浅谈长距离独头巷道双面掘进的通风

浅谈长距离独头巷道双面掘进的通风
王静波;高伟;周乐
【摘要】解决长距离巷道双面掘进的通风问题,对保障快速掘进、加快采准工程布置、保障工作面作业人员安全与健康具有特别重要的意义.阐述了金厂峪矿业公司在-377 m中段长距离独头巷道双面同时掘进过程中局部通风的通风方式选择、风机选择及布置优化、局部通风系统的现场管理等内容.
【期刊名称】《有色金属（矿山部分）》
【年(卷),期】2018(070)006
【总页数】5页(P42-45,49)
【关键词】长距离独头巷道;通风;风机
【作者】王静波;高伟;周乐
【作者单位】河北金厂峪矿业有限责任公司,河北唐山064307;河北金厂峪矿业有限责任公司,河北唐山064307;东北大学资源与土木工程学院,沈阳110819
【正文语种】中文
【中图分类】TD22
经过数年的钻探、坑探等地质工作，金厂峪矿业公司在深部竖井的探矿工作取得了一定突破。

然而深部竖井和现有开拓中段不连续，新开中段掘进工程进展缓慢，限制了深部矿块的采准工程布置。

目前金厂峪矿业公司正值扩能改造之际，浅部持续了十余年的残矿开采产量很难提高；因此，急需推行深部竖井新开中段的双面掘进
施工，局部通风也就成为这一施工工艺成功实施的关键环节。

本文针对金厂峪矿业公司-377 m中段2.1 m×2.3 m规格掘进巷道，在距进风井口350 m处，由凿岩台车一班施工的两个作业面，接着爆破各作业面，最后对各作业面进行局部通风的方案布置、实践效果等进行分析研究。

1 掘进工作面通风方法选择
根据通风动力形式的不同，掘进通风方法分为局部通风机通风、矿井总风压通风和引射器通风三种[1]。

其中，局部通风机通风是最常用的一种掘进通风方法。

考虑到矿山现有设备及井下已有工程特点，本文选择局部通风机通风。

局部通风机通风是利用局扇提供动力，通过风筒导风把新鲜风流送入掘进工作面的通风方法。

按局扇的布置方式，可分为压入式、抽出式和压抽混合式三种。

1.1 压入式通风
1.1.1 布置方式
压入式通风布置方式见图1。

图1 压入式通风布置方式Fig.1 The arrangement mode of forced ventilation 图1中，Le段气流贴着巷壁射出风筒后，由于卷吸作用，射流断面逐渐扩张，直至射流断面达到最大值，此段称为扩张段。

La段射流断面达到最大后逐渐减少，直到为零，此段称收缩段。

Ls段从风筒出口至射流反向的最远距离(Le+La)称射流有效射程[2-3]。

在2.1 m×2.3 m规格巷道条件下，
(1)
式中，S为巷道断面积,m2。

1.1.2 压入式通风主要特点及要求
1)有效射程远，工作面风速大，排烟效果好；
2)工作面风速大，排热效果较好；
3)污风沿整个巷道缓慢排出，污染范围广，劳动条件差，巷道排污所需的通风时间长；
4)局扇入口与掘进巷道距离大于10 m；
5)风筒出口至掌子面距离小于Ls[4]。

1.2 抽出式通风
1.2.1 布置方式
图2为抽出式通风布置方式。

图2 抽出式通风布置方式Fig.2 The arrangement mode of exhaust ventilation 图2中Le为有效吸程，即风筒吸口吸入空气的作用范围。

在2.1 m×2.3 m巷道边界条件下，其计算式为：
1.2.2 抽出式通风主要特点及要求
1)新鲜风流沿巷道进入工作面，整个巷道空气清新，且受污风污染巷道长度短，工人劳动作业条件好；
2)有效吸程较小，延长了通风时间，排烟效果不好；
3)需使用刚性或带刚性骨架的风筒，安装、运输不方便，小断面巷道使用受限制。

1.3 混合式通风
混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合，按局部通风机和风筒的布设位置，常用形式有：长压短抽、长抽短压[5]。

1.3.1 长抽短压(前压后抽)
图3为长抽短压通风示意图。

工作面的污风由压入式风筒压入的新风予以冲淡和稀释，由抽出式主风筒排出。

其中抽出式风筒须用刚性风筒或带刚性骨架的可伸缩风筒[6]，若采用柔性风筒，则可将抽出式局部通风机移至风筒入风口，改为压出
式，由里向外排出污风(见图3b)。

图3 长抽短压通风Fig.3 Long distance pumping and short pressure ventilation
1.3.2 长压短抽(前抽后压)
图4为长压短抽通风。

工作方式：新鲜风流经压入式长风筒送入工作面，工作面
污风经抽出式通风机抽出，沿巷道排出。

图4 长压短抽通风Fig.4 Long pressureand short pumping ventilation
1.3.3 混合式通风主要特点及要求
1)通风效果好，是长距离、大断面岩巷掘进最理想的通风方式；
2)增加了一套通风设备，电能消耗加大，小断面使用时维护管理更加复杂；
3)降低了压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量，在风机选用上需按风量大小做好风机布置[7-8]。

1.4 可控循环通风
当局部通风机的吸入风量大于局扇所在巷道的风量时，则部分由局部用风地点排出的污浊风流会再次经局部通风机送往用风地点，故称其为循环风。

循环通风方式：循环通风分为掺有适量外界新风的循环通风和不掺有外界新风的循环通风。

前者即为可控制循环通风(见图5)，也称为开路循环通风；后者称为闭路
循环通风。

图5 可控循环通风Fig.5 Controlled circulating ventilation
1.5 通风方式比较及选择
根据上述几种通风方式的优缺点可知：
抽出式通风时，新鲜风流沿巷道进入工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好。

但需使用刚性或带刚性骨架的风筒布，不适用于行走凿岩台车及扒渣机的小断面巷道，且通风时间长，排烟效果不好，不适用于紧密班次的快进施工。

而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，当掘进巷道越长，排污风速度越慢，受污染时间越久，难以组织各班次快进施工[9-10]。

而通风时间较短，排烟效果较好的混合式通风无疑更适合-377 m中段的快进施工。

考虑到金厂峪矿业公司施工小断面巷道的现状及短时间内排出炮烟的要求，经过分析，上述通风方式中的图3b所示的长抽短压式的混合式通风方式最为合理。

2 风量计算及风机选择
1)按工作面最多人数(每人每分钟需用4 m3风量)计算
Q=4kn=4×1.2×12=57.6 m3/min
式中，k为风量备用系数，取1.2；n为工作面最多人数，取12人。

2)按工作面的实际所需风速，计算岩巷掘进工作面的风量
9S掘≤Q掘
S掘为掘进工作面巷道过风断面积，4.83 m2。

即：
43.5 m3/min≤Q掘
由以上计算可知，单个掘进工作面所需风量最小值为57.6 m3/min，确定为58 m3/min。

对于双面掘进的混合式通风，为防止循环风和维持风筒重叠段巷道内具有最低的排尘风速，则抽出式风机的吸风量应大于压入式风机风筒出口风量，即
Qec=(1.2～1.25)(Qpc1+ Qpc2)
式中，Qpc1、Qpc2表示两个压入式风机风量，58 m3/min。

Qec=(Qpc1+ Qpc2)+60VS=(58+58)+43.5=159.5 m3/min
则，抽出式风机选择型号为JK58-1No4.5型局扇1台，功率11 kW，风量186～300 m3/min；压入式风机选择型号为JK58-1No3.5型局扇2台，功率3 kW，风量90～144 m3/min。

3 长抽短压式通风系统在双面同时掘进中的布置
-377 m中段在初期只是进行单作业面施工，为加快施工进度，尽快布置采准工程，现改为用一台凿岩台车在一班(8 h)组织两个作业面(主运及穿)进行掘进施工，爆破后通风时间为2 h，剩余近两班时间进行双班次出渣作业，每班循环时间为24 h。

设计在穿口前10 m位置布置型号为JK58-1No4.5型局扇1台，抽出式风机风筒布采用直径为50 cm的柔性阻燃风筒布接至深部竖井(进风井)-377中段井口以下12 m，每个吊环均须吊挂在事先固定好的吊钩上，井筒内风筒布固定在梯子间内。

压入式风机分别布置在巷道两帮，相对位置滞后于抽出式风机10 m。

采用柔性阻燃风筒布接至距掌子面10 m处，风机位置布置见图6。

图6 双面掘进长抽短压式风机布置Fig.6 Layout of long pumping and short pressure fans in double sided tunneling
上述通风方案，在-377 m中段的双面掘进中取得了很好的效果，通风时间控制在
2 h以内，有效保障了该中段的快速施工。

4 局部通风系统的现场管理
风筒的吊挂要求“平、直、顺”，压入式风筒吊挂高度不小于1.5 m，以降低被掏槽孔岩渣抛掷破坏的几率。

风机在掘进面实施爆破后方可开启，已减少空气冲击波及岩渣抛掷对风筒的破坏。

为减小漏风，降低通风时间，风筒布接头采用双反边法连接。

对风筒跑风漏风处必须及时维护，以免影响通风时间。

维护方法为用废旧风筒裁剪下的风筒片对破损处黏贴、覆盖缝合。

掘进作业面每进行两个循环，需接3 m长的短节风筒，保证射流有效射程覆盖掌
子面。

由于-377 m中段采用巷道规格较小且需行走凿岩台车、扒渣机等大件设备，所以凿岩工在施工时必须提前将抽出式风机的风机窝子(每个穿口前10 m处)在帮壁处施工完毕；两台压入式风机采用打眼悬吊方式固定。

进出扒渣机等设备时必须将风机关闭，以免大件设备行走时剐蹭风筒，造成跑风、漏风。

由于长距离巷道中空气湿度较大，水分经风机后因受热而气化，而后在风筒内随长度的增加逐渐液化、凝聚，聚集水压坠风筒，增加通风阻力。

根据实际观察，此现象在距抽出式风机150 m处开始发生，后续越积越多。

根据现场试验总结，需由通风技术人员每隔一班对150 m以外处风筒内积水进行清理排出，以免影响通风效果。

目前深部竖井采用单翼抽出式通风，各中段主运输巷道兼做通风道，-377 m中段炮烟经深部竖井排至-417 m中段主运输巷道，会对-417 m中段人员作业形成一定影响，需在-417 m中段石门处加一台辅扇，加快主运输巷道风速，稀释通风时段内的炮烟浓度。

5 结论
通过对局扇局部通风的几种方式进行分析、选择、实践及优化，长抽短压式的混合式通风无疑是解决金厂峪矿业公司长距离双面掘进通风问题的最优方法，对金厂峪金矿加快深部矿块布置，短时间内提高深部资源利用率及保障作业人员安全与健康有着重要意义，对类似矿山具有重要的参考价值。

参考文献
【相关文献】
[1] 江帅，刘晓恒，张国良，等. 煤矿掘进通风技术分析与应用[J]. 采矿技术，2013，13(2)：39-41.
[2] 张大明，马云东，罗根华. 综掘工作面压入式风筒出口有效距离研究[J]. 安全与环境学报，2016，16(4)：186-191.
[3] 王中秋，陈洪彬. 瓦斯通风技术在高速公路隧道施工中的应用研究[J]. 山西煤炭，2013，33(9)：
79-80.
[4] 王德明. 矿井通风与安全[M]. 北京：中国矿业大学出版社，2007.
[5] 徐明，葛龙，代海锋. 浅析新桥煤矿长距离掘进工作面局部通风[J]. 陕西煤炭，2013，32(1)：120-121.
[6] 王轶，杨龙龙，刘照洞. 长距离隧道的通风选型问题浅析[J]. 价值工程，2014，33(3)：121-122.
[7] 姜勇国. 谈局部通风方法[J]. 煤炭技术，2008(7)：115.
[8] 张七兵. 矿井通风技术及通风系统优化设计探讨[J]. 能源与节能，2017(12)：159-160.
[9] 乔荣强. 局部通风安全技术在长距离掘进中的运用[J]. 山东煤炭科技，2011(3)：187-188.
[10] 闫满志，刘天林，张国新，等. 长距离独头巷道掘进通风系统优化设计[J]. 现代矿业，2012(9)：118-120，149.。