井下危险区域选择救援基地的重要原则

程 岩,程允科

(1.山西焦煤集团杜尔坪煤矿,太原 030022;2.运城职业技术学院,山西 运城 044000)

井下危险区域选择救援基地的重要原则

程 岩1,程允科2

(1.山西焦煤集团杜尔坪煤矿,太原 030022;2.运城职业技术学院,山西 运城 044000)

井下救援基地是一线抢险人员生命保障的重要支撑,基地位置选择不当将受到二次冲击波破坏效应的影响。以掘进工作面产生的二次冲击波历经掘进巷、联络巷和两个回采工作面多路传播为实例进行了衰减估算,分析了二次冲击波经不同分岔或拐弯巷道时衰减程度和破坏效应对基地选择的影响,找出了灾区周围受冲击波影响较小的巷道作为基地,为一线抢险指挥员选择基地提供了方法与思路。

井下安全;救援基地;二次冲击波衰减

设置井下基地的目的是灾区救援人员的装备仪器发生故障或灾区发生二次爆炸待机小队能以最短时间进入救援,故要求基地距灾区较近且又能避开二次冲击波破坏效应区域,而靠近灾区的某些巷道或硐室能具备这些基本要求。这些巷道或硐室的位置与二次冲击波起源地及在直线、分岔和拐弯巷道中传播、衰减有密切关系,如何确定这些巷道或硐室将非常重要。井下救援基地位置的选择有以下几个基本要素:支护良好;离灾区内部救援人员最近;风流中有害气体符合规定;有供水施救、压风自救两个生命线时最好;能快速进入增援或撤退时路径短并且减少其他障碍物。

1 冲击波与不同分岔或拐弯巷道的碰撞传播和衰减

冲击波在不同介质与不同约束条件下具有不同的传播规律。巷道有直线、拐弯、分岔、断面突变(渐变)等情况,造成冲击波衰减相应发生变化[1]。表现在:1)冲击波在直线巷道中传播是单调衰减,衰减到不产生破坏效应的距离和爆源性质有关。2)当遇到巷道分岔或转弯处时反射叠加,由平面波变成曲面波,压力分布复杂。3)冲击波在转弯的外壁处出现加大的压力峰值,破坏较大。4)遇巷道截面突然增大或变小时压力相应发生变化。

冲击波与不同角度巷道碰撞后出现衰减,衰减系数越大,冲击波受到阻碍就越大,强度削弱就明显[2]。削弱后的冲击波对巷道、设备和人员的伤害就相应减小,对基地的选择就有利。冲击波经过不同分岔和拐弯巷道后衰减系数,如表1所示。

表1冲击波通过不同分岔和拐弯巷道衰减系数
Table 1 Attenuation coefficient when shock wave passing different fork and curve roadways

2 巷道截面变化对冲击波衰减的影响

冲击波衰减与巷道截面突变或渐变有关。当冲击波沿固定断面直线巷道传播突然进入小断面巷道时增加了冲击波压力,截面处压力峰值瞬间超压,单位能量增大,造成的破坏就大;遇断面逐渐变小的巷道时,压力峰值和波速逐渐增大,变化幅度不大;遇巷道断面突然加大或逐渐变大时,压力峰值、波速出现降低趋势。因此,应尽可能选取较大断面巷道作为基地也是考虑因素之一。

3 待机人员在基地空间的安全位置

图2 内外壁与冲击波传播方向图Fig. 2 Spreading direction of shock wave with inside and outside walls

4 基地选择案例

图3为二次冲击波串并联传播示意图。二次冲击波起源于掘进工作面火灾或瓦斯事故处理过程A处。一路经AB—BC—CI—IG—GF—F点,一路经AD—DE—DH—HF—F点,两路先后或同时到达F处。假设:巷道长度较短,断面相同,壁面光滑,冲击波在巷道中传播的衰减不计,仅考虑在分岔或拐弯处衰减,A处产生的冲击波强度值设为1个单位,试确定基地位置。

将冲击波遇各种分岔和拐弯巷道衰减系数计算列于各巷道段冲击波衰减强度一览表,如表2所示。从表中各巷道衰减对比看出,CI巷道段冲击波强度衰减程度较大,已降低到0.121个单位,并且该巷道离灾区A处救援人员较近,因此,该段应作为首选基地。

图3 二次冲击波串并联传播示意图Fig.3 Parallel spreading direction of shock wave

巷道分段衰减前强度强度单位弯道形式衰减系数衰减后强度AB1个2.90.344BC0.344个1.30.264CI0.264个2.20.121AD1个1.60.625DI0.625个2.90.215DE0.625个1.60.391EH0.391个2.90.134

注:冲击波进入弯道前的强度称为衰减前强度,经过弯道后的强度称为各巷道的衰减强度。

5 结束语

1)开采易燃煤层时,若将表1中冲击波衰减系数较大的分岔或拐弯巷道形式运用在采掘工作面,能够在第一时间削弱冲击波的破坏效应,有助于救援人员的安全。

2)井下救援基地应选择在离灾区最近且二次冲击波破坏效应较小的区域。

3)从冲击波衰减实例计算看出,冲击波绕过的弯道(或障碍物)越多,强度削弱就越大,破坏效应区域就越小。以灾区最近为目标,对灾区内部紧急增援有非常重要意义。

4)待机人员应处在基地空间内侧壁下方位置(按冲击波在基地传播方向的右手侧),避免处于断面中部或外侧壁,同时尽量避免基地断面突然小于冲击波传播方向的巷道断面。

[1] 江丙友, 林柏权,朱传杰,等.瓦斯爆炸冲击波在并联巷道中传播特性的数值模拟[J]. 燃烧科学与技术,2011,17(3):250-254.

JIANG Bingyou,LIN Baiquan,ZHU Chuanjie,etal.Numerical Simulation on Shock Wave Propagation Characteristics of Gas Explosion in Parallel Roadway[J].Journal of Combustion Science and Technology,2011,17(3):250-254.

[2] 王海燕,曹涛,周心权,等.煤矿瓦斯爆炸冲击波衰减规律研究与应用[J].煤炭学报,2009(6):778-782.

WANG Haiyan,CAO Tao,ZHOU Xinquan,etal.Research and Application of Attenuation Law about Gas Explosion Shock Wave in Coalmine[J].Journal of China Coal Society,2009(6):778-782.

PrinciplesofRescueBaseSelectionforDangerousRegioninMines

CHENG Yan1; CHENG Yunke2

(1.DuerpingMine,ShanxiCokingCoalGroup,Taiyuan030022,China; 2.TeachingMine,YunchengPolytechnicCollege,Yuncheng044000,China)

Rescue base is of importance to guarantee the safety of emergency rescue personnel. Wrong location of the rescue base is liable to be damaged by the second shock wave. Attenuation was estimated to study the effect of attenuation degree and fracturing on the base selection when the second shock passing through fork and curve roadways, taking multi-path spread of the second shock through driving roadway, crossheading, and two caving faces. The roadway affected by smaller shock waves was selected as the rescue base. The study could provide commanders one selection method for the emergency rescue base.

safety in mine;rescue base;second shock attenuation

TD79

A

吕梁学院青年基金项目(ZRQN201607)

1672-5050(2017)02-0062-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.017

2016-12-13

程岩(1988-),男,山西运城人,大学本科,助理工程师,从事煤矿综采工作。

(编辑:武晓平)

文章编号:1672-5050(2017)02-0065-03

DOI：10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.018

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2017-01-16