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利用B 型通风方式治理瓦斯的理论计算与研究
2011-08-03
分析了“B”型通风方式的特点,采用模拟数据通风网络解算的方法确定“B”型通风的各巷 道风量及上隅角风压,确定了“B”型通风方式的风窗调节对上隅角及采空区漏风的影响,从理论上论证 “B”型通风的可行性和优点所在。
2006 年 6 月 矿 业 安 全 与 环 保 第 33 卷 第 3 期 利 用 B 型 通 风 方 式 治 理 瓦 斯 的 理 论 计 算 与 研 究 金 龙 哲 ,石 晶 ,刘 双 跃 ( 北 京 科 技 大 学 金 属 矿 山 高 效 开 采 与 安 全 教 育 部 重 点 实 验 室 ,北 京 100083) 摘 要 :分 析 了“ B”型 通 风 方 式 的 特 点 ,采 用 模 拟 数 据 通 风 网 络 解 算 的 方 法 确 定 “ B”型 通 风 的 各 巷 道 风 量 及 上 隅 角 风 压 ,确 定 了“ B”型 通 风 方 式 的 风 窗 调 节 对 上 隅 角 及 采 空 区 漏 风 的 影 响 ,从 理 论 上 论 证 “ B”型 通 风 的 可 行 性 和 优 点 所 在 。 关 键 词 :煤 矿 ;B 型 通 风 ;风 窗 调 节 ;采 空 区 漏 风 中 图 分 类 号 :TD724 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1008 - 4495(2006) 03 - 0028 - 03   大 水 头 煤 矿 是 靖 远 煤 业 有 限 责 任 公 司 下 属 的 大 形 成 一 个 字 母 B 的 形 状 ,故 称 为 B 型 通 风 系 统 。 型 一 次 采 全 高 综 采 放 顶 煤 煤 矿 ,煤 层 属 特 厚 煤 层 ,工 作 面 多 属 特 大 瓦 斯 涌 出 工 作 面 。 该 矿 的 采 煤 工 作 面 巷 道 布 置 以 前 一 直 采 用 U 型 通 风 方 式 ,而 随 着 开 采 深 度 的 不 断 延 深 ,矿 井 瓦 斯 压 力 及 煤 层 瓦 斯 含 量 急 剧 增 加 ,综 采 工 作 面 上 隅 角 及 回 风 巷 瓦 斯 频 繁 超 限 , 直 接 威 胁 着 矿 井 的 安 全 生 产 和 制 约 着 生 产 能 力 的 发 [ 1] 挥 。 由 于 矿 井 开 拓 、准 备 、生 产 的 接 替 时 间 及 投 入 资 金 不 足 等 多 种 因 素 的 影 响 ,上 隅 角 瓦 斯 积 聚 问 题 一 直 未 得 到 根 治 ,已 成 为 威 胁 矿 井 安 全 生 产 的 主 要 [ 2 ,3] 图 1B 型 通 风 方 式 示 意 图 问 题 之 一 。 新 的“ B”型 通 风 技 术 彻 底 解 决 了 以 上 问 题 。 该 B 型 通 风 系 统 控 制 采 空 区 瓦 斯 涌 出 的 过 程 为 : 当 回 风 顺 槽 瓦 斯 浓 度 过 高 时 ,减 小 风 窗 A 开 启 面 积 , 使 上 隅 角 及 工 作 面 压 力 降 低 ,抑 制 工 作 面 瓦 斯 涌 出 , 同 时 瓦 斯 排 放 巷 风 量 增 大 ,瓦 斯 排 放 量 增 加 ,从 而 调 节 了 回 风 顺 槽 瓦 斯 涌 出 量 及 瓦 斯 浓 度 ;当 向 外 排 放 的 瓦 斯 浓 度 过 高 (超 过 1 %时 ) ,通 过 调 节 回 风 平 巷 的 风 窗 B 加 大 回 风 平 巷 进 入 的 新 鲜 风 流 来 中 和 排 放 的 瓦 斯 ,使 之 达 到 排 放 标 准 。 技 术 在 大 水 头 煤 矿 东 103 综 放 面 瓦 斯 危 害 治 理 中 发 [ 1] ,实 现 了 安 全 高 效 生 产 ,实 践 证 明 挥 了 良 好 的 作 用 了 新 的“ B”型 通 风 技 术 在 理 论 上 的 可 行 性 。 1  “ B”型 通 风 方 式 图 1 为 新 的 B 型 通 风 方 式 的 示 意 图 ,由 于 在 回 风 平 巷 中 设 置 了 一 个 风 窗 B ,在 必 要 的 时 候 将 此 风 窗 打 开 ,向 总 排 放 口 加 入 新 鲜 风 流 ,并 不 断 地 调 节 风 窗 开 启 面 积 使 得 专 用 瓦 斯 排 放 巷 和 回 风 顺 槽 内 的 瓦 斯 在 排 出 时 浓 度 降 低 至 1 %以 下 。 这 一 设 计 在 以 往 的 传 统 通 风 方 式 中 是 不 存 在 的 ,整 个 井 下 通 风 风 路 2   理 论 解 算 的 一 些 假 定 和 计 算 参 数 设 定 由 于 B 型 通 风 系 统 是 一 个 较 新 型 的 通 风 系 统 , 所 以 有 必 要 用 理 论 计 算 的 方 法 来 证 明 B 型 通 风 方 式 的 理 论 可 行 性 ,为 这 种 新 型 通 风 方 式 找 出 理 论 依 据 。 需 要 说 明 的 是 :由 于 进 行 的 是 理 论 计 算 验 证 ,为 便 于   收 稿 日 期 :2005 - 08 - 26 ;2005 - 12 - 16 修 回 [ 4 ,5] 。 基 金 项 目 :北 京 市 教 育 委 员 会 共 建 项 目 (XK100080432) 作 者 简 介 :金 龙 哲 (1963 — ) ,男 ,吉 林 汪 清 人 ,博 士 ,北 京 计 算 ,在 计 算 中 采 用 了 一 些 必 要 的 假 定 和 忽 略 假 定 如 下 : 科 技 大 学 土 木 与 环 境 工 程 学 院 副 院 长 ,教 授 ,博 导 ,主 要 从 事 1 ) 各 巷 道 阻 力 值 沿 走 向 平 均 分 布 ,忽 略 部 分 冒 安 全 工 程 、环 境 工 程 等 方 面 的 教 学 和 研 究 工 作 。 落 以 及 粗 糙 壁 面 等 影 响 因 素 ; 风 28 风 2006 年 6 月 矿 业 安 全 与 环 保 第 33 卷 第 3 期 2 ) 假 定 各 巷 道 不 存 在 局 部 漏 风 的 现 象 或 漏 风 量 较 小 ; 3 ) 在 考 虑 漏 风 的 理 论 计 算 中 假 定 各 漏 风 风 路 集 合 成 一 条 漏 风 风 路 ,方 向 由 工 作 面 进 风 口 至 工 作 面 上 隅 角 ; 4 ) 假 定 总 进 风 量 波 动 不 大 ,近 似 恒 定 不 变 ; ) 假 定 在 设 有 风 窗 的 巷 道 中 的 风 窗 关 闭 时 ,该 5 巷 道 内 没 有 涡 流 ,即 风 量 为 零 。 图 3 不 考 虑 采 空 区 漏 风 ,A 风 窗 全 开 情 况 下 的 B 型 通 风 方 式 示 意 图 3 3 模 拟 数 据 的 网 络 解 算 . 1 不 考 虑 漏 风 时 的 理 论 计 算 表 2A 风 窗 全 开 状 态 下 各 巷 道 风 量 随 B 开 启 大 小 的 变 化 [ 4] ,在 不 考 虑 漏 风 的 通 过 通 风 网 络 解 算 的 方 法 情 况 下 ,风 窗 A 在 全 开 、半 开 和 不 开 (风 窗 B 保 持 关 闭 ) 时 ,计 算 回 风 顺 槽 中 各 巷 道 的 风 量 大 小 ,以 及 上 隅 角 通 风 压 力 大 小 。 B风 窗 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 进 风 口 至 上 隅 角 的 状 态 Π(m3Πmin) Π(m3Πmin) Π(m3Πmin) Π(m3Πmin) Π(m3Πmin) 风 阻 (压 力 降 )ΠPa 不 开 半 开 全 开 1600 1130 858 0 560 396 299 1040 734 560 866 400 305 211 理 论 计 算 证 明 :在 不 考 虑 采 空 区 漏 风 的 情 况 下 , 回 风 顺 槽 中 的 风 窗 A 开 启 面 积 越 大 ,瓦 斯 排 放 巷 的 风 量 就 越 小 ,回 风 顺 槽 的 风 量 就 越 大 ,进 风 口 至 工 作 面 上 隅 角 风 压 降 越 大 ,见 图 2、表 1。 470 737 563 1037 量 来 调 节 上 隅 角 瓦 斯 浓 度 (即 通 风 量 和 风 压 ) ,以 及 回 风 顺 槽 和 瓦 斯 排 放 巷 的 瓦 斯 浓 度 的 方 法 是 有 理 论 依 据 的 ,当 回 风 顺 槽 瓦 斯 浓 度 过 高 时 ,减 小 风 窗 开 启 面 积 ,使 得 上 隅 角 及 工 作 面 压 力 降 低 ,抑 制 工 作 面 瓦 斯 涌 出 ,同 时 瓦 斯 排 放 巷 风 量 增 大 ,瓦 斯 排 放 量 增 加 ,从 而 调 节 了 回 风 顺 槽 瓦 斯 涌 出 量 和 瓦 斯 浓 度 ;反 之 亦 然 ,如 果 瓦 斯 排 放 巷 瓦 斯 浓 度 过 高 ,则 可 通 过 加 大 回 风 顺 槽 风 窗 开 启 面 积 来 调 整 风 量 风 压 ,使 得 回 风 顺 槽 风 量 增 大 ,瓦 斯 排 放 巷 风 量 减 小 ,携 带 瓦 斯 量 减 小 。 3 . 2 考 虑 漏 风 风 路 时 的 理 论 计 算 图 2 不 考 虑 采 空 区 漏 风 ,B 风 窗 关 闭 情 况 下 的 B 型 通 风 方 式 示 意 图 通 过 通 风 网 络 解 算 的 方 法 ,在 将 工 作 面 漏 风 视 为 一 个 风 路 的 时 候 计 算 各 巷 道 风 量 ,尤 其 是 漏 风 风 路 的 风 量 变 化 情 况 ,由 此 考 察 两 个 风 窗 开 启 面 积 变 化 对 漏 风 风 量 的 影 响 情 况 。 表 1B 风 窗 关 闭 状 态 下 各 巷 道 风 量 随 A 开 启 大 小 的 变 化 A 风 窗 Q1 Q2 Q3 进 风 口 至 上 隅 角 的 3 3 3 状 态 Π(m Πmin) Π(m Πmin) Π(m Πmin) 风 阻 (压 力 降 )ΠPa 首 先 在 回 风 平 巷 风 窗 全 开 的 情 况 下 研 究 回 风 顺 槽 风 窗 全 开 、半 开 和 不 开 时 的 各 巷 道 风 量 分 配 变 化 ,理 论 计 算 证 明 :回 风 顺 槽 风 窗 开 启 面 积 越 大 ,漏 风 风 路 的 漏 风 量 也 越 大 ,上 隅 角 的 风 压 越 小 ,见 图 4、表 3。 不 开 半 开 全 开 1 600 1 600 1 600 1 600 1 193 762 0 498 522 601 407 838 同 时 计 算 回 风 平 巷 中 的 风 窗 B 在 全 开 、半 开 、不 开 (风 窗 A 保 持 全 开 ) 时 ,各 巷 道 的 风 量 大 小 。 理 论 计 算 证 明 :在 不 考 虑 采 空 区 漏 风 的 情 况 下 , 回 风 平 巷 中 的 风 窗 开 启 面 积 越 大 ,瓦 斯 排 放 巷 的 风 量 就 越 大 ,回 风 顺 槽 的 风 量 就 越 小 ,进 风 口 至 上 隅 角 的 风 阻 越 大 ,即 工 作 面 上 隅 角 风 压 也 越 小 ,见 图 3、表 2。 由 此 理 论 计 算 结 果 可 以 证 明 :通 过 回 风 顺 槽 和 回 风 平 巷 的 两 个 风 窗 的 开 启 面 积 调 节 控 制 各 巷 道 风 图 4考 虑 采 空 区 漏 风 的 B 型 通 风 方 式 示 意 图 风 29 风 2006 年 6 月 矿 业 安 全 与 环 保 第 33 卷 第 3 期 表 3B 风 窗 全 开 状 态 下 各 巷 道 风 量 随 A 开 启 大 小 的 变 化 3 3 3 3 3 3 3 3 Q1Π(m Πmin) Q2Π(m Πmin) Q3Π(m Πmin) Q4Π(m Πmin) Q5Π(m Πmin) Q6Π(m Πmin) Q7Π(m Πmin) Q8Π(m Πmin) 工 作 面 进 风 口 至 上 隅 角 风 压 降 ΠPa A风 窗 状 态 不 开 半 开 全 开 855 917 926 745 683 674 683 743 746 172 173 181 855 593 528 172 151 218 0 1 600 1 276 1 202 15 63 324 398 104   然 后 在 回 风 顺 槽 风 窗 全 开 的 情 况 下 ,计 算 了 回 瓦 斯 涌 出 量 。 风 平 巷 风 窗 全 开 、半 开 和 不 开 时 的 各 巷 道 风 量 分 配 变 化 ,理 论 计 算 证 明 :回 风 平 巷 风 窗 开 启 面 积 越 大 , 漏 风 风 路 的 漏 风 量 越 小 ,上 隅 角 风 压 越 小 ,见 表 4。 2) 在 新 的 B 型 通 风 方 式 下 ,适 当 加 大 回 风 顺 槽 和 减 小 回 风 平 巷 的 风 窗 开 启 面 积 也 可 以 达 到 控 制 采 空 区 工 作 面 漏 风 的 作 用 ,回 风 顺 槽 风 窗 开 启 面 积 越 大 ,上 隅 角 风 压 越 低 ,漏 风 风 路 的 漏 风 量 也 越 大 。 表 4A 风 窗 全 开 状 态 下 各 巷 道 风 量 随 3 m Πmin   B 开 启 大 小 的 变 化 3 ) 在 新 的 B 型 通 风 方 式 下 ,通 过 调 节 回 风 顺 槽 B 风 窗 状 态 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 917 683 528 Q6 367 266 218 Q7 Q8 和 回 风 平 巷 的 风 窗 开 启 面 积 ,也 可 以 调 节 采 空 区 漏 风 的 情 况 ,当 回 风 平 巷 风 窗 开 启 面 积 越 大 ,上 隅 角 风 压 越 高 ,漏 风 风 路 的 漏 风 量 越 小 。 不 开 半 开 全 开 1 600 0 1 284 316 683 917 1 182 418 926 674 949 746 233 181 499 1 101 398 1 202 参 考 文 献 : 4 结 论 [ 1] 谢 俊 文 ,许 继 宗 ,李 作 泉 . 易 燃 特 厚 煤 层 综 放 面 特 大 瓦 斯 涌 出 综 合 治 理 技 术 [J ]. 煤 炭 科 学 技 术 ,2004 ,(4) :5~ 9 2] 撒 占 友 ,何 学 秋 ,王 恩 元 ,等 . 综 采 工 作 面 上 隅 角 瓦 斯 分 布 与 积 聚 处 理 技 术 的 研 究 [J ]. 矿 业 安 全 与 环 保 ,2001 ,28 1 ) 当 回 风 顺 槽 瓦 斯 浓 度 过 高 时 ,减 小 风 窗 A 开 [ 启 面 积 ,使 得 上 隅 角 及 工 作 面 压 力 降 低 ,抑 制 工 作 面 瓦 斯 涌 出 ,同 时 瓦 斯 排 放 巷 风 量 增 大 ,瓦 斯 排 放 量 增 加 ,调 节 了 回 风 顺 槽 瓦 斯 涌 出 量 ,调 节 了 回 风 顺 槽 瓦 斯 浓 度 ;反 之 亦 然 ,如 果 瓦 斯 排 放 巷 瓦 斯 浓 度 过 高 , 则 可 通 过 加 大 回 风 顺 槽 风 窗 开 启 面 积 来 调 整 风 量 风 压 ,使 得 回 风 顺 槽 风 量 增 大 ,瓦 斯 排 放 巷 风 量 减 小 , 携 带 瓦 斯 量 减 小 ;当 总 排 放 瓦 斯 浓 度 过 高 时 ,加 大 回 风 平 巷 风 门 B 的 开 启 面 积 ,一 方 面 可 以 引 入 新 鲜 风 流 稀 释 过 高 的 瓦 斯 浓 度 ,另 一 方 面 可 以 使 上 隅 角 压 力 增 加 ,从 而 抑 制 采 空 区 漏 风 ,减 少 采 空 区 瓦 斯 源 的 ( 5) :5~ 8 [ 3 ] Noack , Klaus. Control of gas emissions in underground coalmines[J ]. International Journal of Coal Geology , 1998 , ( 35) :117~ 145 [4] 赵 以 蕙 . 矿 井 通 风 与 空 气 调 节 [M]. 北 京 :中 国 矿 业 大 学 出 版 社 ,1989 [ 5] 王 英 敏 . 矿 井 通 风 与 安 全 [M]. 北 京 :冶 金 工 业 出 版 社 , 1979 ( 责 任 编 辑 :吕 晋 英 ) ( 上 接 第 27 页 )   3) 对 于 一 个 特 定 煤 层 ,采 集 原 煤 样 ,应 用 该 实 验 测 定 方 法 测 定 松 散 体 导 热 系 数 及 掌 握 空 隙 率 与 导 热 系 数 的 关 系 ,就 可 更 准 确 地 预 测 煤 层 自 燃 火 灾 。 参 考 文 献 : [ 1] 邓 军 ,徐 精 彩 ,等 . 煤 最 短 自 然 发 火 期 实 验 及 数 值 分 析 J ]1 煤 炭 学 报 , 1999 ,(9) :274~ 278 图 3空 隙 率 与 导 热 系 数 的 回 归 曲 线 [ [ 2] 曹 玉 章 ,邱 绪 光 . 实 验 传 热 学 [M]. 北 京 :国 防 工 业 出 版 社 ,1999 5 结 论 [ [ 3] 程 尚 模 . 传 热 学 [M]1 北 京 :高 等 教 育 出 版 社 ,1990 4] 张 尧 平 1 概 率 统 计 [M]1 北 京 :中 央 广 播 电 视 大 学 出 版 社 ,1985 1 ) 松 散 煤 体 的 导 热 系 数 随 空 隙 率 的 增 加 而 减 小 ,其 变 化 规 律 在 n 为 0. 28~ 0. 40 时 呈 线 性 关 系 。 ) 实 际 条 件 下 松 散 煤 体 的 导 热 系 数 的 影 响 因 2 ( 责 任 编 辑 :卫 蓉 ) 素 众 多 ,但 对 于 一 个 特 定 条 件 下 的 煤 体 ,其 导 热 系 数 的 变 化 主 要 受 空 隙 率 的 影 响 。 风 30 风
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