風水引射器三位一體綜合治理技術的研究應用

摘要：本文分析了回采工作面上隅角有害氣體積聚的原因以及

目前解決這一問題的方法和存在問題；對其研制的風水引射器系統的應用效果進行了考察，肯定了該系統在生產中應用的有效性。

關鍵詞：上隅角有害氣體風水引射器

0 引言

隨著科學技術的發展，采煤工藝機械化程度越來越高，隨之而來的煤塵、瓦斯、火災等礦井自然災害日益阻礙著現場的作業環境。煤礦井下回采工作面上隅角瓦斯積聚造成的瓦斯濃度超限、影響工作面的正常生產，是礦井生產中常見的、難以解決的問題。經過反復的試驗，采用風水引射器對工作面進行三位一體綜合治理，使現場的惡劣的作業條件得到一定程度的緩解，從而促進了煤礦開采技術的快速發展。

1 風水引射器提出的背景

山西三元煤業股份有限公司2303工作面采用了U型后退式通風系統，由于特定的地理條件給回采工作帶來許多不利因素。該通風系統的進風流到達工作面時，由于風流的拐彎而造成回風隅角的風量減少，以及漏風而帶來瓦斯積聚在回風隅角，在回風隅角形成渦流區，造成工作面上隅角瓦斯等有害氣體濃度大，容易超限，制約著工作面的安全生產。為了減小回風隅角渦流區空間，從而減少瓦斯等有害氣體的積聚，可以通過加大風速，為工作面提供足夠大的風量來減小渦流區瓦斯積聚的范圍；隨著風量的加大，積存在上隅角的有害氣體會被風流稀釋、沖淡并排到回風巷；但對于2303特定的地質環境，加大風速必然會使進入采空區的射流加大，從而使“三帶”之中的氧化帶處于富氧狀態，使本來就形勢嚴峻的“孤島”防火工作更加困難，因此，這種方法對2303面的防災是極為不利的，經過反復試驗，我們提出了采用風水引射器三位一體對工作面進行綜合治理。

2 風水引射器的結構與主要做法

風水引射器用3mm鋼板制作，將鋼板圈成圓柱形狀，將縫隙對焊而成，主體部分施工要求：①將長300mm直徑分別為108mm與75mm的兩段鐵管套在一起焊接為一體，管口在用鐵板密封焊接，使其外觀為一圓柱體。②將Φ20mm的進水管與Φ108mm鐵管內部連通并在壁面焊接，同時將Φ20mm的進風管穿透Φ108mm的鐵管與Φ75mm的鐵管連通且密封焊接，并且在Φ75mm的鐵管上開孔作為進水孔。③在引射器主體部分的左側焊接三個噴頭，噴頭大小為Φ20mm，其根部與Φ75mm的鐵管內部焊接。

3 風水引射器的主要工作原理

風水引射器安裝在回風隅角處，噴頭朝向渦流區，負壓區一側朝向回風巷，與回風順槽平行放置，且隨著工作面的推進人工前移。

高壓水流（1.2～2.5MP）通過進水管進入Φ108mm的鐵管內，通過進水孔射入Φ75mm的鐵管內；高壓風流（0.4～1MP）直接射入Φ75mm的鐵管將水流霧化，形成高速射流從三個噴頭同時噴出，周圍靜止的空氣被卷入射流并向前運動，引射器主體部分右側就會形成負壓區，由于壓力差的存在，周圍的空氣會向負壓區流動，從而有源源不斷的氣流射向回風隅角，積聚在此的有害氣體在高速噴霧的沖擊下開始流動，從而使此處的氣體達到動態循環，最終實現排放有害氣體的目的。

4 風水引射器三位一體的治理效果以及技術特點

自從采用風水引射器以來，工作面局部惡劣的環境得到了有效的治理；實踐證明，風水引射器具備以下特點：

①稀釋了回風隅角的有害氣體，增加了氧氣的濃度。回風隅角屬于氣流的渦流區，煤炭自燃產生的一氧化碳以及從老空區排出的瓦斯等有害氣體都積存于此，為工作面的安全生產構成了極大的威脅，使用風水引射器后，高速水霧氣流射向渦流區，達到排放有害氣體的目的。從而增加了回風隅角氧氣的濃度。②均壓防火，縮小了采空區氧化帶的長度。均壓防滅火是通過對井下風流的調整，改變有關巷道風壓的分布，均衡火區或采空區進、回風兩側的風壓，減少和杜絕漏風，使火區內空氣不產生流動和交換，斷絕氧源，達到窒息惰化火區或者抑制煤炭自然發火，做到堵風防漏，管風防火，以風治火。③噴射的水霧粒度適中，有利于吸粉捕塵。水流經過霧化成細微的水滴噴射于空中，它的捕塵作用有：a在霧化作用范圍內，高速流動的水滴與浮塵碰撞，將粉塵濕潤，使之在重力作用下沉。b高速度流動的霧體將其周圍的含塵空氣吸引到霧體內潤濕下沉。c將已沉落的塵粒粘結，使之不易飛揚。④引射器具有結構簡單、本身沒有運動部件，易于加工且成本較低、工作可靠、安裝維護方便。

5 科研結論

采用風水引射器對綜放工作面局部進行三位一體綜合治理，能有效的改善工作面作業環境，為礦井安全生產提供了科學的保障，增強了U型通風系統的穩定性，解決了工作面回風隅角有害氣體治理與采空區防火管理之間存在的矛盾，為凈化工作面提供了一個安全、科學的參考，對加強煤礦勞動保護，搞好安全文明生產，加速我國煤炭工業持續穩定地發展具有重要的現實意義，具有極大的推廣應用價值。

參考文獻：

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作者簡介：

廉普清（1964-），山西長治人，從事煤礦技術管理30多年，多項科技成果獲得獎勵。