葫芦素煤矿超长距离局部通风技术研究及应用.pdf

★煤矿安全★ 移动扫码阅读 引用格式王利京􀆱葫芦素煤矿超长距离局部通风技术研究及应用 [J]􀆱中国煤炭,２ ０ ２ ０,４ ６５∶∗－∗ 􀆱 W a n gL i j i n g 􀆱R e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f s u p e r Ｇ l o n gd i s t a n c e l o c a l v e n t i l a t i o n t e c h n o l o g y i nH u l u s uC o a lM i n e [J]􀆱 C h i n aC o a l,２ ０ ２ ０,４ ６５∶∗－∗ 􀆱 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,１ ０ ０ １ ２ ０ 摘 要 根据葫芦素煤矿２ １ ２ ０ ４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５ ０ ０ ０m单巷掘进直接供风.现场实测表明,单巷掘进供 风距离由２ ７ ７ ０m增至５ ０ ０ ８m,风量和风速都降低了约３ ８％,温度增高约２ 􀆱 ０℃,瓦斯浓度 保持为０ 􀆱 ０ ２％,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 T D ７ ２ ４ 􀆱 ４ 文献标识码 A R e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f s u p e r Ｇ l o n gd i s t a n c e l o c a l v e n t i l a t i o nt e c h n o l o g y i nH u l u s uC o a lM i n e W a n gL i j i n g C h i n aC o a lE n e r g yG r o u pC o 􀆱,L t d 􀆱,C h a o y a n g,B e i j i n g１ ０ ０ １ ２ ０,C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt ot h en e e do f s u p e r Ｇ l o n gd i s t a n c e l o c a l v e n t i l a t i o n i nm a i nr e t u r na i r w a yo f２ １ ２ ０ ４w o r k i n gf a c e i nH u Ｇ l u s uC o a lM i n e,t h el o c a lv e n t i l a t i o ns y s t e m w a sr e f o r m e d 􀆱 T h ea p p l i c a t i o no fh i g h Ｇ p o w e rc o u n t e r Ｇ r o t a t i n gl o c a lv e n t i l a t o ra n d h i g h Ｇ s t r e n g t hz i p p e r f l e x i b l e f l a m e Ｇ r e t a r d a n t a i rp i p e,c o m b i n gw i t hs t e e l a i rp i p er e v e r s e ra n dp r e s s u r er e l i e fd e v i c e,r e a l i z e dd i Ｇ r e c t a i r s u p p l y i n５ ０ ０ ０ ms i n g l e t u n n e l i n g 􀆱F i e l dm e a s u r e m e n t r e s u l t s s h o w e dt h a t t h e a i r s u p p l yd i s t a n c e i n c r e a s e d f r o m２ ７ ７ ０mt o ５ ０ ０ ８m,t h ea i r f l o wa n dw i n ds p e e dd e c r e a s e db ya b o u t ３ ８％,t h e t e m p e r a t u r e i n c r e a s e db ya b o u t ２ 􀆱 ０℃,a n d t h eg a s c o n c e n t r a Ｇ t i o nk e p t a t ０ 􀆱 ０ ２％ 􀆱A l l i n d e x e sm e t t h e s a f e t yp r o d u c t i o nr e q u i r e m e n t s 􀆱T h e s i n g l e t u n n e l i n g t e c h n o l o g yw i t hs u p e r Ｇ l o n gd i s t a n c e l o c a l v e n t i l a t i o nh a da c h i e v e dr e m a r k a b l ee c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s,w h i c hc o u l db ep o p u l a r i z e da n da p p l i e di nt h eM e n g s h a n m i n i n ga r e aw h e r eH u l u s uC o a lM i n ew a s l o c a t e d 􀆱 K e yw o r d s l o c a l v e n t i l a t i o n,s i n g l e t u n n e l i n g,s u p e r Ｇ l o n gd i s t a n c e,a i rp i p ep r e s s u r er e l i e f 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２ ０ ０ ０m,１ ３ ０ ３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２ ４ ５ ０m[ ３],神华神东 煤矿集团大刘矿活鸡兔井１ ２ ３ １ １工作面运输巷、回 ２６ 中国煤炭第４ ６卷第５期２ ０ ２ ０年５月 风巷与１ ２ ３ １ ２工作面运输巷采用长距离单巷掘进, 设计最远通风距离３ １ ７ ５m[ 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２ １ ２ ０ ４ 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５ ０ ０ ０m.矿井首次 面临该类问题,在蒙陕矿区尚缺乏技术经验.针对 ２ １ ２ ０ ４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 ２ １ ２ ０ ４工作面是葫芦素煤矿２－１煤层西翼二 盘区首采工作面.２ １ ２ ０ ４工作面原设计为主副回风 巷双巷掘进,长度为５ ７ ６ ０ 􀆱 ７m.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１ ２ ６ ４m时,遇到落差 为２ ３m正断层,２ １ ２ ０ ４主、副回风巷距离２－１煤 层西翼辅运大巷１ ２ ２ ８m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. 图１ 工作面单巷掘进工程平面图 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１ ３ ８条规定,２ １ ２ ０ ４ 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 ５ １ ９m ３/ m i n. 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] Qf＝QaP P＝ １ １－L P １ ０ ０ １ ０ ０ １ 式中Qf 风机吸风量,m３/m i n; Qa 风机出风量,m ３/ m i n; P 风筒漏风风量备用系数; P１ ０ ０ 风筒百米漏风率,％; L 风筒长度,m. 当供风距离为５ ０ ０ ０ m时,P为１ 􀆱 ４ ３,Qf为 ７ ４ ３m ３/ m i n. ２风阻计算公式如下 [７] ３６ 葫芦素煤矿超长距离局部通风技术研究及应用 Rp＝６ 􀆱 ５α L d ５ ２ 式中Rp 风阻, N􀅱s ２/ m ８; α 风筒摩擦阻力系数,取０ 􀆱 ０ ０ ２ ９N􀅱 s ２/ m ４; 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５ ０ ０ ０m,直径１ 􀆱 ０m风筒时, 风阻Rp为９ ４ 􀆱 ２ ５N􀅱s ２ / m ８,此时,总通风风阻 R＝Rp １ 􀆱 ２ ＝１ １ ３ 􀆱 １N􀅱s ２ / m ８;直径１ 􀆱 ２m风 筒时,风阻Rp为３ ７ 􀆱 ８ ５N􀅱s ２ / m ８,此时,总通 风风阻R＝Rp １ 􀆱 ２ ＝ ４ ５ 􀆱 ４ ２N􀅱s ２ / m ８. 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＝RQ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 ,P a. 当采用直径１ 􀆱 ０m风筒时,局部通风机全风 压ht为１ ２ １ １ ５P a;当采用直径１ 􀆱 ２m风筒时,局 部通风机全风压ht为４ ８ ６ ５P a. 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 􀆱 ２m的风筒,风筒的总风 压为４ ８ ６ ５P a.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F B D№８ 􀆱 ０/２７ ５kW局部通风机. 表１ 通风机性能参数 型号 功率 /kW 风压 /P a 吸风量 / m３􀅱m i n －１ F B D№８ 􀆱 ０２７ ５４ ８ ６ ５８ １ ５ F B D№８ 􀆱 ０２５ ５４ ８ ６ ５７ ５ ０ ２ 􀆱 ２ 通风机布置及配套设施 局部通风机型号F B D№８ 􀆱 ０/２７ ５kW,安设 于２ １ ２ ０ ４副回风巷距离２－１煤层西翼辅运大巷 ８ ０ ０m处.为满足巷道掘进供风距离超过５ ０ ０ ０m 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５ ０ ０ ０m异地远程断电,并设 计了单巷掘进供风超过３ ０ ０ ０m时每隔１ ０ ０ ０m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２ ８ ７ ０m 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４ ９ ２ ０ m开始保持相对稳 定.供风距离由２ ８ ７ ０m增至５ ０ ０ ８m,风量由９ ６ ９ m ３/ m i n降至５ ９ ８m ３/ m i n,风速由０ 􀆱 ９ ７m/s降至 ０ 􀆱 ６ ０m/s,都降低了约３ ８％.供风距离由２ ８ ７ ０m 增至５ ０ ０ ８ m, 工 作 面 温 度 由２ １ 􀆱 ７℃增 高 至 ２ ３ 􀆱 ６℃,工作面瓦斯浓度始终保持为０ 􀆱 ０ ２％,满 足了工作面安全生产要求. 表２ 工作面风量与温度变化 序号供风距/m风量/ m ３􀅱m i n－１ 风速/ m􀅱s －１ 巷道温度/℃瓦斯浓度/％ １２ ８ ７ ０９ ６ ９０ 􀆱 ９ ７２ １ 􀆱 ７０ 􀆱 ０ ２ ２３ ０ ６ ０９ ４ ２０ 􀆱 ９ ４２ １ 􀆱 ９０ 􀆱 ０ ２ ３３ ４ ９ ０８ ３ ３０ 􀆱 ８ ３２ ２ 􀆱 ４０ 􀆱 ０ ２ ４３ ７ ３ ０７ ８ １０ 􀆱 ７ ８２ ２ 􀆱 ５０ 􀆱 ０ ２ ５４ ０ １ ０７ ４ ８０ 􀆱 ７ ５２ ２ 􀆱 ７０ 􀆱 ０ ２ ６４ ２ １ ０６ ９ ４０ 􀆱 ６ ９２ ３ 􀆱 ００ 􀆱 ０ ２ ７４ ４ ４ ０６ ６ ２０ 􀆱 ６ ６２ ３ 􀆱 １０ 􀆱 ０ ２ ８４ ６ ７ ０６ ２ ００ 􀆱 ６ ２２ ３ 􀆱 ３０ 􀆱 ０ ２ ９４ ９ ２ ０６ ０ ７０ 􀆱 ６ ０２ ３ 􀆱 ４０ 􀆱 ０ ２ １ ０４ ９ ５ ４６ ０ ５０ 􀆱 ６ ０２ ３ 􀆱 ５０ 􀆱 ０ ２ １ １４ ９ ８ ０６ ０ ２０ 􀆱 ６ ０２ ３ 􀆱 ６０ 􀆱 ０ ２ １ ２５ ０ ０ ８５ ９ ８０ 􀆱 ６ ０２ ３ 􀆱 ６０ 􀆱 ０ ２ ４６ 中国煤炭第４ ６卷第５期２ ０ ２ ０年５月 距离掘进工作面每隔３ ０ ０m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. 图２ 温度与风量沿巷道断面变化 ２ １ ２ ０ ４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５ ０ ０m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１２℃,因此,２ １ ２ ０ ４工作面主回风巷升温不明 显,气候条件优于双巷掘进巷道. 图３ 不同巷道内部温度分布 ３ 􀆱 ２ 经济效益 ２ １ ２ ０ ４工作面单巷掘进,相比较双巷掘进少施 工联络巷１ ３个,节约联络巷巷道掘进投资７ ８万 元,节约联络巷防灭火闭墙直接费用２ ６ ０余万元, 节约设施及施工费约７ ５万元.综合以上,节约直 接费用合计４ １ ３万元. 间接减少了２ １ ２ ０ ４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２ １ ２ ０ ４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２ １ ２ ０ ４工作面单巷掘进局部通 风最大供风距离达５ ０ ０ ８m,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 ＞５ ０ ０ ０m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２ １ ２ ０ ４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 ５６ 葫芦素煤矿超长距离局部通风技术研究及应用 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,２ ０ １ ２,４ ０１ ４ ６－４ ９, ５ ３ 􀆱 [ 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,２ ０ ０ ９ ２ ８ ５ ７ 􀆱 [ ３] 李剑峰􀆱掘进工作面局部通风机长距离通风 [J]􀆱 煤矿机械,２ ０ １ ２,３ ３ １ ２ ９ ４ 􀆱 [ 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,２ ０ １ ０, ３ ７６ ７ ８－７ ９,８ ６ 􀆱 [ ５] 文永胜􀆱矿井通风技术的新发展 [J]􀆱世界有色金 属,２ ０ ０ ８ １ ２ ３ ２－３ ４ 􀆱 [ 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,２ ０ １ ４ 􀆱 [ ７] 张国枢􀆱通风安全学 [M]􀆱徐州中国矿业大学 出版社,２ ０ ０ ０ 􀆱 作者简介王利京 １ ９ ７ ４－, 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 Ｇ m a i l１ ５ ３ ０ ４ ８ ７ ２ ３＠q q 􀆱 c o m. 责任编辑 张艳华 􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎 国务院安委办 重新确定 “两类” 煤矿生产能力 日前,国务院安委办发出 关于科学确定灾害 严重矿井生产能力防范和遏制煤矿重特大事故的通 知 以下简称 通知 ,定于２ ０ ２ ０年４月至７ 月,重新确定正常生产的 “ 两类”煤矿 冲击地压 矿井和煤与瓦斯突出矿井的生产能力,并对违规 核增产能项目进行清理. 通知提出如下要求 一是科学确定开采强度.各地区要组织评估辖 区 “ 两类”煤矿中长期采掘接续计划和目前生产水 平、采区、采掘工作面个数是否符合 煤矿安全规 程 防治煤矿冲击地压细则 防治煤与瓦斯突出 细则和设计要求,评估矿井开拓布局、煤层和工 作面开采顺序、采掘工作面布置、采掘工作面推进 速度是否满足瓦斯治理、冲击地压防治的要求.根 据评估结果,会同煤矿企业确定每处灾害严重矿井 同时生产的水平、采区、采掘工作面数量和采掘工 作面推进速度,制定一矿一策、一面一策、一头一 策,形成开采强度评估报告. 二是重新核定生产能力.各地区要坚持 “ 只减 不增、简化流程、集中从快”的原则,根据 “ 两 类”煤矿评估确定的采掘工作面个数和推进速度, 对照 煤矿生产能力管理办法和 煤矿生产能力 核定标准 ,重新核定煤矿生产能力,做到审查一 批、确认一批、批复一批、公示一批.各省级煤矿 生产能力主管部门要在 关于清查整改违规核增煤 矿生产能力有关事项的通知的基础上,对本地区 核增产能项目再次进行梳理排查,排查核增程序是 否符合规定、各系统能力核算是否准确,并对排查 出的违规核增产能项目进行清理. 三是强化责任落实.各地区要建立工作机制, 明确责任分工,层层压实责任.要全面准确确定 “ 两类”煤矿名单,严禁避重就轻、弄虚作假、降 低标准.所有参与人员要在报告上签字,凡是存在 不按规定重新核定煤矿生产能力、违规核增产能项 目不清理等情形的,要严肃追究相关责任人责任. 要根据煤矿重新核定的生产能力,由省级安委办积 极协调国有资产管理部门,及时调整对煤矿企业的 考核指标.“ 两类”煤矿中,中央企业煤矿开采强 度确定和生产能力核算一并纳入所在地统一进行, 国家煤矿安监局统一批复和公示. 四是加强监督检查.各地要加强对评估、核定 和清理工作的综合协调,及时报送 “ 两类”煤矿开 采强度评估报告、生产能力核定报告,做到完成一 批、报送一批.各级煤矿安全监管监察部门要加强 对 “ 两类”煤矿的监管监察,发现煤矿不按照确定 的采掘工作面个数和推进速度组织生产,继续实行 “ 人海战术”搞 “ 多头多面”超能力生产的,要依法 严肃处理,坚决防范超能力超强度生产引发事故. ６６ 中国煤炭第４ ６卷第５期２ ０ ２ ０年５月