局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)方式的技術(shù)研究

廖 禮 陶國(guó)策 樊 引 周 游

(重慶松藻煤電有限責(zé)任公司渝陽(yáng)煤礦,重慶市綦江區(qū),401448)

局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)方式的技術(shù)研究

廖 禮 陶國(guó)策 樊 引 周 游

(重慶松藻煤電有限責(zé)任公司渝陽(yáng)煤礦,重慶市綦江區(qū),401448)

針對(duì)渝陽(yáng)煤礦掘進(jìn)工作面由于停電或其他故障等造成主、輔局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)停止工作,導(dǎo)致工作面停風(fēng)引起瓦斯超限、積聚的情況,分析了局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)方式的技術(shù)原理,對(duì)全風(fēng)壓通風(fēng)方式相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定、計(jì)算,總結(jié)出風(fēng)筒全風(fēng)壓通風(fēng)方式的一般規(guī)律。

局部通風(fēng) 自動(dòng)轉(zhuǎn)換 全風(fēng)壓通風(fēng) 停風(fēng) 掘進(jìn)工作面通風(fēng)

1 礦井通風(fēng)現(xiàn)狀

1.1 礦井通風(fēng)概況

渝陽(yáng)煤礦地處重慶綦江區(qū)安穩(wěn)鎮(zhèn)楊地灣,屬重慶能源投資集團(tuán)下屬的松藻煤電有限責(zé)任公司,產(chǎn)量90萬(wàn)t/a。礦井開(kāi)采M7－2、M8、M11煤層,主采M8煤層,煤層厚約2.35 m。＋290 m水平正在開(kāi)采,＋150 m水平和－60 m水平正在開(kāi)拓延伸,－60 m水平通風(fēng)路線(xiàn)達(dá)12000 m。礦井采用機(jī)械抽出式通風(fēng),礦井有金雞巖回風(fēng)平硐、陽(yáng)地灣回風(fēng)斜井和合掌坡回風(fēng)斜井3個(gè)回風(fēng)井。金雞巖回風(fēng)平硐安裝一臺(tái)FBCDZ№24(2×315 k W)型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī),通風(fēng)機(jī)葉片角度為＋1.5°,風(fēng)量為5958 m3/min,負(fù)壓2.15 kPa;陽(yáng)地灣回風(fēng)斜井安裝兩臺(tái)FBCDZ№30(2×450 k W)型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī),目前通風(fēng)機(jī)葉片安裝角度為－3°,風(fēng)量7881 m3/min,負(fù)壓2.27 k Pa;合掌坡回風(fēng)斜井安裝兩臺(tái)FBCDZ№32(2×560 k W)型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī),目前通風(fēng)機(jī)葉片安裝角度為±0°,風(fēng)量11605 m3/min,負(fù)壓2.860 k Pa。

1.2 局部通風(fēng)存在的問(wèn)題

掘進(jìn)工作面均采用局部壓入式通風(fēng)機(jī)通風(fēng)。N3702中部一號(hào)上山和N3702中部三號(hào)上山為揭煤掘進(jìn)工作面,N3702運(yùn)輸巷下段和N2808輔助運(yùn)輸巷為煤巷掘進(jìn)工作面,在其進(jìn)、回風(fēng)風(fēng)流之門(mén)設(shè)置防突風(fēng)門(mén),采用雙風(fēng)機(jī)、雙電源配置,但是N2808輔助運(yùn)輸巷仍然出現(xiàn)了主、輔局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)停電或是故障導(dǎo)致工作面停風(fēng)引起瓦斯超限,特別是煤層掘進(jìn)巷道瓦斯涌出量大、積聚濃度特別高,甚至達(dá)到瓦斯爆炸極限濃度。在恢復(fù)正常生產(chǎn)前要花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間去排放瓦斯,且危險(xiǎn)系數(shù)極大。因此本文提出研究局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換全風(fēng)壓通風(fēng)方式技術(shù),以解決目前局部通風(fēng)存在的問(wèn)題。

2 局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)方式技術(shù)研究

2.1 技術(shù)原理

風(fēng)流任一斷面上能量(機(jī)械能)由熱能、位能和動(dòng)能三部分組成,在通風(fēng)測(cè)量中以壓力的形式出現(xiàn),這三部分能量分別表示為靜壓、位壓和動(dòng)壓。在風(fēng)流兩斷面之間,風(fēng)流總是從能量高的向能量低的方向流動(dòng)。若認(rèn)為流體不可壓縮,則密度不變,那么單位質(zhì)量流體的伯努利方程表達(dá)式為:

式中:hf1－2——兩斷面之間損失阻力,Pa;

P1、P2——斷面1和斷面2的靜壓,Pa;

ρ——斷面1到斷面2的平均空氣密度,kg/ m3;

V1、V2——斷面1和斷面2的空氣流動(dòng)速度,m/s;

Z1、Z2——斷面1和斷面2的標(biāo)高,m。

局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)方式的技術(shù)正是利用風(fēng)流總是從能量高的向能量低的方向流動(dòng)這一原理,利用礦井主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓,借助風(fēng)筒、風(fēng)障、導(dǎo)風(fēng)板等設(shè)施把進(jìn)風(fēng)流新鮮空氣引入掘進(jìn)工作面或回風(fēng)流,其通風(fēng)量取決于可利用的風(fēng)壓和風(fēng)路風(fēng)阻。

2.2 技術(shù)研究

在N3702中部一號(hào)上山、N3702中部三號(hào)上山、N3702運(yùn)輸巷下段和N2808輔助運(yùn)輸巷通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,在隔斷掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)流與回風(fēng)流的通風(fēng)設(shè)施上安裝一個(gè)防逆流鐵風(fēng)筒,利用自動(dòng)導(dǎo)向風(fēng)筒將防逆流鐵風(fēng)筒與原有風(fēng)筒相連接,當(dāng)主、輔局部通風(fēng)機(jī)因故停止運(yùn)行時(shí),自動(dòng)切換至全風(fēng)壓通風(fēng)方式,持續(xù)向掘進(jìn)工作面供風(fēng)。掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)方式的技術(shù)示意圖如圖1所示。

圖1 掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)方式的技術(shù)示意圖

2.3 相關(guān)參數(shù)考察

礦井在符合實(shí)施局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)方式技術(shù)條件的N3702中部一號(hào)上山、N3702中部三號(hào)上山、N3702運(yùn)輸巷下段和N2808輔助運(yùn)輸巷進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)用,同時(shí)對(duì)通風(fēng)設(shè)施壓差、風(fēng)筒及巷道的風(fēng)阻等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了考察。

2.3.1 通風(fēng)設(shè)施壓差

通風(fēng)設(shè)施進(jìn)回風(fēng)側(cè)的壓差大小直接關(guān)系到全風(fēng)壓通風(fēng)方式的通風(fēng)效果,壓差與全風(fēng)壓通風(fēng)風(fēng)量成反比,即壓差越大風(fēng)量越大,壓差越小則風(fēng)量越小。對(duì)目前渝陽(yáng)煤礦各水平通風(fēng)設(shè)施進(jìn)風(fēng)側(cè)和回風(fēng)側(cè)的壓差進(jìn)行實(shí)測(cè),具體情況見(jiàn)表1。

表1 各水平進(jìn)回風(fēng)流之間通風(fēng)設(shè)施壓差情況表

2.3.2 風(fēng)筒及巷道的風(fēng)阻

風(fēng)筒及巷道的風(fēng)阻與全風(fēng)壓通風(fēng)風(fēng)量成反比,即風(fēng)阻越大,風(fēng)量越小;而風(fēng)阻越小,風(fēng)量就越大。

(1)摩擦阻力計(jì)算:

式中:hf——巷道或風(fēng)筒摩擦阻力,Pa;

α——巷道或風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù), N·s2/m4;

L——巷道或風(fēng)筒長(zhǎng)度,m;

U——巷道或風(fēng)筒周長(zhǎng);m;

S——巷道或風(fēng)筒斷面積,m2;

Q——巷道或風(fēng)筒風(fēng)量,m3/min。

(2)風(fēng)筒百米風(fēng)阻計(jì)算:

式中:R100——風(fēng)筒百米風(fēng)阻,N·s2/m8;

R——風(fēng)筒總風(fēng)阻,N·s2/m3。

(3)掘進(jìn)工作面實(shí)施全風(fēng)壓通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算:

式中:h——通風(fēng)設(shè)施進(jìn)回風(fēng)側(cè)壓差,Pa。

目前礦井有北二東區(qū)三號(hào)集中回風(fēng)巷和N3704矸倉(cāng)聯(lián)絡(luò)巷處于停掘進(jìn)狀態(tài),實(shí)施了全風(fēng)壓通風(fēng)。巷道摩擦阻力系數(shù)根據(jù)礦井通風(fēng)阻力測(cè)定,裸巷摩擦阻力系數(shù)取0.011 N·s2/m4,計(jì)算出巷道風(fēng)阻;直通鐵風(fēng)筒連接、軟質(zhì)風(fēng)筒無(wú)轉(zhuǎn)彎的情況下,風(fēng)筒百米風(fēng)阻取21.653 N·s2/m8,防逆流鐵風(fēng)筒連接、軟質(zhì)風(fēng)筒有兩處轉(zhuǎn)彎的情況下,風(fēng)筒百米風(fēng)阻取34.183 N·s2/m8。全風(fēng)壓通風(fēng)阻力計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 全風(fēng)壓通風(fēng)阻力計(jì)算表

2.3.3 考察結(jié)果

由于巷道風(fēng)阻相比風(fēng)筒風(fēng)阻非常小,因此在計(jì)算時(shí)忽略不計(jì),同時(shí)按式(4)計(jì)算出各水平全風(fēng)壓通風(fēng)不同距離時(shí)的供風(fēng)量,即得出各水平風(fēng)壓、供風(fēng)距離和風(fēng)量之間的關(guān)系,為實(shí)施局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)方式技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐,各水平全風(fēng)壓通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算見(jiàn)表3。同一水平通風(fēng)路線(xiàn)基本相同,根據(jù)供風(fēng)距離和風(fēng)量得出各水平供風(fēng)距離和風(fēng)量關(guān)系,見(jiàn)圖2。

表3 各水平負(fù)壓通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算表

圖2 各水平全風(fēng)壓通風(fēng)供風(fēng)距離與風(fēng)量的關(guān)系圖

2.3.4 技術(shù)實(shí)施及效果

N2808輔助運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面出現(xiàn)過(guò)主、輔局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)停止運(yùn)行并造成了瓦斯超限,礦井逐步在N3702中部一號(hào)上山、N3702運(yùn)輸巷下段和N3702中部三號(hào)上山和N2808輔助運(yùn)輸巷等有條件實(shí)施的防突掘進(jìn)工作面進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)用,一個(gè)月后N3702中部一號(hào)上山、N3702運(yùn)輸巷下段、N3702中部三號(hào)上山和N2808輔助運(yùn)輸巷均未發(fā)生主、輔局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)停止運(yùn)行造成的瓦斯超限,局部通風(fēng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)方式的技術(shù)在主、輔局部通風(fēng)機(jī)同時(shí)停止運(yùn)行造成瓦斯超限、瓦斯積聚的技術(shù)防治方面效果十分明顯,具體見(jiàn)表4。

表4 各掘進(jìn)工作面實(shí)施自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全風(fēng)壓通風(fēng)技術(shù)前后的風(fēng)量、瓦斯情況

3 結(jié)論

(1)礦井負(fù)壓通風(fēng)技術(shù)的新應(yīng)用在掘進(jìn)工作面主、輔局部通風(fēng)機(jī)都因故停止運(yùn)行的情況下自動(dòng)切換至負(fù)壓通風(fēng),持續(xù)向掘進(jìn)工作面供風(fēng),控制了由于局部通風(fēng)機(jī)停止工作造成掘進(jìn)工作面瓦斯積聚、瓦斯超限事故的發(fā)生,效果十分明顯。

(2)礦井負(fù)壓通風(fēng)技術(shù)的新應(yīng)用僅適用于進(jìn)、回風(fēng)流之間有通風(fēng)設(shè)施,有一定相對(duì)壓差的掘進(jìn)工作面,在無(wú)通風(fēng)設(shè)施掘進(jìn)工作面將無(wú)法實(shí)施。

(3)減少了瓦斯超限、積聚排放的安全風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)減少了對(duì)生產(chǎn)的影響時(shí)間,潛在效益大。

(4)礦井負(fù)壓通風(fēng)技術(shù)的新應(yīng)用風(fēng)量大小取決于進(jìn)、回風(fēng)流之間通風(fēng)設(shè)施的壓差及風(fēng)筒和巷道的風(fēng)阻大小,本次研究?jī)H考察當(dāng)前礦井通風(fēng)狀況下的全風(fēng)壓通風(fēng)風(fēng)量與通風(fēng)距離的關(guān)系,在不同通風(fēng)狀況下應(yīng)重新考察、計(jì)算。

[1] 張國(guó)樞等.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2007

[2] 王圣祥,王欽恒.負(fù)壓通風(fēng)技術(shù)在井下生產(chǎn)實(shí)踐中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2012(2)

[3] 孫森,夏仕柏等.高瓦斯煤巷掘進(jìn)全負(fù)壓通風(fēng)技術(shù)探討[J].中國(guó)煤炭,2001(11)

[4] 謝華東.長(zhǎng)距離單臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)參數(shù)的選擇及管理[J].中國(guó)煤炭,2004(3)

[5] 鮑慶國(guó),毛允德.智能礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)煤炭,2014(6)

[6] 楊本生,劉杰等.千米深井建井期間風(fēng)庫(kù)接力通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭,2012(9)

[7] 馮雪清.礦用對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的變頻改造[J].中國(guó)煤炭,2008(9)

[8] 雷云,周明磊等.三進(jìn)兩回通風(fēng)系統(tǒng)采空區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律及其治理研究[J].中國(guó)煤炭,2012(10)

(責(zé)任編輯 張艷華)

Research on local ventilation automatically converting to full pressure ventilation

Liao Li,Tao Guoce,Fan Yin,Zhou You
(Yuyang Coal Mine,Chongqing Songzao Coal Electricity Co.,Ltd.,Qijiang,Chongqing 401448,China)

Because of simultaneous power off and other malfunctions,the main and auxiliary local air blowers cannot work smoothly at driving working face in Yuyang Coal Mine,leading to off-blast,and gas accumulation even gas overrun.In this paper,the principle of local ventilation converting to full pressure ventilation was analyzed.And a general rule was summarized for full pressure ventilation after the corresponding parameters were measured and calculated.

local ventilation,automatic converting,full pressure ventilation,off-blast,ventilation tunneling faces

TD722

A

廖禮(1985－),男,四川威遠(yuǎn)人,工程師,注冊(cè)安全工程師,主要從事煤礦通風(fēng)安全及瓦斯防治工作。