鉆孔通風技術及其在長距離掘進巷道中的應用

滕漢春

(金川集團礦山工程分公司， 甘肅金昌市 737100)

鉆孔通風技術及其在長距離掘進巷道中的應用

滕漢春

(金川集團礦山工程分公司， 甘肅金昌市 737100)

鉆孔通風技術適用于通風困難的長距離掘進巷道，其特點是能夠從其它水平或地表通過垂直鉆孔為施工巷道實施通風，可大大縮短通風路徑，增大掘進作業(yè)面的風量，改善通風效果。介紹鉆孔通風技術在金川各礦區(qū)長距離巷道施工中的應用。

鉆孔通風;長距離掘進巷道;應用實例

巷道施工中，通風狀況的好壞直接關系到工程施工的安全、質量和進度。傳統(tǒng)通風方法對于短距離掘進巷道來說是較為簡便和有效的，但對于長距離掘進巷道，隨著通風長度的增加，漏風量和風壓損失也呈正比例增加，以致風筒出口處的風量不能滿足掘進作業(yè)面排塵和降溫的最低要求。鉆孔通風技術是一種適合長距離掘進巷道的先進通風技術，具有較大的優(yōu)越性，近年來在金川礦區(qū)的施工中得到了一定發(fā)展，取得了良好效果。

1 鉆孔通風技術

鉆孔通風是利用大口徑垂直鉆孔通風的一種技術，是將某一水平的風流用局扇通過垂直鉆孔壓入施工巷道，或將施工巷道中的污風用局扇通過垂直鉆孔抽至某一水平巷道。鉆孔中安裝大口徑普通鋼管即套管，這個套管相當于鐵質風筒，局扇安裝在通風水平的鉆孔口，在施工巷道內的鉆孔套管上焊接1個通向作業(yè)面的鋼制彎頭，彎頭上再接上風筒直達掘進作業(yè)面。在絕大多數情況下，通風水平選在施工巷道的上方，鉆孔從施工巷道上方的通風水平向下施工，并且在掘進巷道與之貫通前施工完畢(包括套管安裝和固井)。如果受客觀條件限制一定要以施工巷道的下方作為通風水平，鉆孔就要從施工巷道向下方的通風水平進行施工。這種通風水平位于施工巷道下方的鉆孔通風方式存在諸多缺點。一是造成鉆孔施工的措施工程量增加;二是由于鉆孔施工和巷道施工平行交叉作業(yè)，影響所在巷道的施工;三是鉆孔施工所在巷道的通風環(huán)境差;四是由于鉆孔位于上下巷道的側幫，需要安裝的彎頭多，局部壓力損失大，影響通風效果，故在一般情況下不采用通風水平位于施工巷道下方的鉆孔通風方式。

如果通風水平巷道為進風道且風流較清潔，而施工巷道開口處的風流不清潔或為回風，就利用鉆孔進行壓入式通風，通過局扇、鉆孔、風筒將新鮮風流送至掘進作業(yè)面，污風沿施工巷道后方排出;如果通風水平巷道為回風道且風流較污濁，而施工巷道開口處的風流較清潔，就利用鉆孔進行抽出式通風，通過風筒、鉆孔、局扇將掘進作業(yè)面的污風排至通風水平，施工巷道開口處的較新鮮風流沿施工巷道掘進方向進入掘進工作面。在沒有新鮮風流可選的情況下，根據污風循環(huán)使用的理論和經驗，利用鉆孔進行壓入或抽出式通風，也可以達到通風的目的。

通風水平距施工巷道的垂直距離不宜過長，一般來說，這個垂直距離應小于施工巷道的開口處至鉆孔處水平距離的1/4，否則，就不能充分發(fā)揮鉆孔通風的優(yōu)勢。

由于鉆孔垂直進入施工巷道，并且長度較施工巷道短得多，使得通風距離大大縮短，而且鉆孔內鋼制套管不存在漏風問題，因此通風能力顯著增強。如果鉆孔通風與施工巷道內的平面通風相結合，采用混合式通風，通風效果將會更好。和平面通風的多局扇串聯和混合式通風相比，鉆孔通風可以減少局扇的數量和功率，有利于礦山節(jié)能。

根據施工巷道長度和通風設施等實際情況，一條長距離掘進巷道往往在施工巷道內間隔布置若干通風鉆孔。因大口徑鉆孔施工成本較大，通風鉆孔的數量以能滿足施工巷道的通風為原則，需根據通風的實際條件，對單個鉆孔的有效通風長度進行計算，然后再確定布置鉆孔的數量。單個鉆孔的有效通風長度的計算方法如下。

首先根據局扇的通風方式、工作風壓h、工作風量Qf以及掘進工作面所需最小風量Q計算出風筒和鉆孔的總風阻R，R=h/QfQ，然后再根據具體情況算出風筒和鉆孔的局部風阻Rer(N·S2/m8，多項局部風阻之和)，則總風阻為:

由于鉆孔和風筒的各項參數已經確定，可算出風筒的長度為:

式中:L——施工巷道所架風筒的最大長度，即有效通風長度，m;

α——風筒摩擦阻力系數，N·S/m4;

d——風筒直徑，m;

L1——鉆孔長度，m;

α1——鉆孔套管摩擦阻力系數，N·S/m4;

d1——鉆孔套管凈直徑，m。

因此，要增加鉆孔通風的有效通風長度，減少鉆孔布置的數量，就必須增加局扇的功率，采用摩擦阻力系數小、漏風率低、直徑大的鉆孔套管和風筒，還要采取減少漏風和通風線路上的局部風阻的措施，但不能以減少掘進作業(yè)面的風量來增加單個鉆孔的有效通風長度。

為了便于讓施工人員根據實際需要及時開停局扇以節(jié)約電能和延長局扇壽命，需將安裝在通風水平鉆孔口的局扇電源線穿過通風鉆孔，接到施工巷道內的動力電纜配電盤上，并安裝局扇控制開關按鈕。

2 鉆孔通風技術在長距離掘進巷道中的應用

金川集團有限公司下屬的礦山工程分公司，從2004年開始，長距離掘進巷道施工了13條通風鉆孔，極大地改善了掘進作業(yè)面的工作環(huán)境，為巷道施工的順利進行提供了有力保證。根據礦山工程分公司現有的鉆探設備，能夠施工的最大鉆孔荒徑為Φ480 mm，配以Φ377×10的普通鋼制套管作為通風孔。適用于淺孔施工的鉆機型號為SPS—400，電機功率為110 kW，適用于深孔施工的鉆機型號為TSJ—2000E，電機功率為 185 kW，主動鉆桿為Φ108×10，普通鉆桿為Φ89×10，鉆桿長度根據井下和地表工作空間的實際情況進行制作。鉆孔打成后，立即下鋼制套管，套管外壁與鉆孔壁之間采用800#G級油井水泥填充固定。為保證鉆孔施工的安全和避免鉆孔的泥漿泄漏到施工巷道，采取先施工鉆孔，后使巷道與鉆孔貫通的施工順序。

2．1 三礦區(qū)輔助斜坡道鉆孔通風

三礦區(qū)輔助斜坡道設計長度達1240 m，前期采用1臺22 kW集中串聯局扇和Φ600膠質風筒壓入式通風，當巷道施工至500 m以后，通風變得很困難，排塵時間長，作業(yè)面溫度達30℃，因此在650 m和920 m處布置了從地表至輔助斜坡道的2條Φ377 mm(套管直徑)的通風鉆孔。巷道與鉆孔貫通后，割去多余的套管，使套管露出巷道頂板約300，再用1個Φ377×10的90°鋼制彎頭焊接在套管上，等巷道向前掘進一段距離后，再在套管上接上Φ600的膠質風筒進行壓入式通風，在地表鉆孔口安裝1臺22 kW集中串聯局扇，將地表的新鮮空氣送至掘進作業(yè)面。當輔助斜坡道與第2條鉆孔貫通后，再將局扇移到第2條鉆孔口，利用第2條鉆孔進行壓入式通風。實施鉆孔通風后，掘進作業(yè)面的風量大幅度增加，溫度下降至20～25℃，施工進度也明顯加快。

2．2 三礦區(qū)1554—1650采準斜坡道鉆孔通風

1554—1650采準斜坡道設計長度達802 m，開口位于回風的輔助斜坡道下部，為上坡獨頭掘進，施工采用無軌設備，前期通風是利用輔助斜坡道下部的1個通風鉆孔，接上Φ600的帆布風筒進行壓入式通風，局扇安裝在地表鉆孔口，另外又在開口處架設1臺11 kW局扇進行抽出式通風。當巷道施工至400 m以后，掘進作業(yè)面風量明顯不足，排塵速度極慢，在無軌設備作業(yè)時溫度達到32～38℃?？紤]到采準斜坡道通風困難，預先在400 m以后的采準斜坡道內間隔布置了3條從地表到采準斜坡道的通風鉆孔，鉆孔規(guī)格Φ377 mm(套管直徑)。當巷道與1#鉆孔貫通后，立即投入使用，采用2臺11 kW集中串聯局扇和Φ400的帆布風筒進行壓入式通風。通風鉆孔投入使用后，掘進作業(yè)面的通風狀況大為改善，表現為排塵排煙速度明顯加快，作業(yè)面溫度下降了9～13℃。

2009年元月份，采準斜坡道投入1臺EBZ－300掘進機進行機掘施工，作業(yè)面粉塵很大，需要充足的風量來保證施工。從機掘施工的實際情況來看，鉆孔通風基本能夠滿足掘進作業(yè)面施工的要求。當采準斜坡道與2#鉆孔貫通后，立即將其投入使用，暫停1#通風鉆孔的使用。當掘進作業(yè)面與通風鉆孔距離較長時，為進一步增加通風效果，又將1#通風鉆孔重新投入使用，即采用2條鉆孔同時向掘進作業(yè)面壓入式供風。鉆孔通風改善了作業(yè)環(huán)境，提高巷道機掘施工的效率。

2．3 二礦區(qū)1100充填回風副中段鉆孔通風

二礦區(qū)1100充填回風副中段通過聯絡斜坡道(長度約520 m)與1150水平連通，聯絡斜坡道開口處在1150水平總回風道附近。聯絡斜坡道施工采用2臺11 kW集中串聯局扇和Φ600 mm膠質伸縮式風筒進行壓入式通風，局扇安裝在總回風道岔口處，前期通風狀況良好，后期由于風筒長、彎道多、風筒破損頻繁、漏風多，通風狀況逐漸惡化，再加上無軌設備作業(yè)，施工環(huán)境極其惡劣。況且聯絡斜坡道施工完畢后還有東西各約500 m的1100充填回風沿脈道需要施工，而又因14行回風井返修而使1100沿脈道不能與其貫通，各穿脈道也未能與采場貫通，這就意味著聯絡斜坡道和1100充填回風副中段除開口處外，沒有其它地方與外部巷道聯通，且沒有任何新鮮風流可引，因此通風問題成了亟待解決的首要問題。經過反復分析論證，決定從1150水平總回風道的一個岔口邊向聯絡斜坡道1100水平岔口施工1條規(guī)格為Φ325 mm的鉆孔用來通風，此通風鉆孔長度只有48 m，避開了聯絡斜坡道約500 m的通風線路，大大縮短了通風長度，改善了通風效果。局扇設在1150水平總回風道鉆孔口，1150水平的回風經局扇、鉆孔、風筒壓入1100副中段各掘進作業(yè)面，見圖1。

圖1 二礦區(qū)1100充填回風副中段鉆孔通風示意

盡管1100副中段尤其是西部工程施工的通風狀況一直不好，但在部分穿脈道與采場貫通前及沿脈道與14行回風井貫通前，利用此條48 m長的通風鉆孔，采用污風循環(huán)壓入式通風，在其后2 a的1100副中段工程施工中發(fā)揮了很大的作用。

3 評價

(1)鉆孔通風只適用于長距離掘進巷道施工中采用傳統(tǒng)通風方式無法達到通風效果的情況，如果不具備鉆孔施工的裝備和技術，但能夠采用其它的管理和通風措施達到更好的通風效果，則不必采用鉆孔通風，因為鉆孔施工的成本較大。

(2)鉆孔通風的優(yōu)點:一是大大縮短了通風路徑，增大了掘進作業(yè)面的風量和風速，從而改善了施工環(huán)境，提高了施工效率;二是可以從其它水平進風或回風，打破了施工巷道平面通風的局限，從而提高了通風效果，改善了風質;三是使用的局扇數量或功率較在串聯混合通風條件下少(小)，卻可以達到同樣的通風效果，從長遠來看，具有較好的節(jié)能效益;四是鉆孔內的套管為鋼制，不存在漏風問題，摩擦風阻也較同徑的柔性風筒小;五是由于局扇安裝在其它通風水平，避免了施工巷道內的局扇噪音;六是鉆孔施工成本較同距離的專用通風小井低2～4倍，施工速度也高2～3倍。

(3)通風鉆孔要盡量布置在風流較大的進風或回風巷道內，當施工巷道距地表較近時，通風鉆孔最好布置在地表，還要根據情況盡量縮短鉆孔的長度。鉆孔布置在地表不僅風量充足、風流新鮮，而且避免了施工坑內鉆孔的諸多不便和大部分措施工程。

(4)過長的鉆孔不僅會增加鉆孔的施工成本，而且因鉆孔的偏斜率不能保證，從而增加了坑內找孔的坑內工程量和增加局部風阻，過長的鉆孔還會使鉆孔的摩擦風阻占總風阻的比例加大，從而影響通風的效果，這在一定程度上會喪失鉆孔通風的優(yōu)勢。另外，過大的鉆孔直徑會增加鉆孔的施工成本和施工難度，因此靠增大鉆孔直徑的方式提高通風效果和增加有效通風長度是很有限的。

［1］ 黃元平．礦井通風［M］．北京:中國礦業(yè)學院出版社，1986．

2010－11－24)

滕漢春(1965－)，男，工程師，甘肅榆中人，主要從事礦建工程施工工作，Email:tenghanchun@126．com。