局部通风自动转换为全风压通风方式的技术研究

廖 礼 陶国策 樊 引 周 游

(重庆松藻煤电有限责任公司渝阳煤矿,重庆市綦江区,401448)

局部通风自动转换为全风压通风方式的技术研究

廖 礼 陶国策 樊 引 周 游

(重庆松藻煤电有限责任公司渝阳煤矿,重庆市綦江区,401448)

针对渝阳煤矿掘进工作面由于停电或其他故障等造成主、辅局部通风机同时停止工作,导致工作面停风引起瓦斯超限、积聚的情况,分析了局部通风自动转换为全风压通风方式的技术原理,对全风压通风方式相关参数进行测定、计算,总结出风筒全风压通风方式的一般规律。

局部通风 自动转换 全风压通风 停风 掘进工作面通风

1 矿井通风现状

1.1 矿井通风概况

渝阳煤矿地处重庆綦江区安稳镇杨地湾,属重庆能源投资集团下属的松藻煤电有限责任公司,产量90万t/a。矿井开采M7－2、M8、M11煤层,主采M8煤层,煤层厚约2.35 m。＋290 m水平正在开采,＋150 m水平和－60 m水平正在开拓延伸,－60 m水平通风路线达12000 m。矿井采用机械抽出式通风,矿井有金鸡岩回风平硐、阳地湾回风斜井和合掌坡回风斜井3个回风井。金鸡岩回风平硐安装一台FBCDZ№24(2×315 k W)型对旋轴流式通风机,通风机叶片角度为＋1.5°,风量为5958 m3/min,负压2.15 kPa;阳地湾回风斜井安装两台FBCDZ№30(2×450 k W)型对旋轴流式通风机,目前通风机叶片安装角度为－3°,风量7881 m3/min,负压2.27 k Pa;合掌坡回风斜井安装两台FBCDZ№32(2×560 k W)型对旋轴流式通风机,目前通风机叶片安装角度为±0°,风量11605 m3/min,负压2.860 k Pa。

1.2 局部通风存在的问题

掘进工作面均采用局部压入式通风机通风。N3702中部一号上山和N3702中部三号上山为揭煤掘进工作面,N3702运输巷下段和N2808辅助运输巷为煤巷掘进工作面,在其进、回风风流之门设置防突风门,采用双风机、双电源配置,但是N2808辅助运输巷仍然出现了主、辅局部通风机同时停电或是故障导致工作面停风引起瓦斯超限,特别是煤层掘进巷道瓦斯涌出量大、积聚浓度特别高,甚至达到瓦斯爆炸极限浓度。在恢复正常生产前要花费大量的人力、物力、财力和时间去排放瓦斯,且危险系数极大。因此本文提出研究局部通风自动转换全风压通风方式技术,以解决目前局部通风存在的问题。

2 局部通风自动转换为全风压通风方式技术研究

2.1 技术原理

风流任一断面上能量(机械能)由热能、位能和动能三部分组成,在通风测量中以压力的形式出现,这三部分能量分别表示为静压、位压和动压。在风流两断面之间,风流总是从能量高的向能量低的方向流动。若认为流体不可压缩,则密度不变,那么单位质量流体的伯努利方程表达式为:

式中:hf1－2——两断面之间损失阻力,Pa;

P1、P2——断面1和断面2的静压,Pa;

ρ——断面1到断面2的平均空气密度,kg/ m3;

V1、V2——断面1和断面2的空气流动速度,m/s;

Z1、Z2——断面1和断面2的标高,m。

局部通风自动转换为全风压通风方式的技术正是利用风流总是从能量高的向能量低的方向流动这一原理,利用矿井主要通风机的风压,借助风筒、风障、导风板等设施把进风流新鲜空气引入掘进工作面或回风流,其通风量取决于可利用的风压和风路风阻。

2.2 技术研究

在N3702中部一号上山、N3702中部三号上山、N3702运输巷下段和N2808辅助运输巷通风系统的基础上,在隔断掘进工作面进风流与回风流的通风设施上安装一个防逆流铁风筒,利用自动导向风筒将防逆流铁风筒与原有风筒相连接,当主、辅局部通风机因故停止运行时,自动切换至全风压通风方式,持续向掘进工作面供风。掘进工作面局部通风自动转换为全风压通风方式的技术示意图如图1所示。

图1 掘进工作面局部通风自动转换为全风压通风方式的技术示意图

2.3 相关参数考察

矿井在符合实施局部通风自动转换为全风压通风方式技术条件的N3702中部一号上山、N3702中部三号上山、N3702运输巷下段和N2808辅助运输巷进行了实际运用,同时对通风设施压差、风筒及巷道的风阻等相关参数进行了考察。

2.3.1 通风设施压差

通风设施进回风侧的压差大小直接关系到全风压通风方式的通风效果,压差与全风压通风风量成反比,即压差越大风量越大,压差越小则风量越小。对目前渝阳煤矿各水平通风设施进风侧和回风侧的压差进行实测,具体情况见表1。

表1 各水平进回风流之间通风设施压差情况表

2.3.2 风筒及巷道的风阻

风筒及巷道的风阻与全风压通风风量成反比,即风阻越大,风量越小;而风阻越小,风量就越大。

(1)摩擦阻力计算:

式中:hf——巷道或风筒摩擦阻力,Pa;

α——巷道或风筒摩擦阻力系数, N·s2/m4;

L——巷道或风筒长度,m;

U——巷道或风筒周长;m;

S——巷道或风筒断面积,m2;

Q——巷道或风筒风量,m3/min。

(2)风筒百米风阻计算:

式中:R100——风筒百米风阻,N·s2/m8;

R——风筒总风阻,N·s2/m3。

(3)掘进工作面实施全风压通风风量计算:

式中:h——通风设施进回风侧压差,Pa。

目前矿井有北二东区三号集中回风巷和N3704矸仓联络巷处于停掘进状态,实施了全风压通风。巷道摩擦阻力系数根据矿井通风阻力测定,裸巷摩擦阻力系数取0.011 N·s2/m4,计算出巷道风阻;直通铁风筒连接、软质风筒无转弯的情况下,风筒百米风阻取21.653 N·s2/m8,防逆流铁风筒连接、软质风筒有两处转弯的情况下,风筒百米风阻取34.183 N·s2/m8。全风压通风阻力计算见表2。

表2 全风压通风阻力计算表

2.3.3 考察结果

由于巷道风阻相比风筒风阻非常小,因此在计算时忽略不计,同时按式(4)计算出各水平全风压通风不同距离时的供风量,即得出各水平风压、供风距离和风量之间的关系,为实施局部通风自动转换为全风压通风方式技术提供理论依据和技术支撑,各水平全风压通风风量计算见表3。同一水平通风路线基本相同,根据供风距离和风量得出各水平供风距离和风量关系,见图2。

表3 各水平负压通风风量计算表

图2 各水平全风压通风供风距离与风量的关系图

2.3.4 技术实施及效果

N2808辅助运输巷掘进工作面出现过主、辅局部通风机同时停止运行并造成了瓦斯超限,矿井逐步在N3702中部一号上山、N3702运输巷下段和N3702中部三号上山和N2808辅助运输巷等有条件实施的防突掘进工作面进行了实际运用,一个月后N3702中部一号上山、N3702运输巷下段、N3702中部三号上山和N2808辅助运输巷均未发生主、辅局部通风机同时停止运行造成的瓦斯超限,局部通风自动转换为全风压通风方式的技术在主、辅局部通风机同时停止运行造成瓦斯超限、瓦斯积聚的技术防治方面效果十分明显,具体见表4。

表4 各掘进工作面实施自动转换为全风压通风技术前后的风量、瓦斯情况

3 结论

(1)矿井负压通风技术的新应用在掘进工作面主、辅局部通风机都因故停止运行的情况下自动切换至负压通风,持续向掘进工作面供风,控制了由于局部通风机停止工作造成掘进工作面瓦斯积聚、瓦斯超限事故的发生,效果十分明显。

(2)矿井负压通风技术的新应用仅适用于进、回风流之间有通风设施,有一定相对压差的掘进工作面,在无通风设施掘进工作面将无法实施。

(3)减少了瓦斯超限、积聚排放的安全风险,同时减少了对生产的影响时间,潜在效益大。

(4)矿井负压通风技术的新应用风量大小取决于进、回风流之间通风设施的压差及风筒和巷道的风阻大小,本次研究仅考察当前矿井通风状况下的全风压通风风量与通风距离的关系,在不同通风状况下应重新考察、计算。

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(责任编辑 张艳华)

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

廖礼(1985－),男,四川威远人,工程师,注册安全工程师,主要从事煤矿通风安全及瓦斯防治工作。