1、1202023 年第 5 期4-2403 掘进工作面长距离局部通风技术研究杨超社1 张兴文2 杨 冰3（1.陕西煤业集团黄陵建庄矿业有限公司，陕西 延安 727300；2.陕西陕煤蒲白矿业有限公司，陕西 渭南 715500；3.徐州吉安矿业科技有限公司，江苏 徐州 221000）摘 要 为了解决 403 工作面长距离通风安全问题，提出了单巷单风机长距离通风技术和智能通风技术相结合的方式对通风系统进行优化，采用大功率对旋式矿用局部通风机和大直径柔性风筒布置，并对污风在巷道内的运移规律进行模拟研究。结果表明：通风系统优化后，近 4000 m 巷道通风系统各项指标均能符合要求。关键词 长距离掘进；局
2、部通风；通风系统；运移规律中图分类号 TD724 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.039Research on Long Distance Local Ventilation Technology for the 4-2403 Driving Working FaceYang Chaoshe1 Zhang Xingwen2 Yang Bing3(1.Shaanxi Coal Industry Group Huangling Jianzhuang Mining Industry Co.,Ltd.,Shaanxi Yanan 727300;
3、2.Shaanxi Coal Pubai Mining Co.,Ltd.,Shaanxi Weinan 715500;3.Xuzhou Jian Mining Industry Technology Co.,Ltd.,Jiangsu Xuzhou 221000)Abstract:In order to solve the safety problem of long distance ventilation in the 403 working face,a combination of single roadway single fan long distance ventilation t
4、echnology and intelligent ventilation technology is proposed to optimize the ventilation system.High power counter-rotating type mining local ventilation fans and large diameter flexible air duct are used for layout,and the migration law of foul wind in the roadway is simulated and studied.The resul
5、ts show that after the optimization of the ventilation system,all targets of the ventilation system in the nearly 4000 m roadway can meet the requirements.Key words:long distance driving;local ventilation;ventilation system;migration law收稿日期 2023-01-16作者简介 杨超社（1988），男，陕西富平人，2021 年毕业于西安科技大学采矿工程专业，本科，
6、助理工程师，现从事矿井防灭火治理、矿井瓦斯治理以及重大灾害治理工作。杨超社等：4 403 掘进工作面长距离局部通风技术研究杨超社等：4 403 掘进工作面长距离局部通风技术研究建庄煤矿为高瓦斯矿井，4-2403 掘进巷道长距离通风根据实地测量最长可达 3800 m 左右，通风安全难以得到保障。根据矿井实际情况，采用多种技术进行通风系统优化对保证掘进工作面通风安全具有十分重要的意义1-2。1 工作面概况4-2403 运输巷开口至 3435 m 区段为下山掘进，煤层平均倾角 3，最大倾角 9左右，34353725 m 区段为小角度上山，平均 1左右；4-2403 回风巷煤层倾角 0 9，平均倾角
7、3，煤层厚度39.7 m，平均煤厚7.7 m，煤层由东向西逐渐变薄。4-2403 运输巷 31353725 m 区段呈向斜构造，4-2403回风巷距四盘区辅运巷 21903015 m 为向斜构造轴部，向斜轴部煤岩层应力集中，煤层较松软，节理发育。巷道断面特征见表 1。表 1 巷道断面特征表序号名称工程量/m断面形状掘宽/mm掘高/mm掘进断面积/m214-2403 运输巷3773矩形5800360020.8824-2403 回风巷3818矩形5400360019.442 通风系统及布置2.1 通风系统单巷单风机长距离通风技术是目前矿井应用比较普遍的一种局部通风技术，该技术选用两台通风12120
8、23 年第 5 期杨超社等：4 403 掘进工作面长距离局部通风技术研究杨超社等：4 403 掘进工作面长距离局部通风技术研究机，一台通风机为主通风机，另一台为备用通风机3。当主风机出现运行故障时，备用通风机能及时保证用风量的提供，通风方式采用压入式通风。4-2403巷长距离掘进通风根据实地测量最长可达 3800 m左右，根据现场实际情况，提出使用 75 kW 大功率风机，配合直径为 1200 mm 和 1000 mm 的大直径风筒，通风方式采用单风机单风筒压入式通风。根据单巷单风机长距离通风的方案，依据工作面巷道实际情况，自行设计局部智能通风调节系统，基本结构如图 1。矿井智能通风系统的结构
9、主要由局部通风机、矿用流道式变频器、智能控制开关、分风器、风筒几个部分组成4。该调节系统可依据现场情况设置成自动方式和人工方式，当采用自动调节方式，系统由智能控制器进行主控制实现对风量的调节；当采用人工方式时，工作人员可依据巷道现场情况调节风量。图 1 智能局部通风系统在巷道中放置多个传感器（图 2），传感器能对巷道中风速和瓦斯等进行监测，依据监测的风速和瓦斯等数据，自动调节方式能智能地对巷道风量进行调节，最大程度减少瓦斯、有毒有害气体在巷道内的积聚，保证良好的井下工作环境。在一定程度上，该调节系统减少了风机的通风成本，能对井下有毒有害气体的积聚起到预警作用，保证井下人员的安全。T1.掘进面瓦
10、斯监测；T2.巷道瓦斯监测；T3.回风巷瓦斯监测；T4.进风巷风机瓦斯监测；F1.风机风速监测；F2.工作面风速监测图 2 瓦斯、风速传感器分布图2.2 通风系统布置4-2403 运输巷和回风巷均采用单风机单风筒压入式通风方式，掘进工作面瓦斯涌出量 2.4 m3/min，403 运输巷需风量 720 m3/min，403 回风巷需风量 725 m3/min。4-2403运输巷的局部通风机放置在新鲜风流中，根据掘进方案，可安设在四盘区的运输巷口，采用1000 mm 柔性风筒至工作面供风，回风外段使用调节风门控制风流。风筒吊挂在掘进方向巷道左帮，每 50 m 使用一根锚杆铺设钢绞线吊挂，风筒吊挂在
11、钢绞线上，做到逢环必挂。进回风路线如图3所示。四盘区辅运巷 4-2403 运输巷局部通风机风筒工作面 4-2403 运输巷 4-2403 反风道四盘区回风巷回风大巷回风立井地面。4-2403 回风巷掘进工作面最长供风距离为 4000 m，局部通风机安设在四盘区辅运联巷 160 m 处的新鲜风流中，采用 1200 mm 柔性风筒至工作面供风，风筒吊挂在掘进方向巷道采煤侧，回风外段使用调节风门控制风流。每 50 m 使用一根锚杆铺设钢绞线吊挂，风筒吊挂在钢绞线上，做到逢环必挂。进回风路线如图 3 所示。四盘区辅运联巷局部通风机 4-2403 回风联巷 4-2403 回风巷工作面 4-2403 回风
12、巷四盘区回风巷回风大巷。图 3 403 运输巷、回风巷进回风路线图根据 403 巷道的通风需求，通风机拟选择FBDY 8.0/275 kW 智能变频局部通风机，其中一台作为主通风机，一台作为备用风机。局部通风机安装高度距底板不小于 300 mm，风筒出风口安设在工作面迎风处不大于 5 m 的地方，专人负责，实现“三专、两闭锁”，双风机，双电源，自动切换，风筒接口要严实不漏风、反压边，吊挂平直。具体参数见表 2。表 2 风机性能参数表机号电机功率/kW风量/（m3/min）全压/Pa最高全压效率NO.8.0/27527598071012008700 80根据以下公式可知，风机风量、转速、压力和轴
13、功率存在一定的正比关系。即：-21222023 年第 5 期111132222nQHPnQHP=式中：n1、n2为通风机转速；Q1、Q2为 n1、n2时对应风量；H1、H2为 n1、n2时对应风压；P1、P2为 n1、n2时对应轴功率。安装智能局部通风调节系统后，系统根据安装在巷道中传感器传输回来的数据调节转速，为保证不对通风机造成过度损耗，一般调节至最高转速的80%。由转速与功率的关系计算，当转速保持在额定转速的 80%时，功率变为额定功率的 80%，即51.2%。基于整个通风系统，加上各种摩擦损耗，可大量节省通风的电力，预估可达 40%左右。403 运输巷实测风量 750 m3/min，瓦
14、斯浓度0.15%；403 回风巷实测风量 756 m3/min，瓦斯浓度0.2%。3 污风在巷道运移规律的模拟长距离巷道通风受多因素影响，除了使用传感器监测巷道的有毒有害气体和风速外，还应对这些有毒害气体的迁移和变化进行研究。使用软件模拟是现在普遍使用的一种方式，它能有效地获取污风的运移规律，从而更好地对通风系统进行调节5。3.1 模型建立掘进巷道的模型利用 GAMBIT 和 FLUENT 软件进行建立和分析。在模型建立时，采用等效模型的思路，将约4000 m的巷道设置为200 m长，宽度、高度和断面积按照实际测量数据分别设置为5.8 m、3.6 m 和 20.8 m2。模拟井下风筒的放置方式
15、，设置直径 1000 mm 风筒吊挂在掘进方向巷道左帮，高 2 m。模型建立完成后，将模型进行网格划分，网格类型为混合型网格，间距采用点间距格式，间隔大小为 1 m。在模拟材料上设置气体成分为瓦斯和空气的混合体，考虑气体重力因素影响，设置重力数值为 9.8 N/kg。3.2 模拟结果与分析利用软件进行数值模拟，结果如图 4。由图 4 可知：1）风流从风筒出口进入巷道内，风流向前流动，带出污风后风流方向回转，从而给巷道内源源不断地提供新鲜风量。风流速度等值线在出风口处最密集，说明其风流速度越大，随着风流流经距离越远，速度逐渐变小。2）瓦斯浓度在风筒出口处浓度最小，随着风流向前流动距离的变长，瓦斯
16、浓度等值线变得越密集，数值由 0.000 2变为0.003 33。这时如若瓦斯浓度超出预警值标准，智能风量调节系统便会自动增大风量，减少巷道内的瓦斯，保证井下人员安全。图 4 流线、瓦斯浓度图图 5 当入口风速为 7.5 m/s 瓦斯浓度云图图 6 当入口风速为 15 m/s 瓦斯浓度云图由图 5 和图 6 可知，当入口风流风速为 7.5 m/s 时，整个巷道在工作面和风流回流区区域显示含有较大浓度的瓦斯，这两个区域是长距离巷道瓦斯容易积聚的地方。由于风流速度过小，风量不足，整条巷道都存在一定浓度的瓦斯，这会对井下的采掘工作带来一定的困难。当设置入口风速为 15 m/s时，整个巷道瓦斯浓度有明显降低。随着风流供风距离的变长，风流在巷道尽头出现涡流现象，此时这个区域瓦斯浓度有所增加，在巷道的出风口处，巷道内带出的污风与大巷风流相遇。此时气流受两股风流影响，瓦斯浓度有所增加，但调节局部通风机风速的办法能在一定程度上降低整个巷道的瓦斯浓度。4 结论1）403 运输巷、回风巷掘进工作面巷道采用单风机单风筒压入式通风技术与智能通风技术相结合（下转第 125 页）1252023 年第 5 期郑 治