框架式平衡风门在高河煤矿的应用.pdf

收稿日期２０１９􀆽 １２􀆽 １２ 作者简介田潞飞１９８５ － ꎬ男ꎬ山西长治人ꎬ工程师ꎬ从事“一通三防”技术管理工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０２０. ０５. ００５ 框架式平衡风门在高河煤矿的应用 田潞飞 山西高河能源有限公司ꎬ山西 长治 ０４７１００ 摘 要为保证煤矿井下通风系统稳定ꎬ井下巷道在贯通前ꎬ必须提前在相关巷道构筑风门ꎮ 若贯通点构 筑永久风门ꎬ构筑前期系统稳定ꎬ但随着巷道的掘进ꎬ矿山压力逐渐显现ꎬ会出现风门变形、墙体压裂等现 象ꎬ影响系统稳定性ꎻ且贯通点位于巷道末端ꎬ辅助运输设备无法将永久风门材料运输到位ꎬ造成人工运 输ꎬ增加劳动强度ꎮ 若用传统木风门构筑ꎬ掘进机贯通后在联巷内回撤时ꎬ导致联巷内木风门需逐道先拆 除、后恢复ꎬ费工费料ꎬ且不能有效保障通风系统稳定ꎮ 为此ꎬ高河矿提出了用框架式平衡风门替代永久风 门ꎬ实现联巷之间风流阻断ꎬ既保障了通风系统稳定ꎬ又解决了矿山压力损坏永久风门的材料浪费等现象ꎬ 具有较强的推广前景ꎮ 关键词巷道贯通ꎻ通风系统ꎻ矿压ꎻ框架式平衡风门 中图分类号ＴＤ７２６ 文献标识码Ａ 文章编号１００５􀆽 ２７９８２０２００５􀆽 ００１７􀆽 ０２ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒａｍｅ Ｔｙｐｅ Ｂａｌａｎｃｅ Ａｉｒ Ｄｏｏｒ ｉｎ Ｇａｏｈｅ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ＴＩＡＮ Ｌｕ􀆽 ｆｅｉ Ｓｈａｎｘｉ Ｇａｏｈｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬＣｈａｎｇｚｈｉ ０４７１００ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅꎬ ｔｈｅ ａｉｒ ｄｏｏｒ ｍｕｓｔ ｂｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｒｏａｄｗａｙ ｉｎ ａｄｖａｎｃｅ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｉｓ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ. Ｉｆ ｔｈｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｏｉｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ａｉｒ ｄｏｏｒꎬｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ ｔｈｅ ｅａｒｌｉｅｒ ｐｅｒｉｏｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｂｉｌｉｔｙꎬｂｕｔ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎꎬｔｈｅ ｍｉｎｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ａｐｐｅａｒｓꎬｗｉｌｌ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ａｉｒ ｄｏｏｒ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎꎬｔｈｅ ｗａｌｌ ｆｒａｃｔｕ￣ ｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎꎬａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ. Ｔｈｅ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｃａｎ ｎｏｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ａｉｒ ｄｏｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｐｌａｃｅꎬｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｍａｎｕａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｌａｂｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ. Ｉｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｗｏｏｄｅｎ ａｉｒ ｄｏｏｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌꎬｔｈｅ ｗｏｏｄｅｎ ａｉｒ ｄｏｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅｍｏｖｅｄ ｆｉｒｓｔꎬｔｈｅｎ ｒｅｓｔｏｒｅｄꎬａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｔａｂｌｅ. ＴｈｅｒｅｆｏｒｅꎬＧａｏｈｅ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ａｉｒ ｄｏｏｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｔｙｐｅ ｂａｌａｎｃｅ ａｉｒ ｄｏｏｒꎬｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒｏａｄｗａｙｓꎬｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｂｉｌｉｔｙꎬｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ａｉｒ ｄｏｏｒ ｄａｍａｇｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅꎬｅｔｃ. ꎬｉｔ ｈａｓ ａ ｓｔｒｏｎｇ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｔｕｎｎｅｌ ｔｈｒｏｕｇｈꎻｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍꎻｇｒｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅꎻｆｒａｍｅ ｔｙｐｅ ｂａｌａｎｃｅ ａｉｒ ｄｏｏｒ 高河煤矿位于山西沁水煤田东部中段长治勘探 区ꎬ 井 田 面 积 为 ６５. ０６ ｋｍ２ꎬ 设 计 生 产 能 力 ６００ 万 ｔ/ ａꎬ煤层地质储量 １１. ６９８ １ 亿 ｔꎮ 矿井辅助 运输采用电机车 ＋ 无轨胶轮车联合运输的模式ꎬ为 保障巷道材料运输ꎬ井下无轨胶轮车通车的联巷均 构筑永久式平衡风门ꎮ 目前ꎬ井下主要使用不燃性材料料石、黄沙、水 泥构筑永久风门ꎬ在贯通点构筑的永久风门ꎬ往往 因辅助运输条件不具备ꎬ导致构筑永久风门的材料 使用胶轮车无法运输到位ꎬ而人工倒运材料时间长、 投工多、劳动强度大ꎬ并且砌筑永久风门后不久ꎬ贯 通点矿山压力显现ꎬ永久风门变形ꎬ导致无法开启或 关闭不严等现象ꎬ影响矿井通风系统稳定ꎮ 为保障矿井通风系统稳定ꎬ通过对风门构筑技 术和材料的研究ꎬ高河矿提出“在矿山压力明显的联 巷先构筑框架式平衡风门ꎬ待矿山压力稳定、具备运 输条件后再构筑永久风门”的思路ꎮ １ 框架式平衡风门 框架式平衡风门是利用无缝钢管、扣件、短节将 平衡风门与巷道帮部锚杆连接起来ꎬ形成框架式布 局ꎬ快速构筑的一种新型风门ꎮ ７１ 成成果果应应用用 总第 ２４９ 期 １. １ 结构组成 框架式平衡风门系统主要由门框竖门框外侧 焊接三根无缝钢管耳、小横杆、大横杆、立杆、扣件、 短节直径４０ ｍｍ、长５００ ｍｍ、壁厚３. ５ ｍｍ 的钢管ꎬ 一端焊接 Ｍ２４ 螺母、金属网及风筒布等部分构成ꎮ 如图 １ 所示ꎮ 图 １ 框架式平衡风门平面示意 １. ２ 安装流程 １ 将短节带螺母一端与巷道顶、帮的支护锚 杆拧紧固定ꎬ形成连墙杆ꎬ每帮各连接 ３ ４ 根ꎮ ２ 在巷道底板组装门框ꎮ ３ 确定门框、立杆的位置ꎮ 在门框两侧各设 置不少于 ２ 根立杆ꎬ用十字扣件将立杆与连墙杆、门 框耳分别连接紧固ꎬ立杆间使用小横杆、十字扣件连 接紧固ꎻ在门框上方布置大横杆ꎬ用十字扣件将大横 杆与连墙杆连接紧固ꎬ大横杆间使用小横杆、十字扣 件连接紧固ꎮ ４ 在框架式风门的前后两侧ꎬ各打设 １ 根斜 撑ꎬ撑杆与同侧巷帮连墙杆用扣件拧紧固定ꎮ ５ 在门框与巷帮之间覆盖网片ꎬ并在网片进 风侧覆盖一层风筒布封堵漏风ꎬ用 １６ 号绑丝绑扎牢 固ꎬ风筒布在巷帮四周留设 ２００ ｍｍ 裙边ꎮ ６ 安装风门门扇、连杆、平衡锤等ꎮ １. ３ 工作原理 提前在巷道贯通点构筑框架式平衡风门ꎬ巷道 贯通后通过调节平衡风门的通风断面来控制风量ꎬ 保证通风系统的稳定ꎬ待工作面贯通结束后ꎬ掘进机 撤至框架式平衡风门外面ꎮ 框架式平衡风门的控风方式与永久风门原理相 同ꎬ都是通过调节通风断面的大小来控制风量ꎬ但框 架式平衡风门的“墙体”是临时用钢管与扣件搭设 起来的ꎬ在巷道贯通受矿压显现时ꎬ可以通过观察风 门两帮及顶部的钢管变形程度来判定其承压情况ꎬ 当钢管变形较大时ꎬ可以通过调节扣件ꎬ微调大横杆 或立杆的位置ꎬ来释放框架式平衡风门承受的矿压ꎬ 从而达到抵抗矿压的破坏作用ꎮ ２ 框架式平衡风门的优点 １ 贯通点构筑框架式平衡风门ꎬ配件少、运输 量小ꎬ解决构筑永久风门材料运输困难的问题ꎮ ２ 构筑框架式平衡风门ꎬ随着巷道的掘进ꎬ矿 山压力作用在框架的钢管上时ꎬ通过调节扣件螺母 先松动螺母、调整扣件位置、再次拧紧扣件ꎬ解决 了矿山压力问题ꎮ ３ 应用框架式平衡风门ꎬ其构筑材料均可以 回收复用ꎬ大大减少了材料的消耗ꎮ ３ 现场应用及经济效益 高河煤矿井下框架式平衡风门从 ２０１４ 年开始 试验应用ꎬ取得了较好的效果ꎮ １ 井下巷道贯通前ꎬ在贯通点附近构筑框架 式平衡风门有效避免了巷道贯通后矿压显现对风门 的破坏ꎬ在巷道贯通后继续开口掘进 ６０ ｍ 后ꎬ再改 建永久风门ꎬ避免了原来直接构筑永久风门受压损 坏变形的现象ꎬ降低了风门的拆除重建率ꎮ 经统计ꎬ巷道贯通前建筑永久风门的重建率为 １００％ꎬ至今为止ꎬ巷道贯通前采用框架式平衡风门ꎬ 贯通后改建为永久风门ꎬ无拆除重建现象ꎮ ２ 应用框架式平衡风门避免了原来永久风门 的拆除、重建作业ꎬ节省了损坏的永久风门的人工、 材料成本ꎬ以及不具备运输条件构筑时的人工运料 投入ꎮ 具体明细见表 １ꎮ 表 １ 风门构筑费用明细 项目 人工费 用工数 运料 工数 费用 / 元 材料量 料石 / 方 黄沙 / 方 水泥 / ｔ 门框 / 道 材料费 / 元 拆除永 久风门 ６０９ ０００ 建筑永 久风门 １２０４８２５ ２００３６３１７ ２００ 搭设框架 平衡风门 １２１０３ ３００ 拆除框架 平衡风门 １２４２ ４００ 注拆除重建永久风门ꎬ每道需新运料石 ３ ｍ３、黄沙 ６ ｍ３、水泥 ３ ｔꎬ新购门框一道ꎻ人工 １５０ 元/ 工ꎬ料石 ３３０ 元/ ｍ３ꎬ黄沙１１０ 元/ ｍ３ꎬ 水泥 ３５０ 元/ ｔꎬ门框 ４ ５００ 元/ 套ꎮ 综合表 １ 可知构筑一道框架式平衡风门比永 久风门节约 ３ 万多元ꎬ而高河煤矿一年需要构筑框 架式平衡风门约 ２０ 道ꎬ一年即可节约资金 ６０ 多万 元ꎬ从 ２０１４ 年试验成功至今ꎬ节约资金 ３００ 多万元ꎬ 经济效益可观ꎮ 框架式平衡风门在高河煤矿试验成功及正式投 入使用以来ꎬ效果非常明显ꎬ该风门结构简单ꎬ性能 良好ꎬ能有效避免巷道贯通后矿压显现对风门的破 坏ꎮ 随着井下巷道的掘进延伸ꎬ贯通越来越多ꎬ经济 效益愈加明显ꎬ具有很好的推广价值ꎮ [责任编辑路 方] ８１ ２０２０ 年 ５ 月 田潞飞框架式平衡风门在高河煤矿的应用 第 ２９ 卷第 ５ 期