CN104481570A - 一种井下独头巷道通风系统 - Google Patents

Abstract

一种井下独头巷道通风系统。本发明涉及一种通风系统，特别是一种井下独头巷道通风系统。本系统的局部扇风机设置在横巷中，局部扇风机的一个进出口通过引流风筒设在独头巷道的工作面范围，另一个进出口通过三通分别连接横巷中开口对着风向的分支筒和开口逆着风向的分支筒，在三通位置装有对两分支筒开闭的风道转换阀板，引流风筒的后端设置有烟尘传感器，独头巷道靠近引流风筒前端也设置烟尘传感器，烟尘传感器通过数据线与风机控制模块连接。本发明解决了传统系统烟尘风流相对平衡的低效率状态，让靠近迎头处的烟尘向外扩散运动到风筒的有效吸程或有效射程范围内，以有效提高独头巷道掘进作业工作中排除爆破烟尘的效率。

Description

一种井下独头巷道通风系统

技术领域

本发明涉及一种通风系统，特别是一种井下独头巷道通风系统，该技术与包括矿石地下开采及其它地下工程施工中，独头巷道掘进或有限空间开凿工作面通风排除爆破烟尘工艺相关。

背景技术

在矿石地下开采及其它地下工程施工时，独头掘进作业是常见的工作，目前在大多数情况下，均采用炸药爆破手段破岩，由此产生的爆破烟尘及一氧化碳、氮氧化物等有毒有害气体需通过通风作业尽快排出工作面而代之以新鲜风流，以为后续作业提供良好的空气环境条件。

迄今，独头巷道掘进工作面的通风手段仍然主要是通过局部扇风机进行压入式、抽出式或压抽混合式通风，其通风装置主要由局部扇风机和引流风筒组成，局部扇风机通常安装于远离独头巷道工作面的位置，并通过引流风筒将新鲜风流压入工作面或将污浊空气抽离工作面，为高效地驱除工作面附近的污风，代之以新鲜风流，引流风筒前端口应尽可能接近掘进迎头，但由此极难避免爆破冲击波及飞石等带来的通风设施的安全性问题，并且，由于掘进循环中的爆破作业过后产生大量烟尘和有毒有害气体以及环境能见度问题，作业人员不能于通风排烟前，进入工作面移动风筒前端于掘进迎头，从而导致风筒前端必然在远离掘进迎头的安全位置进行通风排烟尘作业。

由传统的局部扇风机和引流风筒组成的局部通风设施，其风流的压入式有效射程或抽出式有效吸程有限（通常10 m² 以下的中小型巷道断面，风流的有效射程为16 m，有效吸程为5 m）, 在实际施工中，爆破作业产生的飞石的抛掷距离一般都大于20 m，同时井下有限空间爆破时还产生强大的冲击波，当风筒安放在距作业面20 m之内的地方，容易对风筒产生破坏。因此，为了防止在爆破作业时风筒遭到破坏，风筒一般被安装在距巷道掘进作业面20 m以外的地方，风筒与迎头的距离远远超过其有效射程或吸程，由此导致通风排烟尘效率降低，能耗增加，巷道掘进循环周期延长。

常规通风方式下，即风机自开启直到排烟结束才关闭的恒定通风，通风开始的最初几分钟内，由于爆破作用，工作面的烟尘浓度和温度较高，加之爆破冲击波的冲击作用，烟尘与靠近迎头端的风筒前端部之间的距离较后期近，在风筒有效吸程或有效射程范围内的烟尘量较多，此时无论是抽出式还是压入式，风机单位时间内排出的污风量较高，风机的效率也较高，然而在通风中后期，对于压入式通风，虽然其风流有效射程较大，但靠近迎头处的污风会受到压制并形成涡流而不易快速排出，而排出的污风在整个通风期间还会充斥整个独头巷道，尤其是在长独头掘进情况下，会导致作业循环时间增加；而抽出式通风，风流有效吸程较小，且易形成新鲜风流短路，通风效率更低。由于在靠近迎头区形成的涡流扰动区内的烟雾较难向外运移，导致有效区内烟尘较少，并且有效区内被带走的风流含有大量新鲜空气，形成一种烟尘在靠近迎头区相对静止平衡的低效率状态（包括涡旋状态）。为了提高风机效率，在通风过程中要尽量使污风相对运移到风筒的有效吸程或有效射程范围内，为此，出现有利用机电控制方式，在爆破后将风筒向迎头前移的尝试，但其安全性和可靠性尚存在较大问题。另外，为提高通风排烟强度，减少作业循环时间，通常采用压、抽混合式通风，但由此则会导致设备和维护成本增加能耗的提高，并同样在通风中后期，存在烟尘在靠近迎头区相对静止平衡，难以排出的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通风系统，在保证通风设施与掘进工作面安全距离的前提下，在通风排烟尘的中后期，打破前述的相对平衡的低效率状态，让靠近迎头处的烟尘向外扩散运动到风筒的有效吸程或有效射程范围内，以有效提高独头巷道掘进作业工作中排除爆破烟尘的效率。

本发明所采用的技术方案是：局部扇风机设置在横巷中，局部扇风机的一个进出口通过引流风筒设在独头巷道的工作面范围，另一个进出口通过三通分别连接横巷中开口对着风向的分支筒和开口逆着风向的分支筒，在三通位置装有对两分支筒开闭的风道转换阀板，引流风筒的后端设置有烟尘传感器，独头巷道靠近引流风筒前端也设置烟尘传感器，烟尘传感器通过数据线与风机控制模块连接。

开口对着风向的分支筒筒口设置在横巷的上风处，通过弯筒上置于横巷顶部，并跨过独头巷道，开口逆着风向的分支筒设置在横巷的下风处；独头巷道中的烟尘传感器安装于巷道侧壁且高度大于独头巷道高度的一半，距离引流风筒进出口的轴向距离为1～2米。

在独头巷道中烟尘传感器旁还装有与风机控制模块连接的风速传感器，风道转换阀板配置有阀板驱动单元，阀板驱动单元也与风机控制模块连接。

局部扇风机为轴流式风机并配置有带通信接口的程控变频器，变频器通过数据线与风机控制模块连接；与局部扇风机的进出口连接的各部分风筒均采用带径向刚性环的风筒。

本系统的工作过程分为以下两个阶段。

1、在爆破作业后的通风前期，单片机检测风机控制模块的监控程序根据设置于独头巷道适当部位的烟尘传感器检测到烟尘浓度明显增加时，通过变频器控制局部扇风机启动，首先进行抽出式通风（叶片按预定方向转动），抽排靠近引流风筒进出口附近的烟尘（包括由于刚爆破后初期超过风筒引流风筒进出口向独头巷道外扩散到一定距离的烟尘），在此过程中，当设置于引流风筒中的烟尘传感器检测到烟尘浓度明显降低时，提示已出现较大的新鲜风流短路，而靠近迎头的污风已相对平衡静止，应启动压入通风模式，此时监控程序通过变频器控制局部扇风机反转，开启压入方式通风，由于压入式通风作用距离更大，通风风流会打破前期平衡，将距引流风筒进出口更远处的烟尘压排到引流风筒进出口附近，且超过引流风筒进出口向独头巷道扩散一定距离，在此过程中，当设置于独头巷道的烟尘传感器再次检测到烟尘浓度明显增加时，提示又应开启抽出通风模式，以避免烟尘充斥整个独头巷道，此时监控程序再次通过变频器控制局部扇风机反转，启动抽出方式通风，如此循环，直到引流风筒中和独头巷道中的两个烟尘传感器在设定时间内均不能检测到烟尘时，提示压入和抽出通风方式均使烟尘运动进入相对平衡静止状态期，以上为第一阶段。

2、系统进入靠近迎头的烟尘自由向外扩散——压排——抽排——靠近迎头的烟尘自由向外扩散的循环模式。

此模式下，首先监控程序通过变频器控制局部扇风机暂停运转，让靠近迎头的烟尘自由向外扩散，在此期间，监控程序进入时间控制，等待靠近迎头的烟尘已部分扩散到压入式通风的有效射程距离时（等待扩散时间事先根据理论计算或经验设定），监控程序通过变频器控制局部扇风机启动压入通风方式，当独头巷道中的烟尘传感器检测到烟尘浓度升高时，提示部分烟尘已被压排到引流风筒进出口附近，监控程序通过变频器控制局部扇风机反转，又进行抽排通风，当设置于引流风筒中的烟尘传感器检测到烟尘浓度明显降低时，监控程序再次通过变频器控制局部扇风机反转，进行压排通风，如此循环，直到引流风筒中和独头巷道中的两个烟尘传感器均只能检测到极小的烟尘浓度时，提示压入和抽出通风方式均使烟尘运动再次进入相对平衡静止状态期，监控程序再次通过变频器控制局部扇风机暂停运转，近迎头烟尘自由向外扩散……,如此循环，直到在事先设定的时间内，不再能检测到烟尘，则提示烟尘已完全排除，系统关闭，停止通风。

上述所谓“直到引流风筒中和独头巷道中的两个烟尘传感器在设定时间内均不能检测到烟尘时”的“设定时间”，系根据单片机检测风机控制模块检测到的风速传感器提供的风速参数判断烟尘应到达烟尘传感器的时间t，即以独头巷道中的烟尘传感器安装点到独头巷道迎头的距离s除以风速传感器提供的风速参数v，也即t=s/v；局部扇风机暂停运行的暂停时间取决于烟尘扩散速度，根据独头巷道断面的大小，和环境温度的不同，通常可取30秒到120秒，断面大、温度高时，可取较小值，反之可取较大值，并依循环次数的增加从下限到上限逐步递增，其增量可以10秒到30秒计。

考虑到压入和抽出通风交替进行，也即局部扇风机的进风端和出风端是交替变换的，并且污风排除方向需与横巷中的风流方向相适应，本发明的技术方案还包括：在局部扇风机的外端设置有两个分支风筒，其中通过弯筒上置于横巷顶部的分支风筒用于压入方式时的进风，另一分支风筒用于抽出方式时的出风，并在两分支风筒的交接处安装有带转动副的风道转换阀板及驱动装置，用以转换风道，其中驱动装置可采用电机或电磁推杆机构，并且风道转换控制与压入通风和抽出通风方式变换相匹配。

本发明的有益效果是：在独头巷道掘进或有限空间开凿的工作面通风排除爆破烟尘工作中，通过传感器检测信号反馈，微机程序控制变频器操作单台扇风机实现压入—抽出--近迎头烟尘自由向外扩散的通风排烟功能，可较传统压入、抽出及压抽混合式通风时间短，效率高，缩短作业循环时间，且具有明显节能效果。

附图说明

图1为本发明的系统布置示意图；

图2为本发明的风道转换部分示意图；

图3为本发明的监控系统框图示意。

图中各标号依次为：局部扇风机1、变频器2、分支筒3、分支筒4、弯筒5、引流风筒6、烟尘传感器7、烟尘传感器8、风速传感器9、独头巷道10、横巷11、风道转换阀板12、风机控制模块13、风向14、阀板转动副15，阀板驱动单元16、三通17。

具体实施方式

参见图1、图2及图3。本系统包括通风设施和检测控制设施。

所述通风设施包括：在独头巷道10口外旁侧横巷11中，设置局部扇风机1，局部扇风机1的一端连接有分支风筒3和分支风筒4，其中分支风筒4通过弯筒5上置于横巷11顶部，并跨过独头巷道10延伸至风流上游进风方向，分支风筒3出口位于风流下游回风方向，两分支风筒交接的三通17处设置有风道转换阀板12及其阀板转动副15，阀板转动副15配置有与风机控制模块13连接的阀板驱动单元16；局部扇风机1的另一端进出口连接直通独头巷道10工作面附近的引流风筒6；

所述检测控制设施包括设置在独头巷道10中的烟尘传感器7、设置于引流风筒6中的烟尘传感器8、设置于独头巷道中的风速传感器9，设置于局部扇风机1旁的变频器2以及风机控制模块13和驱动部件，检测控制设施的各零部件通过数据线连接。

局部扇风机1的进出外端口设置的分支风筒3和4的两个分支筒直径均与前端口独头巷道10内引流风筒6的筒径相同，考虑到横巷11风流方向，抽出式通风时的出风分支筒3的出口应位于下风处，实际安装时可与局部扇风机1置于横巷11相对于独头巷道10的同一侧，而压入式通风时的进风分支筒4的进风口应位于上风处，实际安装时可通过弯筒5转向横巷11顶部，并跨过独头巷道10置于横巷11相对于独头巷道10的另一侧，两分支风筒3和4交接处的三通17的位置装有风道转换阀板12，风向转换由风道转换阀板12采用阀板转动副15，并以受控于单片机检测的风机控制模块13，通过电机或电磁推杆机构组成的常用阀板驱动单元16推动实现，风道转换阀板12的材料可为金属或硬质塑料。

引流风筒6中的烟尘传感器8安装于独头巷道10内引流风筒6中接近局部扇风机1处，可固定于引流风筒6内壁上；独头巷道10中的烟尘传感器7和风速传感器9可安装于独头巷道10内引流风筒6外侧，以巷道轴线方向计，距引流风筒6进出口1～2米的巷道侧壁处，高度应高于独头巷道10高度的1/2。

变频器2选用带通信接口的程控变频器，局部扇风机1为轴流式，各部分风筒应采用带径向刚性环的风筒，以防止径向变形，局部扇风机1及各风筒的安装方式均可采用传统方式。

烟尘传感器7、8和风速传感器9均可采用带数据通信传输端口的现有常用相应传感器，并连接到单片机检测的风机控制模块13。

另外若需要多工作面或远程控制，可采用台式或笔记本式微型计算机（包括工控机）作为主控单元，并辅以传统信号远传模块实现。

Claims (4)

1.一种井下独头巷道通风系统，其特征在于：局部扇风机设置在横巷中，局部扇风机的一个进出口通过引流风筒设在独头巷道的工作面范围，另一个进出口通过三通分别连接横巷中开口对着风向的分支筒和开口逆着风向的分支筒，在三通位置装有对两分支筒开闭的风道转换阀板，引流风筒的后端设置有烟尘传感器，独头巷道靠近引流风筒前端也设置烟尘传感器，烟尘传感器通过数据线与风机控制模块连接。

2.按权利要求1所述的井下独头巷道通风系统，其特征在于：开口对着风向的分支筒筒口设置在横巷的上风处，通过弯筒上置于横巷顶部，并跨过独头巷道，开口逆着风向的分支筒设置在横巷的下风处；独头巷道中的烟尘传感器安装于巷道侧壁且高度大于独头巷道高度的一半，距离引流风筒进出口的轴向距离为1～2米。

3.按权利要求2所述的井下独头巷道通风系统，其特征在于：在独头巷道中烟尘传感器旁还装有与风机控制模块连接的风速传感器，风道转换阀板配置有阀板驱动单元，阀板驱动单元也与风机控制模块连接。

4.按权利要求2所述的井下独头巷道通风系统，其特征在于：局部扇风机为轴流式风机并配置有带通信接口的程控变频器，变频器通过数据线与风机控制模块连接；与局部扇风机的进出口连接的各部分风筒均采用带径向刚性环的风筒。