图见图1。

2 通风系统设计

2.1 局部通风机选型

2.1.1 掘进工作面实际需风量

按照《煤矿安全规程》第138条规定，21204主回风巷掘进工作面实际需要风量应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、井下工作人员所需风量等计算的最大值作为工作面需要风量，按《煤矿安全规程》允许风速进行验算。

经过对稀释排除瓦斯、二氧化碳所需风量、满足井下工作人员所需风量、掘进工作面最优排尘风速的对比，确定最大数据作为工作面所需风量，为519 m3/min。

2.1.2 局部通风机基本参数

(1)局部通风机的吸风量计算公式如下[7]：

(1)

式中：Qf——风机吸风量，m3/min；

Qa——风机出风量，m3/min；

P——风筒漏风风量备用系数；

P100——风筒百米漏风率，%；

L——风筒长度，m。

当供风距离为5000 m时，P为1.43,Qf为743 m3/min。

(2)风阻计算公式如下[7]：

(2)

式中：Rp——风阻，(N·s2)/m8；

α——风筒摩擦阻力系数，取0.0029 (N·s2)/m4；

d——风筒直径，m。

考虑风筒局部阻力、完全由局部通风机担负通风的巷道通风阻力等因素，总通风风阻在以上计算基础上乘以附加系数，系数取1.2。

当采用风筒长度5000 m，直径1.0 m风筒时，风阻Rp为94.25(N·s2)/m8，此时，总通风风阻R=Rp×1.2=113.1(N·s2)/m8；直径1.2 m风筒时，风阻Rp为37.85(N·s2)/m8，此时，总通风风阻R=Rp×1.2=45.42(N·s2)/m8。

(3)局部通风机理论工作风压。

根据掘进工作面最大供风长度、局部通风机吸风量、掘进工作面需要风量，计算掘进工作面局部通风机理论工作风压值[7]。

ht=R×Q扇×Q掘

(3)

式中：ht——压入式局部通风机全风压(出口动压一般忽略不计)，Pa。

当采用直径1.0 m风筒时，局部通风机全风压ht为12115 Pa；当采用直径1.2 m风筒时，局部通风机全风压ht为4865 Pa。

2.1.3 局部通风机型号

通过查局部通风机主要技术参数表和通风机性能曲线图，选用直径1.2 m的风筒，风筒的总风压为4865 Pa。通风机性能参数见表1。

两台不同型号的通风机均能满足工作面困难时

期的通风需要。为满足掘进工作面排尘和降温需求，选取FBD№8.0/2×75 kW局部通风机。

2.2 通风机布置及配套设施

局部通风机型号FBD№8.0/2×75 kW，安设于21204副回风巷距离2-1煤层西翼辅运大巷800 m处。为满足巷道掘进供风距离超过5000 m的作业要求，防止风筒脱节，配套使用高强度拉链式柔性阻燃风筒。为保证安全使用，在自行加工的钢性Y型倒换器基础上，设置了风筒泄压装置，采用了安全监控系统5000 m异地远程断电，并设计了单巷掘进供风超过3000 m时每隔1000 m设置应急自救器过渡站，以解决避灾应急逃生问题。

3 通风效果

3.1 技术效果

现场实测了掘进工作面风量、风速和温度随供风距离变化情况，具体见表2。供风距离自2870 m开始，工作面风量和风速随着供风距离的增加开始逐步下降，供风距离到4920 m开始保持相对稳定。供风距离由2870 m增至5008 m，风量由969 m3/min降至598 m3/min，风速由0.97 m/s降至0.60 m/s，都降低了约38%。供风距离由2870 m增至5008 m，工作面温度由21.7℃增高至23.6℃，工作面瓦斯浓度始终保持为0.02%，满足了工作面安全生产要求。

距离掘进工作面每隔300 m对巷道内的风量、温度逐点进行测定，得到同一时间内沿巷道延伸方向的风量和温度变化关系图，如图2所示。可见，随着掘进工作面供风距离的增大，工作面掘进头风量呈逐步减少的趋势、温度呈逐步增加的趋势。风量的减少主要由于风筒阻力增大和漏风所致；温度的增加，主要由于在掘进工作面空气向外流动过程中，巷道内电气设备发热、运转设备散热、煤炭散热和部分淋水巷道和钻孔水的热交换作用等因素，导致巷道内温度升高。

21204工作面主运输巷、辅助运输巷和主回风巷掘进期间，距离掘进工作面500 m范围内的温度分布情况如图3所示。实测结果表明，距掘进工作面距离相同时，主回风巷内温度低于主、辅运输巷1～2℃，因此，21204工作面主回风巷升温不明显，气候条件优于双巷掘进巷道。

3.2 经济效益

21204工作面单巷掘进，相比较双巷掘进少施工联络巷13个，节约联络巷巷道掘进投资78万元，节约联络巷防灭火闭墙直接费用260余万元，节约设施及施工费约75万元。综合以上，节约直接费用合计413万元。

间接减少了21204工作面回采后，副回风巷的维护、管路安装、安全设施安装和维护费用，减少了联络巷及其密闭的维护和采空区漏风，有利于矿井21204工作面开展综合防灭火工作，为陕蒙矿区深部开采长距离局部通风设计、开展沿空掘巷等提供了理论依据，社会效益巨大。

4 结论

(1)葫芦素煤矿21204工作面单巷掘进局部通风最大供风距离达5008 m，通过对局部通风机合理选型、风筒降阻、减漏等措施，巷道内风量、风速和瓦斯含量均满足了《煤矿安全规程》要求，温度条件优于双巷掘进工作面。

(2)单风机大直径柔性风筒长距离压入式局部通风技术有效地解决了陕蒙矿区深部开采的超长距离(>5000 m)单巷掘进局部通风问题,为长距离巷道安全、快速掘进提供了保障。

(3)结合掘进工作面通风系统、巷道布置特点等实际情况,采用了风筒卸压装置和风机配套变频器, 可以根据需要随时调节工作面风量，有效地解决了局部通风机风压过大、工作面风量过大和不足的问题。

(4)葫芦素煤矿21204工作面长距离单巷掘进技术的现场应用效益显著，为陕蒙矿区深部开采矿井单巷掘进积累了基础数据和经验。

参考文献：

[1] 王文才,乔旺.长距离局部通风技术的发展现状与趋势[J].煤炭科学技术,2012,40(1):46-49,53.

[2] 许卫东,李陆海,韩兆彦.高瓦斯远距离掘进工作面局部通风系统并联通风技术应用[J].科技创新导报,2009(28):57.

[3] 李剑峰.掘进工作面局部通风机长距离通风[J].煤矿机械,2012,33(12):94.

[4] 李浩荡,张庆华,张淑同.掘进工作面大断面超长距离通风技术研究[J].矿业安全与环保,2010,37(6):78-79，86.

[5] 文永胜.矿井通风技术的新发展[J].世界有色金属,2008(12):32-34.

[6] 赵士磊. 长距离局部通风技术的研究和应用[D].包头：内蒙古科技大学,2014.

[7] 张国枢. 通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.

作者简介：王利京(1974-)，男，山东省嘉祥县人，高级工程师，工程硕士，从事煤矿安全与技术管理工作。E-mail: 153048723@qq.com。

(责任编辑 张艳华)