教學模塊Ⅵ掘進通風系統(tǒng)6.1掘進通風無論在新建、擴建或生產礦井中，都需開掘大量的井巷工程，以便準備新的采區(qū)和采煤工作面。在開掘井巷時，為了稀釋和排除自煤(巖)體涌出的有害氣體，爆破產生的炮煙和礦塵以及保持良好的氣候條件，必須對獨頭掘進工作面進行不間斷的通風。這種利用局扇進行通風的方法稱為掘進通風(又稱局部通風)6.1.1掘進通風方法掘進通風方法分為2大類：利用礦井總風壓通風和使用局部通風設備通風。6.1.1.1利用礦井總風壓（或全風壓）通風利用礦井總風壓的一部分能量，借助于各種導風設施，將新鮮風流引入掘進工作面。根據導風設施不同，分為以下3類：1.用縱向風墻（或風障導風）。這種方法是用縱向風墻或風障將巷道一分為二，構成進、回風風路，其通風阻力由礦井主要通風機克服，擋風墻上設置調節(jié)風窗控制掘進工作面的風量。在短巷掘進時，可用木板或帆布；長巷掘進時，可用磚、石、混凝土等材料構筑風障。由于構筑和拆除風障的工程量大，只適用于短距離掘進工作面。2.利用風筒導風。利用總風壓克服導風風筒和獨頭巷道的通風阻力，為掘進工作面供給所需風量,污濁空氣從獨頭掘進巷道中排出。由于風筒的通風阻力較大，所能利用的總風壓有限，此種方法一般適用輔助工程量小，風筒安裝、拆卸比較方便于風量不大、通風距離不長的掘進工作面，3.利用平行巷道通風。當兩條平行巷道同時掘進時，可每隔一定距離開一聯(lián)絡巷，前一聯(lián)絡巷掘通后，后一聯(lián)絡巷即封閉。由兩條巷道與聯(lián)絡巷構成一個進、回風系統(tǒng)，由總風壓供風。獨頭巷道部分可利用風障或導風筒導風。此方法常用于煤巷掘進，尤其是厚煤層的采區(qū)巷道掘進中，當運輸、通風等需要開掘雙巷時或解決長巷掘進獨頭通風的困難。利用總風壓通風的優(yōu)點是安全可靠，管理方便，但須有足夠的風壓以克服通風阻力；其缺點是漏風大、有效風量率低，只適用于短距離掘進巷道或兩條長距離巷道同時掘進。6.1.1.2使用局部通風設備通風掘進用的局部通風設備有兩類：引射器和局部通風機。1.引射器。引射器是將高壓水或壓縮空氣的部分能量傳遞給風流，克服風流在風筒和獨頭巷道中流動的阻力，達到給掘進工作面供風的目的。根據高壓流體的不同，分為壓氣引射器和水力引射器。其中水力引射器在某些用水砂充填管理頂板的礦區(qū)如撫順、鶴崗等應用較廣。這類通風方法不僅無電氣設備、無噪聲、安全、還具有除塵降溫的優(yōu)點，特別是在煤與瓦斯突出嚴重的煤層掘進時，用它代替局部通風機通風，設備簡單，安全性較高。其缺點是風壓低、風量小、效率低。故這種方法適用于需風量不大的短距離巷道掘進通風。2.局部通風機。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，采煤方法的改革，特別是機械化程度的提高和局部通風技術的進步，局部通風機的通風方法取代了全風壓通風，成為我國掘進工作面的主要通風方法。利用局部通風機做動力，通過風筒導風的通風方法稱局部通風機通風，它是目前局部通風最主要的方法。用局部通風設備通風時，其工作方法有3種：壓入式、抽出式、壓抽混合式。7－1－1優(yōu)點缺點適用條件壓入式局部通風機布置在新鮮風流中，污風不通過局部通風機，安全性好，有效射程遠，工作面通風效果好；可防止瓦斯積聚，且因風速較大，提高散熱效果，正壓通風，可使用柔性風筒污風經巷道排出，作業(yè)環(huán)境不良，巷道長時，污風排除巷道時間長，需風量大，掘進巷道涌出的瓦斯向遠離工作面方向排走有瓦斯涌出的巷道；距離不長的巖巷；在瓦斯噴出或突出區(qū)域的巷道，主要用于排除瓦斯為主的煤巷、半煤巖巷掘進抽出式新鮮風流沿巷道進人工作面，污風經風筒排出，整個井巷空氣清新，勞動環(huán)境好；當風筒吸入口距工作面小于有效吸程時，通風效果好，需風量最少有效吸程短，風筒吸入口距工作面過遠時，通風效果差；污風通過局部通風機，有瓦斯爆炸危險，負壓通風，不能使用柔性風筒用于無瓦斯巷道；確保風機防爆性能時可用于瓦斯道，主要用于以排除粉塵為主的井筒掘進時混合式具有壓入式、抽出式的優(yōu)點，通風效果最佳通風設備多、管理較復雜通常用于大斷面，長距離巷道、綜掘巷道其中混合式通風在掘進工作面中應用的較多，其布置方式和有關說明、優(yōu)缺點見7－1－2。7－1－2長壓短抽長抽短壓前壓后抽前抽后壓布置圖說明以壓入式通風為主，靠近工作面一段用抽出式通風，抽出式通風要配備除塵裝置，風筒重疊段風速Ｖ>0.5m/s(排瓦斯),或V>0.15m/s(排塵)。以抽出式通風為主，靠近工作面設一段用壓入式通風，壓入風筒靠近工作面，抽出風筒口在壓入風筒的后面，不需配備除塵裝置。以抽出式通風為主，抽出風筒口靠近工作面，巷道中設一段壓入式風筒，該風筒出口在抽出的后面。優(yōu)缺點主要使用柔性風筒，成本低。除塵器隨風筒常移動，且增大抽出式通風的通風阻力，除塵效果差時(微細塵粒)可使巷遭受到一定程度的污染。不需配備除塵裝置，不會增加通風阻力，能解決巷道污染問題，整個巷道通風狀況較好。抽出式風簡要用帶剛性骨架的柔性風筒(KSS型風筒)或硬風筒，成本高。工作面污染范圍較短，但清洗工作面炮煙的能力較差，其它優(yōu)缺點同左。6.1.2掘進工作面所需風量的計算對于新設計的掘進工作面所需風量，按下列方法計算：6.1.2.1壓入式通風根據理論分析和實踐經驗可知，工作面爆破后，煙、塵充滿迎頭，形成一個炮煙拋擲區(qū)。為了能有效地排出炮煙，風筒出中與工作面的距離不能超過有效射程Ly，否則會在工作面附近出現(xiàn)煙流停滯區(qū)。風筒出口到工作面的距離Lp≦Ly＝(4～5)S。所需風量或風筒出口的風量應為：Qp＝7.8[A(Ld?S)2/t7－2－1式中t—通風時間，一般取20～30min；Ａ一次爆破的炸藥消耗量kg；S—巷道斷面積，m；Ld—從工作面至炮煙被稀釋到安全濃度的距離，可按下式計算：6.1.2.2抽出式通風工作面所需風量或風筒入口風量Qh＝18(A?SLt)?/t7－2－2式中Lt—炮煙拋擲的長度，m。電雷管起爆時，電雷管起爆時，Lt＝15＋A/S,m；火雷管起爆時Lt＝15＋A,m。6.1.2.3混合式通風在長抽短壓混合式布置時，為防止循環(huán)風和維持風筒重疊段巷道內具有最低的排塵或稀釋瓦斯風速，則抽出式風筒的吸風量Qe應大于壓人式風筒出口風量Qp，即Qe＝Qp+60VS，m3/min7－2－3式中V—最低排塵風速0.15～0.25m/s，瓦斯釋放最低風速0.5m/s；S—風筒重疊段的巷道斷面積，m2。用上述各式算出的風量都應進行最低和最高風速驗算。6.1.3掘進通風設備的選擇掘進通風設備是由掘進通風動力設備、風筒及其附屬裝置組成。6.1.3.1風筒的選擇風筒是最常見的導風裝置。對風筒的基本要求是漏風小、風阻小、質量輕、拆裝簡便。1.風筒種類煤礦常用的風筒有剛性（如金屬風筒）和柔性（如帆布、膠布、人造革、橡膠與塑料等）兩種。柔性風筒是應用更廣泛的一種風筒，其最大優(yōu)點是輕便、可伸縮、拆裝運搬方便，但只適用于壓入式通風。為了滿足抽出式通風的要求，目前采用金屬整體螺旋彈簧鋼圈為骨架的可伸縮風筒，它既可承受一定的負壓，又具有可伸縮的特點，比鐵風筒質量輕，使用方便。2.風筒的阻力計算公式參見第三章。金屬風筒摩擦阻力系數(shù)見表7—3—1所示。表7—3—1金屬風筒摩擦阻力系數(shù)金屬風筒直徑(mm)200300400500600800α×1044944.139.234.329.424.5柔性風筒和帶剛性骨架的柔性風筒的摩擦因數(shù)皆與其壁面承受風壓有關。在實際應用中，整列風筒風阻除與長度和接頭等有關外，還與風筒的吊掛維護等管理質量密切相關，一般根據實測風筒百米風阻(包括局部風阻)作為衡量風筒管理質量和設計的7—3—27—3—2風筒類型風簡直徑／mm接頭方法百米風阻／Ns2/m8備注膠布風筒400400500600600單反邊雙反邊多反邊雙反邊雙反邊131．32121．7264．1l23．3315．8810m節(jié)長10m節(jié)長50m節(jié)長10m節(jié)長30m節(jié)長KSS600-150型KSS600-100型600快速接頭軟帶30．2037．83節(jié)長10m，螺距150mm節(jié)長10m，螺距100mm當缺少實測資料時，膠布風筒的摩擦阻力系數(shù)α與百米風阻R100可參用表7－3－3表示。表7－3－3風簡直徑／mm3004005006007008009001000α×l04／Ns2/m85349454138323029R100／Ns2/m81412314943414．76．53．32．03.風筒漏網正常情況下，金屬風筒的漏風，主要發(fā)生在接頭處，膠布風筒不僅接頭而且全長的壁面和縫合針眼都有漏風，所以風筒漏風屬連續(xù)的均勻漏風。漏風使局部通風機風量Qa與風筒出口風量Qh不等。因此，應用始末端風量的幾何平均值作為風筒的風量Q，即7－3－1顯然Qa與Qh，之差就是風筒的漏風量Q1，它與風筒種類，接頭的數(shù)目、方法和質量以及風筒直徑、風壓等有關，但更主要的是與風筒的維護和管理密切相關。反映風筒漏風程度的指標參數(shù)有三：1．風筒漏風率風筒漏風量占局扇工作風量的百分數(shù)，即7－3－2η雖能反映風筒的漏風情況，但不能作為對比指標。故常用百米漏風率表示。一般要求柔性風筒的百米漏風率達到表7—3—4的數(shù)值。表7—3—4柔性風筒的百米漏風率通風距離（m）〈100200～500500～10001000～2000〉2000L100（%）〈15〈10〈3〈2〈1.52.風筒的有效風量率掘進工作面風量占局扇工作風量的百分數(shù)，即P＝(Qh/Qa)×%7－3－33.漏風系數(shù)風筒有效風量率的倒數(shù)稱為風筒漏風系數(shù),即ψ＝1/pe4.風筒安裝與管理(1)適當增加風筒節(jié)長，減少接頭數(shù)目，降低風筒的局部風阻和漏風；(2)風筒懸吊要平、直、穩(wěn)、緊，逢環(huán)必吊，缺環(huán)必補，防止急拐彎。風機穩(wěn)裝、懸吊也要與風筒保持平直。風機與風筒直徑不同時，要用異徑緩變接頭連接；(3)采用有接縫的柔性風筒時，應粘補或灌膠封堵所有的縫合針眼，防止漏風；在每隔一定距離風筒上安裝放水嘴，隨時放出風筒中凝結的積水；(4)局部通風機啟動時，要開、停幾次，以防止因突然升壓而使風筒脹裂或脫節(jié)。6.1.3.2局扇的選擇井下局部地點通風所用的通風機稱為局扇。掘進工作面通風要求局部通風機體積小、風壓高、效率高、噪聲低、性能可靠、堅固防爆。1.局扇的種類局扇有軸流式和離心式兩種。軸流式具有體積小，便于安裝和串聯(lián)運轉、效率高等優(yōu)點，被廣泛采用。缺點是噪音大。煤礦多使用我國生產的防爆型JBT系列軸流式局扇，該產品大部分仍延用60年代研制的。其全風壓效率只有60％～70％，風量、風壓偏低，尤其噪聲高達103～118dB(A)，已屬淘汰產品，故需更新?lián)Q代。近年來，我國已研制開發(fā)了一些新產品，如沈陽鼓風機廠研制的BKJ66—11，其具有效率高，最高效率達90％，與JBT型相比，提高效率15％～30％。2.局扇聯(lián)合工作如果選用的局扇工作風壓不能滿足要求，可選用二臺或二臺以上局扇進行串聯(lián)作業(yè)。其串聯(lián)作業(yè)方式分為集中串聯(lián)和間隔串聯(lián)。二者皆可達到增加風壓的目的。但從兩種串聯(lián)方式的風壓分布圖可以看出，在相同條件下集中串聯(lián)風筒全長的風壓大于間隔串聯(lián)，所以集中串聯(lián)風筒漏風大于間隔串聯(lián)。但用間隔串聯(lián)時，如果兩臺局扇相隔較遠，便會在第二臺局扇后面一段風筒內產生負壓，因而在這個區(qū)段內會有部分污風漏入風筒，造成循環(huán)風。為避免這種現(xiàn)象，兩臺局扇的間距一般不得大于風筒全長的三分之一，使風壓分布情況。掘進長距離瓦斯巷道，一臺局扇的風壓不夠用時，可用局扇集中串聯(lián)的方式。但須注意局扇之間要用一段風筒(長約10倍于風簡直徑)隔開，使第一臺局扇出口的紊亂風流不影響第二臺局扇的運轉效率。如上所述，兩種串聯(lián)方式都存在一定的缺點。所以，在一般情況下盡量不用局扇串聯(lián)通風，而應力求提高風筒的制造和安全質量，加強管理，減少風筒的通風阻力和漏風，充分發(fā)揮單臺局扇的效能?；虍旓L筒風阻不大，用一臺局扇供風不足時，可采用兩臺集中并聯(lián)工作。6.1.4掘進通風的技術管理和安全措施6.1.4.1掘進巷道通風安全措施1.掘進巷道應采用礦井全風壓通風或局部通風機通風，不得采用擴散通風。1臺局部通風機不得同時向2個同時作業(yè)的掘進工作面供風，嚴禁使用3臺或3臺以上的局部通風機同時向一個掘進工作面通風。2.局部通風機必須由指定人員負責管理，保證正常運轉；壓入式局部通風機及啟動裝置必須安裝在進風巷道中，距回風口不得小于10m，局部通風機吸入風量必須小于局部通風機安裝地點的供風量，以避免產生循環(huán)風。進風流中的瓦斯?jié)舛炔坏贸^0.5％。3.必須采用抗靜電，阻燃風筒。抽出式局部通風機，必須采用經國家檢定單位對防爆和防摩擦火花檢驗合格的抽出式局部通風機。4.除塵風機、抽出式局部通風機和位于掘進工作面附近100m范圍內的壓入式局部通風機，其噪聲不應超過85dB(A)，并應安設配套的消聲器。5.瓦斯噴出區(qū)域或煤與瓦斯(二氧化碳)突出煤層，掘進通風方式必須采用壓入式。煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷的掘進通風方式，不得采用抽出式，應采用壓入式。如果采用混合式通風，必須制訂安全措施，應制訂專門的通風設計說明書，列入掘進作業(yè)規(guī)程。掘進巷道的混合式通風，必須采用局部通風機通風，不得采用風障通風。6.掘進巷道采用混合式通風時，其布置應遵守下列規(guī)定：(1)混合式通風應采用“長壓短抽”的方式。壓入式通風筒的出風口或抽出式通風筒吸風口與掘進工作面的距離，應分別在風流的有效射程或有效吸程范圍內，且抽出式通風筒吸風口與掘進工作面的距離不得大于5m；(2)有瓦斯涌出的掘進工作面，抽出式通風筒的吸風口應安設瓦斯自動斷電報警斷電裝置，保證吸入風流中的瓦斯?jié)舛炔怀^1％；(3)除塵風機或抽出式局部通風機必須與壓入式局部通風機聯(lián)動閉鎖，當壓入式局部通風機停止運轉時，抽出式局部通風機自動停止運轉；壓入式局部通風機未啟動時，抽出式局部通風機閉鎖，不能先啟動。7.在瓦斯噴出區(qū)域，高瓦斯礦井、煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井中，所有掘進工作面的局部通風機，都應裝設“三專(專用變壓器、專用開關、專用線路)兩閉鎖（風、電閉鎖和瓦斯、電閉鎖）”裝置供電；也可采用裝有選擇性漏電保護裝置的供電線路供電，但每天應有專人檢查1次。低瓦斯礦井掘進工作面的局部通風機，可采用裝有選擇性漏電保護裝置的供電線路供電或與采煤工作面分開供電。要裝備瓦斯斷電儀或瓦斯遙測儀，對炮掘工作面迎頭5m內和巷道冒頂處瓦斯積聚地點要設置便攜式瓦斯檢測報警儀，班組長下井時也要隨身攜帶這種儀表，以便隨時檢查可疑地點的瓦斯?jié)舛?，還要安設防瓦斯逆流災害設施，如防突反向風門、風筒和水溝防逆風裝置以及壓風急救袋和避難硐室，并安裝直通地面調度室的電話。8.掘進巷道貫通前，綜合機械化掘進巷道在相距貫通50m前、其他巷道在相距20m前，必須停止一個工作面作業(yè)，做好調整通風系統(tǒng)的準備工作。保證兩端的巷道內不積存瓦斯，并做好貫通時調整風流的準備工作，即繪制貫通巷道兩端附近的通風系統(tǒng)圖，圖上標明風流方向、風量和瓦斯涌出量，并預計貫通后的風流方向、風量和瓦斯量的變化情況；明確貫通時調整風流設施的布置和要求。貫通時通風部門必須派干部臨場統(tǒng)一指揮，確保施工安全。貫通后，必須停止采區(qū)內的一切工作，通風部門組織人員立即進行風流調整，實現(xiàn)全風壓通風，并檢查風速和瓦斯?jié)舛?，防止瓦斯積聚，待通風系統(tǒng)風流穩(wěn)定后，方可恢復工作。9.放炮員配備瓦斯檢測器，堅持“一炮三檢”在掘進作業(yè)的裝藥前、放炮前和放炮后都要認真檢查放炮地點附近的瓦斯。6.1.4.2獨頭巷道停風和恢復通風、送電的安全措施1.獨頭巷道的局部通風機必須保持經常運轉，臨時停工時，也不得停風。如果因臨時停電或其他原因，局部通風機停止運轉，風電閉鎖裝置立即切斷局部通風機供風巷道的一切電氣設備的電源，人員撤至全風壓通風的進風流中，獨頭巷道口設置柵欄，并設明顯警標牌，嚴禁人員入內。2.停風的獨頭巷道，每班在柵欄處至少檢查1次瓦斯。如發(fā)現(xiàn)柵欄內側1m處瓦斯?jié)舛瘸^3％，應采用木板密閉予以封閉。3.獨頭巷道停風后，其內的瓦斯?jié)舛瘸^1％或二氧化碳濃度通過1.5％時，必須采取專門的排瓦斯措施，并符合下列要求：(1)排除獨頭巷道積聚的瓦斯前，須先檢查瓦斯?jié)舛?，當局部通風機及其開關地點附近10m以內風流中瓦斯?jié)舛榷疾怀^0.5％時，方可人工開動局部通風機向獨頭巷道送入有限的風量，逐步排放積聚的瓦斯，必須使獨頭巷道中排出的風流在全風壓風流混合處的瓦斯?jié)舛群投趸紳舛染怀^1.5％。限制送入獨頭巷道中風量，可采用的方法：在局部通風機排風側的風筒上捆上繩索，收緊或放松繩索控制局部通風機的排風量；把風筒接頭斷開，改變風筒接頭對合空隙的大小，調節(jié)送入的風量；局部通風機排風口裝設三通調節(jié)器等。(2)排放瓦斯時，應有瓦斯檢查人員在獨頭巷道回風流與全風壓風流混合處，經常檢查瓦斯?jié)舛龋斖咚節(jié)舛冗_到1.5％時，應指令調節(jié)風量人員，減少向獨頭巷道的送入風量，確保獨頭巷道排出的瓦斯在全風壓風流混合處的瓦斯?jié)舛群投趸紳舛染怀蕖?3)排放瓦斯時，嚴禁局部通風機發(fā)生循環(huán)風。(4)排放瓦斯時，獨頭巷道的回風系統(tǒng)內，必須切斷電源，撤出人員；還應有礦山救護隊在現(xiàn)場值班，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。(5)排放瓦斯后，經檢查證實，整個獨頭巷道內風流中的瓦斯?jié)舛炔怀^1％，氧氣濃度不低于20％和二氧化碳濃度不超過1.5％，且穩(wěn)定30min后，瓦斯?jié)舛葲]有變化，才可恢復局部通風機的正常通風。4.獨頭巷道恢復正常通風后，必須由電工對獨頭巷道中的電氣設備進行檢查，證實完好時，方可人工恢復局部通風機供風的巷道中的一切電氣設備的電源。6.1.4.3大巷及上山掘進時的通風在與風井貫通前往往要掘進長達數(shù)千米的獨頭巷道。這是建井時期通風最困難的階段，對于長距