采场低压通风系统的研究与实践.pdf

第21卷第5期 1996年 10月 煤 炭 学 报 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIET Y Vol. 21 No. 5 Oct.1996 收稿日期 1996-01-24 煤炭工业部科研项目 采场低压通风系统的研究与实践* 邹声华 唐海清 刘英学 施式亮 湘潭矿业学院 摘要 高瓦斯易燃矿井采煤工作面上隅角附近采空区的瓦斯积聚与采空区内煤炭的自燃, 一直是威胁煤矿安全生产的两个严重问题. 采场低压通风系统可同时解决这两个问题. 此方法 已在六枝矿务局木岗煤矿进行了试用, 结果表明,该通风系统可减少采空区漏风20 左右, 可 使上隅角的瓦斯浓度降低30以上. 它比现有其他方法花费少、 简便易行、 效果显著. 是采区防 止煤炭自燃及瓦斯爆炸的一种既经济又有效的简易措施. 关键词 高瓦斯易燃矿井 U 型通风 煤炭自燃 瓦斯爆炸 采场低压通风系统 中图分类号 TD 724 现行处理上隅角瓦斯的通风系统有 U 型下行通风、Y 型、 Z 型与 W 型通风系统. 这些通风系统排放 上隅角瓦斯, 虽能起一定的作用, 但存在的一个共同缺点, 就是不能减少采空区的漏风, 相反, Z 型、Y 型通风系统还会使采空区的漏风增加, 不利于易自燃矿井的开采. 下行通风系统虽然可减少工作面上隅 角瓦斯积聚, 但在运输机巷增加了瓦斯爆炸的隐患. 此外, 这些通风系统一般都存在巷道工程量大和巷道 难维护等缺点, 因此,对于高瓦斯易燃矿井,必须研究出新的采场通风系统. 1 采场低压通风系统的提出 适用于高瓦斯易燃煤层的采场通风系统应符合 采空区漏风少; 采空区上隅角不积聚瓦斯. 低压 采场通风系统如图1所示, 此通风系统进入采场的风量比原通风系统少, 主要通风机供给采场的风压比原 通风系统低. 这一转变的实现主要是借助局部通风机风筒射风吸气器的分流调节完成. 由于此通风 系统主要通风机供给采场的风压比原通风系统降低, 故称之为采场低压通网系统. 此通风系统的通 图 1 1175采场低压通风系统 Fig. 1 Low pressure ventilation system at No. 1175 face 1局部通风机; 2风筒; 3射风吸气器 风过程 工作面的瓦斯由工作面风流冲淡排出, 保持了 原 U 型通风系统的优点; 冲淡并排放采空区上隅角积聚 瓦斯的风流不经过工作面, 而由风筒2送入, 上隅角积聚 的瓦斯是以此风筒送入的新风流为动力,由射风吸气器 3吸入并使之冲淡 第1次冲淡 后,再送入回风巷 第 2次冲淡 排出. 因此, 本通风系统首先可满足上述第2点 要求. 其次, 由于工作面两端压差降低, 从而使工作面风 量和采空区的漏风减少, 它也能满足上述第1点的要求. 漏风减少后,由漏风带出的瓦斯也减少,这又可进一步 满足第1点的要求. 总之, 此通风系统不仅有利于防止煤 炭自燃, 也有利于防止瓦斯爆炸, 是用于高瓦斯易燃煤层工作面的较为理想的通风系统. 2 射风吸气器及其研制 系统中的射风吸气器如图2, 此射风吸气器如同空气引射器, 所不同的是 此处的喷射口不是一个小 孔而是一个口径较大的射风管,射出的不是高压细气流而是一股较大的风流, 此风流还可冲淡瓦斯. 图 2 射风吸气器结构 Fig. 2 Structure of air exhauster 1射风管; 2吸气管; 3混合管; 4扩散管 其工作原理是 由主要通风机送来的新风, 先通过压入式局部通风机由风筒引导到射风吸气器, 再 由射风管射出而形成一股强射流, 由于此射流具有卷吸作用, 它便可把吸气管中的气体卷入射流而随射 流一起向前流动,这时在吸气管内必形成一个负压区,此负压区便能把吸气管口外部附近的气体不断地 从吸气管吸入, 然后到混合管与由射风管射出的风流充分混合后, 再经扩散管排出至工作面回风巷. 射风吸气器的设计和制造可参照压气引射器进行. 射风吸气器的断面应为圆形 [ 1], 混合管的长度为 其直径的6～7倍, 扩散管的扩散角为6～10 , 其断面积之比以2～4为宜. 合理的射风吸气器应该是在合理 的吸射系数下吸射效率最大. 如果被吸入气体为空气, 其质量流量为qm1, 体积流量为 qV1, 射风管射出的 空气质量流量为 qm2, 体积流量为 qV2, 由于被吸入的气体和射风管射出的空气都属低压空气, 故其吸射系 数 k 可定义为 k qm2 / q m1 q V2 / q V1. 对于某一固定的动力源,吸射系数直接反映了被吸入气体的大小. 吸 射系数越大, 被吸入的气体量越多, 反之, 则越少. 低压通风系统中射风吸气器合理的吸射系数主要取决 于上隅角的瓦斯浓度, 其依据是系统正常运转时, 射风吸气器扩散管排放的瓦斯浓度不大于1. 5, 回风 中的瓦斯浓度不大于1. 被吸入气体所获得的总能量与射风管射出空气的能量之比定义为射风吸气器的吸射效率 , 即 [ k p3- p2 k v23/ 2 - v 2 2/ 2 ] / v2a / 2 , 式中,为空气密度, kg/ m3 ; p 3为扩散管出口静压, Pa; p2为射风管口所在断面静压, Pa; v3为扩散管 出口风速, m/ s; v2为被吸入气体在射风管口断面上吸气管中的速度, m/ s; va为射风管口的风速, m/ s. 为了解射风吸气器的性能,并选择合理的尺寸, 根据采空区上隅角适应的风管直径,取混合管的直 径为400mm, 设计制作了几种不同长度的射风吸气器, 在实验室对其性能进行了测试,测试结果表明 1 混合管适当加长能提高吸气管内的负压,增大吸气距离, 当加长至其管径的5～6倍时, 最大吸气距 离可达1. 5m; 2 射风管风速越大, 吸气管内负压越大, 被吸入气体量越多; 3 按上述设计的射风吸 气器的吸射效率最大约为13. 3 采场低压通风系统在六枝矿务局木岗矿的应用 六枝矿务局木岗矿开采二叠系龙潭组7号煤层, 矿井绝对瓦斯涌出量为15～20m 3/ min, 煤层含硫量高 达8. 32, 属Ⅱ级自燃发火煤层, 统计1970～1992年的发火情况, 百万吨发火31次,是一个典型的高瓦 斯易燃矿井. 该矿工作面发火严重, 大约占全矿井的66 , 且工作面上隅角瓦斯浓度经常超限, 因此, 选 518煤 炭 学 报 1996年第21卷 定该矿1175工作面作为试验点. 此工作面采用采场低压通风系统后, 自1993年8月恢复生产到1994年5月 底采完止, 没有因故停采或发生火灾事故, 虽然中途出现过CO 自然征兆 , 但也能得到较好的控制, 从 而取得了木岗矿近年来工作面开采持续时间最长 379d 的好效果. 3. 1 1175工作面情况及系统的布置 1175工作面位于矿井的北翼, 煤层倾角15 , 煤厚0. 6～3. 8m, 走向长度370m, 倾斜长75m, 在走向中 部变薄带处另开有第2切眼. 1993年10月在该工作面安装了低压通风系统, 其布置如图1. 射风吸气器安 在上隅角, 上部靠回风巷上帮和顶板, 吸气管伸入切顶线0. 2～0. 4m. 3. 2 系统安装运行后的效果考察 1 系统运行对上隅角瓦斯分布的影响 为了观测该系统对上隅角瓦斯分布的影响, 在1993-11-02停 运了低压通风系统, 1993-11-05中班测量了上隅角的瓦斯浓度分布后, 运行低压通风系统15min, 又第2次 在规定的测点测量了瓦斯浓度,其测定结果如表1所示. 从表1可见,运行低压通风系统15min 后, 上隅角瓦斯浓度平均降低了12. 6, 最大可降低23 . 系 统连续运行后, 上隅角瓦斯浓度变化如图3所示, 上隅角瓦斯浓度可降低30 以上, 因此, 低压通风系统 对防止上隅角瓦斯积聚的效果是非常明显的. 表 1 运行低压通风系统前、 后上隅角的瓦斯浓度分布 Table1 Gas concentration distribution in the corners before and after using low pressure ventilation system 测点到回风巷 上帮距离/m 测点沿走向向采空区方向离切顶线的距离/ m 0. 6 系统停运 系统运行 1. 2 系统停运 系统运行 1. 8 系统停运 系统运行 2. 9 系统停运 系统运行 0. 52.582. 112. 582. 102. 602. 002. 742. 20 1. 01.741. 601. 591. 301. 941. 812. 202. 00 1. 51.351. 241. 491. 151. 941. 802. 101. 94 2. 01.141. 071. 431. 101. 871. 761. 961. 90 3. 00.870. 841. 030. 881. 701. 481. 901. 82 图 3 1175工作面上隅角瓦斯浓度变化 Fig. 3 Variation of gas concentration in the corners of face No. 1175 2 低压通风系统对采场风量、瓦斯涌出量的影 响 系统运行前, 工作面压差为124Pa, 系统运行后, 压 差为76Pa, 采场风量、瓦斯涌出量如表2所示. 由此可见, 系统运行后, 工作面两端的风压差降 低了48 Pa, 工作面风量平均降低了23. 3 . 通过计算 机模拟计算,该系统可降低采空区漏风20左右,并 减少了采场的瓦斯涌出量,因此, 它对防火和防采空 区瓦斯涌出起了很大的作用. 4 对采场低压系统的评价 1 此通风系统可减少采空区漏风20左右, 从而使遗留于采空区的浮煤不易自燃. 2 此通风系统可减少采空区的瓦斯涌出, 可使上隅角的瓦斯浓度降低30 以上. 如果系统设计合 理, 可使采场与回风巷的瓦斯浓度不超限, 从而使采场不易发生瓦斯爆炸. 3 射风吸气器构造简单, 易于制造与安装,整个系统布置简单, 易于实施. 519 第5期邹声华等 采场低压通风系统的研究与实践 表 2 运行低压通风系统前、 后的采场风量和瓦斯涌出量 Table 2 Air quantity, gas emission in the workings before and after using low pressure ventilation system 试验时间 系 统 未 运 行 时系 统 运 行 后 各处风量/m3min- 1回风瓦斯 各处风量/m3min- 1回风瓦斯 进风巷 工作面 回风巷 浓度/ 涌出量/ m3min- 1进风巷 工作面 回风巷 浓度/ 涌出量/ m3min- 1 局部 通风机 风量 / m3min- 1 1993-10-244054104181. 204. 92 0 1993-10-253423365130. 763. 90171 1993-11-024574634571. 466. 76 0 1993-11-033423384940. 944. 64152 1993-11-063375560. 905. 00219 1993-11-074574801. 105. 28 0 4 此采场通风系统特别适用于高瓦斯易燃矿井,在高突出易燃矿井具有推广应用价值. 致谢 笔者对六枝矿务局科技处和木岗煤矿给予课题研究的支持和协作表示感谢. 参考文献 1 魏润柏. 通风工程空气流动理论. 北京 中国建筑工业出版社, 1981 作者简介 邹声华, 男, 33岁, 讲师. 1985年毕业于湘潭矿业学院. 现从事教学和科研工作. 曾发表 “ 特殊并联巷道风流方向不稳 定性的探讨”等论文多篇. 湖南省湘潭市湘潭矿业学院资源系, 邮政编码 411201. RESEARCH AND PRACTICE OF LOW PRESSURE VENTILATION SYSTEM IN THE WORKING Zou Shenghua T ang Haiqing Liu Yingxue Shi Shiliang Xiangtan Mining Institute Abstract Accumulation of gas in the corners near the mine-out area of a coal face in highly gaseous mines and self ignition of coal in the goaf are two serious problems which always threaten safety in pro- duction. Low pressure ventilation system can solve these two problems. T rials were made in Mugang Mine, Liuzhi Bureau. T he results show that this system can reduce air leakage in the goaf by about 20, and gas concentration in the corners can reduce over 30 . In comparison with other existing s it is characterized by low cost, simple operation and prominent results. It is one of economic and effective measures for prevention of self-ignition of coal and gas explosion. Keywords highly gaseous mine, U type of ventilation, self ignition of coal,gas explosion, low pressure ventilation system in the workings 520煤 炭 学 报 1996年第21卷