南峪煤礦壓風(fēng)自救系統(tǒng)的拓展應(yīng)用研究

周玉芹

（太原正越工程設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030000）

當(dāng)前我國(guó)煤礦井下都設(shè)置有壓風(fēng)自救系統(tǒng)，當(dāng)井下發(fā)生災(zāi)變時(shí)，壓風(fēng)自救系統(tǒng)能為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員提供充分的氧氣供應(yīng)，防止中毒及窒息事故的發(fā)生。壓風(fēng)自救系統(tǒng)是減輕煤礦災(zāi)害危險(xiǎn)、保障煤礦井下職工生命安全的一項(xiàng)重要安全防護(hù)系統(tǒng)，被國(guó)內(nèi)外煤礦普遍使用。礦井壓風(fēng)自救系統(tǒng)是由空氣壓縮機(jī)、井下壓風(fēng)管路及固定式永久性自救裝備組成，主要有空氣壓縮機(jī)、送氣管路、閥門、氣水分離器、壓風(fēng)自救裝置（包括減壓、節(jié)流、消噪聲、過(guò)濾、開(kāi)關(guān)等及防護(hù)袋或面罩）等部件。礦井壓風(fēng)自救系統(tǒng)除了能提供氧氣供應(yīng)外，還能應(yīng)用于煤礦井下風(fēng)泵冷卻、風(fēng)泵排水、風(fēng)泵注油等井下作業(yè)。太原正越工程設(shè)計(jì)有限公司應(yīng)邀對(duì)南峪煤礦井下壓風(fēng)自救系統(tǒng)的拓展應(yīng)用進(jìn)行研究[1-6]，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 工程概況

山西太原南峪煤業(yè)有限公司位于南郊區(qū)姚村鎮(zhèn)南峪村，距市中心23 km。南峪礦區(qū)屬清交煤田，井田面積15.23 km2，工業(yè)儲(chǔ)量15 198 萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量9 574.5 萬(wàn)t，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120 萬(wàn)t/a，礦井服務(wù)年限為150 a。井田內(nèi)主要含煤地層為石炭二迭系的山西組和太原組，共含煤層17 層，參與儲(chǔ)量計(jì)算的可采穩(wěn)定煤層為五層，分別為03 號(hào)、2 號(hào)、6 號(hào)、8 號(hào)、9 號(hào)煤層。煤種屬貧煤和無(wú)煙煤，貧煤發(fā)熱量在6000 kcal 以上，灰分為174%，含硫0.4%左右；無(wú)煙煤發(fā)熱量在6300 kcal 以上，灰分為184%，含硫1.74%左右。南峪煤礦井田內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，適合綜合機(jī)械化開(kāi)采。

2 壓風(fēng)自救系統(tǒng)情況

南峪煤礦地面安裝有兩臺(tái)DLG-132 型螺桿空壓機(jī)和一臺(tái)BDT-1CC 型空壓機(jī)，由Ф108 mm 鋼管輸送至集中運(yùn)輸巷皮帶機(jī)頭處，然后由Ф50 mm 和Ф75 mm 鋼管分別向四、五采區(qū)供風(fēng)。另外，四采區(qū)壓風(fēng)機(jī)房安有2 臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，四軌道安裝有1 臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，五采區(qū)安裝有2 臺(tái)壓風(fēng)機(jī)。井下壓風(fēng)機(jī)布置比較分散，管理難度大，加上壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)自身溫度很高，如果管理不到位，有可能出現(xiàn)火災(zāi)事故。另外，基于壓風(fēng)自救系統(tǒng)的拓展，對(duì)現(xiàn)有壓風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)改造。

新購(gòu)置40 m3/min 壓風(fēng)機(jī)1 臺(tái)，安裝在地面壓風(fēng)機(jī)房，將排氣管路并接在一起，同時(shí)運(yùn)行三臺(tái)壓風(fēng)機(jī)（兩臺(tái)22.5 m3/min 和一臺(tái)40 m3/min），另一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)（老40 m3/min）作為備用風(fēng)機(jī)，更換壓風(fēng)管路。將-140 m 大巷至四軌道底壓風(fēng)管路更換為直徑108 mm 鋼管，將-140 m 水平至五軌道底壓風(fēng)管路更換為直徑108 mm 鋼管。在井下所有用風(fēng)地區(qū)岔口處主管路上預(yù)留3 寸閘門，作為各個(gè)地區(qū)的控制閘門。

在工作面巷道內(nèi)每200 m 布置一組壓風(fēng)自救裝置，可同時(shí)供6 人使用，壓風(fēng)自救管路引入距離工作面不得小于40 m。

3 壓風(fēng)自救系統(tǒng)的拓展應(yīng)用研究

南峪煤礦在已改造的壓風(fēng)自救系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用井下壓風(fēng)系統(tǒng)提供的風(fēng)能，進(jìn)行了拓展應(yīng)用研究，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.1 風(fēng)泵冷卻

3.1.1 刮板輸送機(jī)冷卻作業(yè)存在的問(wèn)題

南峪煤礦井下工作面刮板輸送機(jī)均選用DBT公司生產(chǎn)的3×1000 kW 輸送機(jī)，該機(jī)采用雙中鏈布置，CST 控制，水冷卻。該刮板輸送機(jī)在工作過(guò)程中因功率較大常出現(xiàn)齒輪油溫過(guò)高預(yù)警，采用水冷卻方式但是效果不佳，導(dǎo)致刮板輸送機(jī)工作效率不高，在運(yùn)行時(shí)存在安全隱患。

3.1.2 風(fēng)泵冷卻的應(yīng)用

太原正越工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)利用井下壓風(fēng)系統(tǒng)，采用風(fēng)泵冷卻器來(lái)進(jìn)行冷卻作業(yè)。具體方案：在DBT3×1000 kW刮板輸送機(jī)上安裝風(fēng)泵冷卻器，接入到井下壓風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)中，利用風(fēng)能作為風(fēng)泵冷卻器的動(dòng)力，風(fēng)泵冷卻器動(dòng)作從而抽取刮板輸送機(jī)減速器內(nèi)齒輪熱油，然后經(jīng)過(guò)熱交換器，達(dá)到冷卻齒輪油的目的。

該冷卻方案的優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)減速器內(nèi)齒輪油的抽取過(guò)程就實(shí)現(xiàn)了冷卻的作用；（2）熱交換器也起到對(duì)齒輪油的冷卻作用。雙重冷卻作用，冷卻效果非常理想。

3.1.3 效果分析

南峪煤礦于2019 年10 月完成了刮板輸送機(jī)風(fēng)泵冷卻項(xiàng)目的改造并投入到實(shí)踐應(yīng)用中，從2019年10 月，風(fēng)泵冷卻器工作穩(wěn)定，對(duì)齒輪油的冷卻效果明顯。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，極大地提高了刮板運(yùn)輸機(jī)的工作時(shí)間和工作效率，同時(shí)風(fēng)泵冷卻器設(shè)備便宜，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.2 風(fēng)泵排水

3.2.1 煤礦井下電泵排水存在的問(wèn)題

南峪煤礦井下排水以往全部采用電泵抽水機(jī)進(jìn)行排水作業(yè)。電泵的安裝、排運(yùn)非常麻煩，安裝隱患多，還易出現(xiàn)“失爆”現(xiàn)象。

3.2.2 風(fēng)泵排水的應(yīng)用

針對(duì)這一情況，太原正越工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)利用井下壓風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)采用氣動(dòng)隔膜泵來(lái)進(jìn)行風(fēng)泵排水作業(yè)。具體方案：在需要排水的工作面采用 Pro 系列煤礦用氣動(dòng)隔膜泵，接入到井下壓風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)中，利用風(fēng)能作為氣動(dòng)隔膜泵的動(dòng)力，同時(shí)根據(jù)所排水量來(lái)調(diào)節(jié)供風(fēng)壓力。

風(fēng)泵排水作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)：（1）采用風(fēng)能做動(dòng)力，安全性能高，節(jié)能，經(jīng)濟(jì)效益高；（2）無(wú)靜電產(chǎn)生，防爆效果理想；（3）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于安裝和使用；（4）全氣動(dòng)操作消除了電氣火花風(fēng)險(xiǎn)；（5）高/低液位控制可使液體保持在既定液位之間；（6）通過(guò)避免泵干運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)減少空氣消耗；（7）帶直裝式液位傳感器的便攜式系統(tǒng)。

3.2.3 效果分析

南峪煤礦從2019 年11 月起，對(duì)于井下工作面積水排放全采用氣動(dòng)隔膜泵進(jìn)行排水作業(yè)。從實(shí)踐應(yīng)用效果來(lái)看，該排水方式較好，能按時(shí)完成排水任務(wù)，無(wú)其他安全事故發(fā)生。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，極大地提高了井下工作面積水的排放效率，保障了井下工作面開(kāi)采的安全性，安全效益明顯。

3. 3 風(fēng)泵注油

3.3.1 開(kāi)采設(shè)備注油存在的問(wèn)題

對(duì)于采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等開(kāi)采設(shè)備，南峪煤礦以往全部采用人工注油作業(yè)。該注油方式勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)油脂外灑易發(fā)生火災(zāi)，安全性較差。

3.3.2 風(fēng)泵注油的應(yīng)用

針對(duì)這一情況，太原正越工程設(shè)計(jì)有限公司利用井下壓風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了風(fēng)泵注油作業(yè)模式。具體方案：在風(fēng)泵的吸入口連接一根DN20 膠管，將膠管插入到CST 專用油桶內(nèi)，然后在風(fēng)泵的輸出口連接一根DN20 膠管，將膠管插入到設(shè)備減速器注油口內(nèi)，利用壓風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)泵轉(zhuǎn)動(dòng)，最終完成注油工作。

3.3.3 效果分析

南峪煤礦從2019 年11 月起，將開(kāi)采設(shè)備全部改造成為風(fēng)泵注油模式。從實(shí)踐應(yīng)用效果來(lái)看，風(fēng)泵注油效果理想，注油工作效率提高了90%，同時(shí)無(wú)油脂外灑現(xiàn)象發(fā)生，注油安全性高。

3.4 應(yīng)用于采空區(qū)氣體取樣

3.4.1 傳統(tǒng)氣體取樣存在的問(wèn)題

南峪煤礦為高瓦斯礦井，各煤層都具有自然發(fā)火期短的特點(diǎn)，采空區(qū)遺煤多，因此必須對(duì)采空區(qū)氣體進(jìn)行取樣分析。南峪煤礦以往都是采用手壓取樣作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，取樣效果差。

3.4.2 應(yīng)用于采空區(qū)氣體取樣

針對(duì)這一情況，太原正越工程設(shè)計(jì)有限公司與南峪煤礦技術(shù)科聯(lián)合設(shè)計(jì)了一臺(tái)風(fēng)動(dòng)取樣泵，該風(fēng)動(dòng)取樣泵工作原理如圖1。

圖1 風(fēng)動(dòng)取樣泵工作原理示意圖

從圖1 可知，該風(fēng)動(dòng)取樣泵由取樣泵主體、氣水分離器，壓風(fēng)管路三部分組成。利用井下壓風(fēng)自救系統(tǒng)作為取樣泵的動(dòng)力源，將井下采空區(qū)內(nèi)氣體抽出，抽出的氣體再經(jīng)過(guò)氣水分離裝置。該取樣作業(yè)安全快捷，同時(shí)保證了氣樣的純度。

3.4.3 效果分析

南峪煤礦從2019 年9 月起，全部采用風(fēng)動(dòng)取樣泵對(duì)采空區(qū)氣體進(jìn)行取樣分析、取樣檢測(cè)準(zhǔn)備，為井下工作面的防火作業(yè)措施提供了依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

利用南峪煤礦井下壓風(fēng)自救系統(tǒng)進(jìn)行了壓風(fēng)系統(tǒng)的拓展應(yīng)用研究，主要是在風(fēng)泵冷卻、風(fēng)泵排水、風(fēng)泵注油和采空區(qū)氣體取樣四個(gè)方面的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了拓展應(yīng)用原理、應(yīng)用方案和應(yīng)用效果。壓風(fēng)系統(tǒng)的拓展應(yīng)用因采用氣動(dòng)動(dòng)力，安全性能高，同時(shí)減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少能源消耗，為南峪煤礦創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。