可控循环通风应用及局部通风安全性研究

杨 攀

（冀中能源峰峰集团有限公司矿山救护大队，河北 邯郸 056201）

综掘工作面的主要尘源是掘进机截割头截割煤、岩。高压喷雾降尘技术结合除尘器的长压短抽混合式通风系统进行除尘，可以取得较好的降尘效果。但长压短抽混合式通风选用的风机若型号相同或者压入式通风风机风量大，会造成工作面部分高浓度粉尘风流由巷道排出，而人员主要在距工作面50m范围内综掘机和跟机皮带范围内工作，排出的粉尘风流会直接吹向作业人员。

为降低综掘机和跟机皮带范围内即除尘风机通风段巷道粉尘情况，将压入式风机与除尘风机进行调换试验。使除尘通风机的吸入风量大于压入风机风量，控制部分由除尘风机排出的经过净化处理的风流再次经工作面，进入除尘风机吸风口，对工作面进行可控制循环通风。一旦出现局部通风机停止运转，不能连续向掘进工作面供给新鲜风流，会造成掘进工作面瓦斯积聚，严重威胁施工安全。

1 可控循环通风技术

若全风压供给设置通风机巷道的风量大于局部通风机的吸入风量，则局部通风机会将部分已排出的污浊风流再次送往用风地点，即形成可控循环通风[1-2]。

可控循环通风通常用于开放空间内，且有新鲜风流连续通入到循环风流之中。理论推导和现场考察均表明，可控制循环风流中污染物的浓度与循环风量无关，只与流经该处的新鲜风流流量和此分区中污染物产生量有关。因此循环风流所流经地点的污染物浓度均会趋于某一限值，而不会无限增大。

采用混合式可控循环通风时，掘进工作面产生的粉尘全部经过除尘风机净化处理，过滤后大部分风流直接排出。当除尘通风机吸入风量大于压入风机风量时，一部分净化风流循环至工作面，再与新鲜风流混合，多次冲洗工作面，使含尘风流多次经过除尘风机，如图1所示。在不增加吸入风量的情况下，加大了冲洗工作面的风量，使粉尘在自身沉降和除尘风机的作用下大幅减少，直接将落岩粉尘消灭在工作面，从而降低工作面抽出式风机吸风口以外巷道粉尘浓度，改善掘进巷道气候条件。

图1 岩巷综掘工作面可控循环通风示意图

2 可控循环通风的安全性研究

国内最早对可控循环通风进行研究的是安徽理工大学通风安全教研室。其监测并得出了循环风流应用于掘进巷道长压短抽混合式通风时，风流中瓦斯浓度的分布规律，并与实验室模拟实验结果进行了对照分析。

但因为此技术与我国现行《煤矿安全规程》部分规定有冲突，初始阶段其应用并不广泛。而后中国煤炭学会安全委员会协同统配煤矿总公司安全管理局组织召开了全国煤矿《矿井可控循环风技术》研讨会，会上根据在蒲白矿务局马村矿、肥城矿务局白庄矿和潞安矿务局石屹节矿的可控循环风试验结果，论证了可控循环通风推广使用的系列问题。矿山实际试验结果与实验室实验结果一致。这表明在适当的安全防控措施的保障下，抽压风筒重合部分瓦斯浓度不仅不会超过规定限值，反而由于循环作用增大了该段风量，同时提高了风速，能够有效降低发生顶板瓦斯积聚的可能性[3]。

为风机增设0.5%闭锁功能，能够有效地避免综掘工作面瓦斯浓度过高以及排放瓦斯时出现“一风吹”的现象。将该功能实现装置接在变电所风机专用分路馈电上，则发生停风后，若瓦斯浓度超限，断电仪能够在第一时间做出反应，切断次掘进头的两条专用线路风机馈电，进而实现瓦斯0.5%闭锁的效果[4]。

3 可控循环通风在工作面的应用

峰峰集团孙庄矿北翼轨道大巷为恢复四采区生产而设计的主要运输大巷，全长1280m，位于井田北翼-45野青大巷下方，北山青放水巷上方。沿一座煤层掘进，落岩时采用长压短抽混合式通风方式，除尘风机除尘，除尘风机型号：KCS-220型。风机型号为：FBD№5.0/2×5.5和FBD№6.3/2×11风机。

初期，北翼轨道大巷压入通风安装使用FBD№6.3/2×11风机，除尘风机采用FBD№5.0/2×11风机，割岩时距工作面不同距离巷道粉尘浓度情况见表1（压入式风筒出口距工作面9m，除尘风机距工作面30m，吸风口距工作面5m，40m左右安装一道净化水幕和挡尘帘）。

表1 可控循环通风前工作面粉尘分布情况

进行可控循环通风试验时将压入式风机与除尘风机调换，压入风机为FBD№5.0/2×11，除尘风机为FBD№6.3/2×11。利用两风机需风量的差值使部分净化后的风流重新吹向工作面。

北翼轨道大巷采用可控循环通风后粉尘量变化与初期粉尘变化比较见图2。

图2 可控循环通风前后粉尘量变化对比情况

通过图2分析，从抽出式风机吸风口（3～5m左右）往外，工作面风流经过除尘风机净化处理后，再进入工作面粉尘含量减小70%～80%，最大处减少98.1%，大大改善了工作面后路工作环境。2011年1月，北翼轨道大巷实现岩巷单进266m，创冀中能源新纪录。

4 局部通风安全性的对策研究

虽然采用可控循环通风除尘技术，工作面及其回风瓦斯含量未明显增加，但考虑除尘风机运行安全性及工作面瓦斯涌出量不均衡性，除尘风机必须实现瓦斯断电闭锁，瓦斯超过0.5%时，严禁使用除尘风机。工作面接近老巷、煤层等可能涌出瓦斯的地点时，必须提前停止抽出式风机运行，保证矿井安全生产。加强工作面瓦斯检查，发现瓦斯变化或其他异常情况，及时采取措施，防止瓦斯事故发生。

应严格控制压入式风筒和抽出式风筒距工作面的距离及距离差。距离过近，会造成风流短路，导致工作面无风或微风；压入式风筒距工作面近，压风射流冲击大，粉尘扬起，工作面综掘机湿式降尘效果差；抽出式吸风口距工作面太远，有效吸尘效果差。根据压入式风机有效射程、抽出式风机吸程和施工期间司机及其他人员位置，压入式风筒距工作面保持在7～10m，抽出式风筒距工作面保持在3～5m。将除尘风机及除尘器置于跟头轨道上，随工作面前进及时前移。

同时煤矿局部通风机供电系统应满足要求，必须双风机双电源双回路供电，一回路“三专”供电，即专用开关、专用变压器、专用线路[5]。对于另一回路，国内普遍采用自动力电源供电。但是，当局部通风机专有线路出现故障或断电时，风机供电线路会自动导向自动力电源，同时切断除风机电源之外的其他电源。即故障情况下，风机虽转为自动力电源线路，但仍然能保证供电稳定性，实现“双三专”。

为增强局部通风安全性，可针对矿井通风事故危险源，建立信息管理系统，包括以下五项内容：（1）通风系统状况评估。评估项目包括通风系统的稳定性分析、通风阻力、分区通风、有效风量等。（2）通风措施评估。矿井反风措施的可行性以及效果检验、下行通风的应用效果检验等。（3）可靠性检查、质量检查等局部通风设施的评估。（4）通风系统特殊问题的评估。通风方式等引发通风事故的可能性大小，例如角联通风、串联通风、循环风等情况。（5）针对整个通风系统进行全面的安全性评估。工作人员通过通风系统信息管理系统能够更准确地查找事故隐患，从而达到提高通风能力且增强安全性的目的。

另外，还应通过加强管理，改进工作面抽出式风机、除尘器以及风筒管理方式，合理调整风机风量，混合式通风技术可大大降低工作面后路粉尘含量，改善工作面人员工作环境。

5 应用效果

（1）通过实施可控循环通风技术，大大降低了巷道尤其是距工作面30m范围内工人比较集中巷道的粉尘浓度，改善工作面生产环境，保护井下职工身体健康，降低尘肺病发病率。

（2）提高工作面能见度，减少工伤事故，提高工作效率。防止由于工人工作中无法看清工作环境而发生的工伤事故。同时能够减少机械磨损，延长设备使用寿命。

（3）可控循环通风可有效地增加工作面风量，降低井下的温度、湿度及卡他度，改善气候条件。

6 结论

（1）矿井循环风流中的污染物浓度在任何区域地点均趋于某一限值，不会无限增大。污染物浓度由流过该区域的污染物产生率和新鲜风量的大小决定，与可控制的循环风流中的污染物浓度与循环风量无关。

（2）通过现场试验，循环通风能够提高抽压风筒重叠段的风速，增大风量，因而瓦斯浓度不会超限，能够有效防治瓦斯积聚，与实验室实验结果相吻合。

（3）在峰峰集团孙庄矿北翼轨道大巷的应用中，工作面风流经过除尘风机净化处理后，再进入工作面粉尘含量减小70%～80%，最大处减少98.1%，明显改善工作面后路工作环境，可降低尘肺病发病率，提高生产效率。

（4）为局部通风机增加0.5%闭锁功能、严格控制压入式风筒、抽出式风筒距工作面的距离和距离差、电源控制开关“三专”供电及建立矿井通风事故隐患信息管理系统等措施能够保障局部通风安全性。