局部通風自動轉換為全風壓通風方式的技術研究

廖 禮 陶國策 樊 引 周 游

(重慶松藻煤電有限責任公司渝陽煤礦,重慶市綦江區,401448)

局部通風自動轉換為全風壓通風方式的技術研究

廖 禮 陶國策 樊 引 周 游

(重慶松藻煤電有限責任公司渝陽煤礦,重慶市綦江區,401448)

針對渝陽煤礦掘進工作面由于停電或其他故障等造成主、輔局部通風機同時停止工作,導致工作面停風引起瓦斯超限、積聚的情況,分析了局部通風自動轉換為全風壓通風方式的技術原理,對全風壓通風方式相關參數進行測定、計算,總結出風筒全風壓通風方式的一般規律。

局部通風 自動轉換 全風壓通風 停風 掘進工作面通風

1 礦井通風現狀

1.1 礦井通風概況

渝陽煤礦地處重慶綦江區安穩鎮楊地灣,屬重慶能源投資集團下屬的松藻煤電有限責任公司,產量90萬t/a。礦井開采M7－2、M8、M11煤層,主采M8煤層,煤層厚約2.35 m。＋290 m水平正在開采,＋150 m水平和－60 m水平正在開拓延伸,－60 m水平通風路線達12000 m。礦井采用機械抽出式通風,礦井有金雞巖回風平硐、陽地灣回風斜井和合掌坡回風斜井3個回風井。金雞巖回風平硐安裝一臺FBCDZ№24(2×315 k W)型對旋軸流式通風機,通風機葉片角度為＋1.5°,風量為5958 m3/min,負壓2.15 kPa;陽地灣回風斜井安裝兩臺FBCDZ№30(2×450 k W)型對旋軸流式通風機,目前通風機葉片安裝角度為－3°,風量7881 m3/min,負壓2.27 k Pa;合掌坡回風斜井安裝兩臺FBCDZ№32(2×560 k W)型對旋軸流式通風機,目前通風機葉片安裝角度為±0°,風量11605 m3/min,負壓2.860 k Pa。

1.2 局部通風存在的問題

掘進工作面均采用局部壓入式通風機通風。N3702中部一號上山和N3702中部三號上山為揭煤掘進工作面,N3702運輸巷下段和N2808輔助運輸巷為煤巷掘進工作面,在其進、回風風流之門設置防突風門,采用雙風機、雙電源配置,但是N2808輔助運輸巷仍然出現了主、輔局部通風機同時停電或是故障導致工作面停風引起瓦斯超限,特別是煤層掘進巷道瓦斯涌出量大、積聚濃度特別高,甚至達到瓦斯爆炸極限濃度。在恢復正常生產前要花費大量的人力、物力、財力和時間去排放瓦斯,且危險系數極大。因此本文提出研究局部通風自動轉換全風壓通風方式技術,以解決目前局部通風存在的問題。

2 局部通風自動轉換為全風壓通風方式技術研究

2.1 技術原理

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

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的空氣流動速度,m/s;

Z1、Z2——斷面1和斷面2的標高,m。

局部通風自動轉換為全風壓通風方式的技術正是利用風流總是從能量高的向能量低的方向流動這一原理,利用礦井主要通風機的風壓,借助風筒、風障、導風板等設施把進風流新鮮空氣引入掘進工作面或回風流,其通風量取決于可利用的風壓和風路風阻。

2.2 技術研究

在N3702中部一號上山、N3702中部三號上山、N3702運輸巷下段和N2808輔助運輸巷通風系統的基礎上,在隔斷掘進工作面進風流與回風流的通風設施上安裝一個防逆流鐵風筒,利用自動導向風筒將防逆流鐵風筒與原有風筒相連接,當主、輔局部通風機因故停止運行時,自動切換至全風壓通風方式,持續向掘進工作面供風。掘進工作面局部通風自動轉換為全風壓通風方式的技術示意圖如圖1所示。

圖1 掘進工作面局部通風自動轉換為全風壓通風方式的技術示意圖

2.3 相關參數考察

礦井在符合實施局部通風自動轉換為全風壓通風方式技術條件的N3702中部一號上山、N3702中部三號上山、N3702運輸巷下段和N2808輔助運輸巷進行了實際運用,同時對通風設施壓差、風筒及巷道的風阻等相關參數進行了考察。

2.3.1 通風設施壓差

通風設施進回風側的壓差大小直接關系到全風壓通風方式的通風效果,壓差與全風壓通風風量成反比,即壓差越大風量越大,壓差越小則風量越小。對目前渝陽煤礦各水平通風設施進風側和回風側的壓差進行實測,具體情況見表1。

表1 各水平進回風流之間通風設施壓差情況表

2.3.2 風筒及巷道的風阻

風筒及巷道的風阻與全風壓通風風量成反比,即風阻越大,風量越小;而風阻越小,風量就越大。

(1)摩擦阻力計算:

式中:hf——巷道或風筒摩擦阻力,Pa;

α——巷道或風筒摩擦阻力系數, N·s2/m4;

L——巷道或風筒長度,m;

U——巷道或風筒周長;m;

S——巷道或風筒斷面積,m2;

Q——巷道或風筒風量,m3/min。

(2)風筒百米風阻計算:

式中:R100——風筒百米風阻,N·s2/m8;

R——風筒總風阻,N·s2/m3。

(3)掘進工作面實施全風壓通風風量計算:

式中:h——通風設施進回風側壓差,Pa。

目前礦井有北二東區三號集中回風巷和N3704矸倉聯絡巷處于停掘進狀態,實施了全風壓通風。巷道摩擦阻力系數根據礦井通風阻力測定,裸巷摩擦阻力系數取0.011 N·s2/m4,計算出巷道風阻;直通鐵風筒連接、軟質風筒無轉彎的情況下,風筒百米風阻取21.653 N·s2/m8,防逆流鐵風筒連接、軟質風筒有兩處轉彎的情況下,風筒百米風阻取34.183 N·s2/m8。全風壓通風阻力計算見表2。

表2 全風壓通風阻力計算表

2.3.3 考察結果

由于巷道風阻相比風筒風阻非常小,因此在計算時忽略不計,同時按式(4)計算出各水平全風壓通風不同距離時的供風量,即得出各水平風壓、供風距離和風量之間的關系,為實施局部通風自動轉換為全風壓通風方式技術提供理論依據和技術支撐,各水平全風壓通風風量計算見表3。同一水平通風路線基本相同,根據供風距離和風量得出各水平供風距離和風量關系,見圖2。

表3 各水平負壓通風風量計算表

圖2 各水平全風壓通風供風距離與風量的關系圖

2.3.4 技術實施及效果

N2808輔助運輸巷掘進工作面出現過主、輔局部通風機同時停止運行并造成了瓦斯超限,礦井逐步在N3702中部一號上山、N3702運輸巷下段和N3702中部三號上山和N2808輔助運輸巷等有條件實施的防突掘進工作面進行了實際運用,一個月后N3702中部一號上山、N3702運輸巷下段、N3702中部三號上山和N2808輔助運輸巷均未發生主、輔局部通風機同時停止運行造成的瓦斯超限,局部通風自動轉換為全風壓通風方式的技術在主、輔局部通風機同時停止運行造成瓦斯超限、瓦斯積聚的技術防治方面效果十分明顯,具體見表4。

表4 各掘進工作面實施自動轉換為全風壓通風技術前后的風量、瓦斯情況

3 結論

(1)礦井負壓通風技術的新應用在掘進工作面主、輔局部通風機都因故停止運行的情況下自動切換至負壓通風,持續向掘進工作面供風,控制了由于局部通風機停止工作造成掘進工作面瓦斯積聚、瓦斯超限事故的發生,效果十分明顯。

(2)礦井負壓通風技術的新應用僅適用于進、回風流之間有通風設施,有一定相對壓差的掘進工作面,在無通風設施掘進工作面將無法實施。

(3)減少了瓦斯超限、積聚排放的安全風險,同時減少了對生產的影響時間,潛在效益大。

(4)礦井負壓通風技術的新應用風量大小取決于進、回風流之間通風設施的壓差及風筒和巷道的風阻大小,本次研究僅考察當前礦井通風狀況下的全風壓通風風量與通風距離的關系,在不同通風狀況下應重新考察、計算。

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(責任編輯 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,四川威遠人,工程師,注冊安全工程師,主要從事煤礦通風安全及瓦斯防治工作。