薛村煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的阻力測(cè)定與分析①

狐為民

(華北科技學(xué)院計(jì)算機(jī)系,北京東燕郊 101601)

薛村煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的阻力測(cè)定與分析①

狐為民②

(華北科技學(xué)院計(jì)算機(jī)系,北京東燕郊 101601)

為了建設(shè)煤礦井下可視化系統(tǒng),2009年 10月 17日至 21日我們對(duì)薛村煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的測(cè)定。測(cè)定通風(fēng)巷道總長(zhǎng)度 21000m,獲得 1500多個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。利用計(jì)算機(jī)對(duì)資料進(jìn)行了處理,獲得了該礦通風(fēng)系統(tǒng)阻力分布、風(fēng)量分配等基礎(chǔ)資料。

薛村煤礦;通風(fēng)系統(tǒng);參數(shù)測(cè)定;阻力分布

薛村礦地處邯鄲市峰峰礦區(qū)大社鎮(zhèn)地界,東北距邯鄲市 22.5km,南距峰峰集團(tuán)公司 10km,西北距武安市 21km;井田位于峰峰煤田東北部,鼓山背斜以東。薛村礦于 1959年 11月投產(chǎn),礦井設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力 90萬(wàn) t。1992年礦井改建以后,年生產(chǎn)能力達(dá)到 135萬(wàn) t,1997年首次達(dá)產(chǎn)。井田煤系地層屬中石炭系本溪組、上石炭系太原組、下二迭系山西組,煤系含煤 14—18層。其中可采煤層共 6層:下三層受水威脅暫不可采;上三層為2#煤 (大煤 )、4#煤 (野青 )、6#煤 (山青 )。目前主采 2#(大煤)、4#(野青)煤層,大煤平均厚度為6m,野青煤平均厚度為 1.4m,煤質(zhì)以貧煤為主。

礦井開(kāi)拓方式為立井多水平暗斜井延深,主副井筒開(kāi)鑿至一水平 (+30m),通過(guò)暗斜井延深至二水平 (-120m)和三水平 (-280m)。薛村礦是一個(gè)通風(fēng)方法為抽出式,通風(fēng)方式為混合式的礦井?，F(xiàn)有五個(gè)井口,其中主井、副井、安全斜井、東入風(fēng)井為進(jìn)風(fēng)井,東回風(fēng)井為回風(fēng)井。薛村礦為煤與瓦斯突出礦井,深部鉆孔瓦斯壓力為0.8MPa,噸煤瓦斯含量為 9.25m3/t。煤塵具有爆炸性,爆炸指數(shù)為 18.26%～21.97%。2#(大煤)煤層具有自然發(fā)火傾向性,自然發(fā)火期為 3～12個(gè)月。

1 測(cè)定基礎(chǔ)理論方法

1.1 測(cè)定路線的確定

選擇測(cè)定路線的原則:結(jié)合礦井的生產(chǎn)布局和通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀,選擇二條 (或幾條)風(fēng)流路線長(zhǎng)、風(fēng)量大,且包含采區(qū)或工作面,能反映礦井通風(fēng)系統(tǒng)特征的路線做為主要測(cè)定路線,其他做為輔助測(cè)定路線。

1.2 測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)定路線選定之后,按照通風(fēng)阻力測(cè)定的要求,結(jié)合本礦巷道布置的具體條件,在通風(fēng)系統(tǒng)圖上初步確定測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)量,并沿測(cè)定路線將測(cè)點(diǎn)依次編號(hào)。在確定測(cè)點(diǎn)布置位置時(shí)考慮下述原則:每條測(cè)定路線的測(cè)定布置位置應(yīng)能控制主要井巷和工作面的阻力分布情況,在風(fēng)流分、匯點(diǎn)之前和局部阻力大的地點(diǎn)前后以及在需要控制的典型巷道的首末均應(yīng)設(shè)置測(cè)點(diǎn)。

1.3 人員組織與分工

為使測(cè)定工作能夠順利地進(jìn)行,測(cè)前對(duì)參與測(cè)定的人員進(jìn)行了認(rèn)真的組織與安排,做到分工明確,各盡其責(zé),協(xié)調(diào)配合,統(tǒng)一指揮。人員組織如下:(1)地面氣壓計(jì)計(jì)數(shù) 1人,每隔 5分鐘記錄基點(diǎn)氣壓值。(2)測(cè)壓 2人,負(fù)責(zé)測(cè)定各測(cè)點(diǎn)風(fēng)流的絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力。(3)測(cè)風(fēng) 2人,負(fù)責(zé)測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速,以及測(cè)量各測(cè)點(diǎn)巷道的斷面尺寸。(4)測(cè)干、濕溫度 1人。(5)記錄 1人,負(fù)責(zé)記錄各測(cè)點(diǎn)的全面測(cè)定數(shù)據(jù)。負(fù)責(zé)記錄的人員除按時(shí)記錄各測(cè)點(diǎn)參數(shù)外,還應(yīng)注意合理的確定氣壓計(jì)的放置位置及測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)的增減,使儀器盡可能接近標(biāo)高點(diǎn)處。同時(shí)還應(yīng)在通風(fēng)系統(tǒng)示意圖上或記錄表的測(cè)點(diǎn)位置欄中記清測(cè)點(diǎn)的詳細(xì)位置。

1.4 測(cè)定方法

本次測(cè)定采用精密氣壓計(jì)逐點(diǎn)測(cè)定法,即將一臺(tái)BJ-1型精密氣壓計(jì)放置在地面井口附近的為基點(diǎn),監(jiān)視地面氣壓變化情況,另外的氣壓計(jì)沿測(cè)定路線按選定的測(cè)點(diǎn)依次進(jìn)行測(cè)定,稱(chēng)為測(cè)點(diǎn)氣壓計(jì)。基點(diǎn)氣壓計(jì)每隔 5分鐘讀一次相對(duì)壓力數(shù)值。測(cè)點(diǎn)氣壓計(jì)在各測(cè)點(diǎn)每逢 5或 10分鐘讀數(shù),測(cè)點(diǎn)氣壓計(jì)和基點(diǎn)氣壓計(jì)讀數(shù)時(shí)間相對(duì)應(yīng),以反映地面氣壓變化對(duì)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)的影響,保證測(cè)定結(jié)果的可靠性,在各測(cè)點(diǎn)測(cè)定風(fēng)流壓力的同時(shí)應(yīng)測(cè)量巷道的風(fēng)速、斷面尺寸等。如此依次測(cè)定全部的測(cè)點(diǎn),待測(cè)點(diǎn)氣壓計(jì)回到井口時(shí)再重新校對(duì)儀器讀數(shù),以檢查儀器的誤差,至此測(cè)定完畢。

2 測(cè)定路線的確定

在薛村礦我們選擇了 6條路線,基本涵蓋了薛村礦的各個(gè)巷道。

1)東進(jìn)風(fēng)井口→東進(jìn)風(fēng)井底→東北正巷→東北正巷 (113坡底)→11盤(pán)區(qū)軌道變電所入口→118軌巷①→118出煤眼→118溜子道入口→118切眼下口→118切眼上口→94118尾巷上口①→118總回→11盤(pán)區(qū)風(fēng)道 1風(fēng)眼→11盤(pán)區(qū)軌道→東北總回起點(diǎn)→變電所回風(fēng)側(cè)→東回風(fēng)井底→東回風(fēng)井口。

2)東進(jìn)風(fēng)井口→東進(jìn)風(fēng)井底→十盤(pán)區(qū)煤倉(cāng)→103變電所→92106工作面溜子機(jī)頭→92108變電所→延伸皮帶機(jī)頭→延伸軌道→108變電所回→106回風(fēng)→106回風(fēng)口→十盤(pán)區(qū)專(zhuān)用回風(fēng)道→十盤(pán)區(qū)總回→東回風(fēng)井底→東回風(fēng)井口。

3)付井口→付井底→串車(chē)房頭→串車(chē)房坡底→卸載坑→南正巷車(chē)場(chǎng)→斜石門(mén)老南巷口→南正巷車(chē)場(chǎng)南處→92705溜子道口→705溜子道→705回風(fēng)石門(mén)①→七盤(pán)區(qū)野青風(fēng)道坡底→上下風(fēng)道五風(fēng)眼→東付巷與下風(fēng)道交叉六七盤(pán)回風(fēng)③ →上下風(fēng)道匯合①上風(fēng)道→東回風(fēng)井口。

4)付井口→付井底→串車(chē)房頭→串車(chē)房坡底→卸載坑→南正巷車(chē)場(chǎng)→斜石門(mén)老南巷口→南正巷車(chē)場(chǎng)南處→92705溜子道口→705溜子道→705回風(fēng)石門(mén)①→七盤(pán)區(qū)野青風(fēng)道坡底→上下風(fēng)道五風(fēng)眼→上下風(fēng)道五風(fēng)眼外→上下風(fēng)道匯合①上風(fēng)道→東回風(fēng)井口。

5)付井口→付井底→串車(chē)房頭→串車(chē)房坡底→卸載坑→南通道風(fēng)眼→六盤(pán)區(qū)皮帶→七盤(pán)區(qū)皮帶→七盤(pán)區(qū)四部皮帶→705面一部溜子→92705溜子道口→705溜子道→705回風(fēng)石門(mén)①→七盤(pán)區(qū)野青風(fēng)道坡底→上下風(fēng)道五風(fēng)眼→上下風(fēng)道五風(fēng)眼外→上下風(fēng)道匯合①上風(fēng)道→東回風(fēng)井口。

6)付井口→付井底→串車(chē)房頭→串車(chē)房坡底→卸載坑→南正巷車(chē)場(chǎng)→斜石門(mén)老南巷口→南正巷車(chē)場(chǎng)南處→斜石門(mén)車(chē)場(chǎng)偏上→八九盤(pán)區(qū)車(chē)場(chǎng)→801回風(fēng)石門(mén)→92801溜子道→801運(yùn)料巷回風(fēng)→902總回→801,9021盤(pán)區(qū)總回→711總巷回風(fēng)→上下風(fēng)道岔口→上下風(fēng)道五風(fēng)眼→東付巷與下風(fēng)道交叉六七盤(pán)回風(fēng)③→上下風(fēng)道匯合①上風(fēng)道→東回風(fēng)井口。

3 薛村礦井通風(fēng)系統(tǒng)的分析與評(píng)價(jià)

3.1 測(cè)定數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果

薛村煤礦通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定結(jié)果和薛村煤礦通風(fēng)系統(tǒng)阻力解算結(jié)果均以表 1格式的形式產(chǎn)生多個(gè)樣表,以便分析評(píng)價(jià)使用。

3.2 系統(tǒng)阻力分布分析

將礦井通風(fēng)系統(tǒng)的各段風(fēng)路,按在通風(fēng)系統(tǒng)中的位置和作用,將工作面的通風(fēng)系統(tǒng)分為進(jìn)風(fēng)段、采區(qū)段和回風(fēng)段。全礦四個(gè)工作面 (94118、92106、92705、92801)所在通風(fēng)系統(tǒng)各段的阻力分布如表 2所示。

從上表計(jì)算結(jié)果可以看出,井下各系統(tǒng)阻力分布基本合理,回風(fēng)段阻力大部分都在 60%左右,比較正常;92106工作面所在通風(fēng)系統(tǒng),由于進(jìn)風(fēng)路線長(zhǎng),阻力所占比例偏大。

表 1 薛村煤礦通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定(92801)

表 2 薛村煤礦通風(fēng)系統(tǒng)阻力分布表(2009.10)

3.3 通風(fēng)難易程度分析

實(shí)測(cè)主要通風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù)為 3728Pa,井下總回風(fēng)量為 250m3/s。按公式計(jì)算,礦井等積孔為:

礦井通風(fēng)等積孔為 4.49m2,說(shuō)明該礦井通風(fēng)系統(tǒng)的目前通風(fēng)難易程度屬于“容易”。

3.4 測(cè)值分析

根據(jù)阻力測(cè)定實(shí)際情況和阻力測(cè)定計(jì)算結(jié)果,對(duì)測(cè)值分析如下:

1)大部分永久巷道斷面積較大且形狀規(guī)整,摩擦阻力系數(shù)在正常范圍內(nèi)。

2)東進(jìn)風(fēng)井、進(jìn)風(fēng)斜井等個(gè)別測(cè)段計(jì)算結(jié)果為負(fù)值,其原因:一是大氣壓校正基點(diǎn)設(shè)在井下,不能對(duì)井口測(cè)點(diǎn)進(jìn)行校正;二是井底風(fēng)流分岔,測(cè)點(diǎn)速壓沒(méi)有參與計(jì)算;三是測(cè)點(diǎn)實(shí)際位置與所提供標(biāo)高有出入。

3)系統(tǒng)同樣存在一些高阻力段,如:94118回風(fēng)順槽,阻力達(dá)到 805Pa,主要原因是巷道大量積水;西翼總回風(fēng)道阻力達(dá)到 1759Pa,主要原因是其中設(shè)置了斷面非常小的調(diào)節(jié)門(mén),且該巷回風(fēng)量很大;還有一些巷道由于地壓作用,斷面積變小而沒(méi)有及時(shí)維修,造成局部阻力偏大。

4 結(jié)論

1)薛村礦通風(fēng)系統(tǒng)比較復(fù)雜,四進(jìn)一回,但通風(fēng)系統(tǒng)總體布局合理,風(fēng)量分配均勻,礦井通風(fēng)等積孔較大,屬通風(fēng)容易礦井。

2)礦井大部分巷道斷面規(guī)整,維護(hù)良好,保證了正常的生產(chǎn)用風(fēng)。

3)西翼總回風(fēng)道及個(gè)別巷道阻力偏大,建議進(jìn)行維修和局部調(diào)整。

4)測(cè)定結(jié)果有較高的精度,并對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析,為可視化通防系統(tǒng)的建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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Xue CoalM ine ventilation and fire prevention system parameter measurement and analysis

HU Weim in

(Department of Computer Science,North China Institute of Science and Technology,Yanjiao Beijing-East 101601)

In order to build underground mine visualization systems,2009 October 17 to 21 of uzziel village we mine ventilation system for a comprehensive evaluation.Determination of total length of 21,000 metres roadway ventilation,getmore than 1,500 based data.Using the computer to data processing,won the mine ventilation system.

Xuecun coalmine;ventilation and fire prevention system;parameter determination

TD724

A

1672-7169(2011)02-0019-04

2011-01-16。項(xiàng)目基金:可視化通防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的研究。

狐為民 (1968-),男,山西洪洞人,華北科技學(xué)院計(jì)算機(jī)系講師,研究方向:計(jì)算機(jī)教學(xué)和煤礦可視化。