工作面进回风巷网上漏风规律的探讨.pdf

第 29 卷 第 5 期太 原 理 工 大 学 学 报Vol. 29 No. 5 1998 年 9 月JOURNAL OF TAIYUAN UNIVERSIT Y OF T ECHNOLOGYSep. 1998 工作面进回风巷网上漏风规律的探讨 邢玉忠 刘文朝 刘志祥 和惠浦 采矿与土木工程系 凤凰山煤矿 山西煤炭管理干部学院 摘要 针对工作面进、回风巷间网上连续漏风的特点,给出紊流、常漏风系数条件下网上漏 风的计算方法, 指出计算结果与实测值的误差原因, 给出利用拟合进风巷风量分布计算网上漏风 风阻变化规律的方法和步骤。 关键词 分层开采; 网上漏风;漏风系数 中图分类号 TD728 中下分层工作面,进回风巷之间的网上漏风是 一个普遍存在的问题,尤其在顶板坚硬、冒落矸石 块度大、顶板胶结不好的矿井。大量漏风不但影响 工作面的配风计划, 而且使通风系统复杂化,降低 了矿井防灾、抗灾能力, 在有煤炭自燃发火危险的 矿井,还会引起网下浮煤自燃,影响工作面的正常 生产。因而了解进回风巷的漏风分布, 不但能解决 工作面的配风问题, 防止瓦斯超限,而且为进、回 风巷的防漏风工作指明了方向。 1 紊流 常漏风风阻模型 工作面通风系统如图 1所示, 其中 cd 为上分层 采止线。本文重点研究距上分层采止线一定范围的 漏风规律。由于网上漏风量较大, 因而假设网上漏 风均匀紊流,且上分层垮落矸石分布均匀, 漏风风 阻为常数 不随 x 变化 。 则有 h R″ Q 2, 式中Qx 段内的漏风量, m 3/ s; R″ 网上漏风条带 x 段 进、回风巷间 的紊流漏风风阻, Ns 2 / m 8; h进、回风巷对应点间的压差, Pa. 采空区冒落带的漏风风阻 R″ 可用下式表示 R″ L l S 2, 式中 空气的密度, kg/ m 3; L漏风带沿程长度, m; l漏风带的假定糙度系数, m; S漏风带横断面积, m 2. 图 1 工作面通风系统图 设巷宽为 B, 在dx 段内的漏风量为dQ, 且S Bdx, 则 h R″ dQ 2 L l B dx 2 dQ 2 L l B 2 dQ dx 2. 令rw L l B 2, 则h rw dQ dx 2, 或 dQ dx h rw , 1 式中 rw紊流条件下单位长度的进、回风巷间 男, 1963 年生, 硕士, 讲师, 太原理工大学采矿与土木工程系, 030024 文稿收到日期 1998-06-03 对应段上 的漏风系数, Ns 2/ m6. 沿进、回风巷, 在 dx 段内应用通风阻力定律 dh dx RdQ 2, 2 式中 Q进 回 风巷任意点处的风量, m 3/ s; Rd单位长度的进、 回风巷风阻之和, N s2/ m 9. 将 1 , 2 式消去 Q 得 d2h dx 2 2 Rd rw 1/ 2 dh dx 1/ 2 h 1/ 2. 3 将 3 式积分得 dh dx [ 2 Rd rw 1/ 2 h3/ 2 C] 2/ 3. 4 将 x 0时 Q Qa, h hab, dh dx x 0 R d Q 2 a代 入 4 式确定积分常数 C C Rd3/ 2Q3a- 2 Rd rw 1/ 2 hab3/ 2. 5 设 S 为进风巷长度, 将区间 [ 0, S] n 等分 如 图 1 所示 ,则由 4 式得 hi, i 1 [ 2 Rd rw 1/ 2 h3/ 2 C] 2/ 3 xi, i 1; xi 1 xi xi, i 1; hi 1 hi hi, i 1; Qi, i 1 hi rw 1/ 2 xi, i 1; Qi 1 Qi Qi, i 1 i 0, 1, 2, ⋯, n - 1 . 6 式中 i 0 时, x0 0,h0 h ab , Q 0 Q a; i n- 1 时, xi 1 xn s, hi 1 hn hcd. Qi 1 Qn Qa ∑ n- 1 i 0 Qi, i 1. 给定 Rw初值, 计算 Qn与实测 Qd 比较, 修正Rw 值, 直到Qn- Qd 为止 为预先给定的精度 。 实例 某工作面测点布置如图 2 所示,实测结 果如表 1, 2, 3 所示。 图 2 工作面测点布置图 表 1 各测段阻力 测 段 daabbc 阻力/Pa8432112 表 2 各测点风量 测点a1234d 风量/ m3s- 17. 6927. 862 8. 2789. 123 11. 682 13. 988 表 3 各测段长度 测段a- 11- 21- 33- 44- dadabbc 长度/m4020212710118140118 据实测参数, 先计算出单位长度的进风巷风阻 与单位长度的回风巷风阻之和 Rd, 再利用上述紊流 模型计算网上漏风分布如表 4 所示。 表 4 紊流 常漏风系数条件下的漏风分布表 区段a- 11- 22- 33- 44- 55- 66- 77- 88- 99- 1010- 1111- d x / m10101010101010101010108 Q/ m3s- 1 0. 3170. 3570. 3950. 4330. 4720. 5120. 5520. 5930. 6370. 6820. 7280. 618 据表 4数据,可得紊流常漏风系数条件下工作 面进风巷网上漏风分布曲线, 如图 3 中曲线 2所示。 2 网上漏风系数的分布 由上述常系数模型的计算可以看出,计算结果 与实测值偏差较大, 其原因主要在于把网上漏风系 数视为定值。实际上,在上分层的开采过程中, 先 冒落的矸石被压实, 后冒落的矸石空隙大, 因而使 网上漏风系数随距工作面之距离而变化。 据表 2, 3 得进风巷各测段平均漏风强度如表5 所示。 表 5 各测段平均漏风强度表 区段 a- 1 1- 22- 33- 44-d Q/ m3s- 1 0. 170.4160. 8452.5592. 306 x/m4020212710 q/ m3s- 1 0. 004 30.020 80. 040 20.094 80. 230 6 x/m205070. 594.5113 注 q进风巷单位长度 m 上的漏风量, 即漏风强度 据表 5,采用不同类型的函数拟合进风巷漏风 465 第 5 期 邢玉忠等 工作面进回风巷网上漏风规律的探讨 1漏风强度拟合曲线; 2紊流 常漏风系数下的漏风分布 图3 漏风 强度 分布曲线图 强度曲线 q- x , 最后选定如下最优拟合曲线 如 图 3 之曲线 1 所示 q 7. 43835 10- 11x 5 - 1. 43025 10- 8 x 4 9. 90703 10- 7x 3 - 2. 17257 10- 5x 2 0. 000349101 x 5. 71299 10 - 6. 7 拟合曲线的相关系数为 0. 878434, 漏风强度 q 的均方差为 0. 0819224.由拟合曲线得网上漏风强 度分布如表 6所示。 由 2 式得 rw h dQ dx 2 h q2 . 故rwi hi q 2 i i 1, 2, ⋯, n . 8 由拟合曲线 7 式可计算出对应于每个 xi的 qi, 则 Qi, i 1 q i x i, i 1 ; Q i Q a∑ i j 1Qj - 1, j. 由 1 式得hi, i 1 R d Q 2 i x i, i 1, 而 h i hab∑ i j 1hj - 1, j, 于是由 8 式可求得网上漏风系 数分布,如表 6 所示。 表 6 由拟合曲线计算出的漏风强度及漏风系数分布表 x/m 102030405060708090100110118 q/ m3s- 1 0. 0020.0040. 0080. 0140.0210. 0290.0390. 0540.0790. 1220.1980. 281 Q/ m3s- 1 7. 7057.7377. 7977. 9068.8018. 3348.6809. 1499.81310. 81712.42114. 122 h/Pa44. 056.168. 380.793. 6107. 2121.8137. 8155.8177. 0203.7228. 1 rw/ NS2m- 6 9. 311063.231061. 101064.361052. 161051.261057. 841044.721042. 531041.191045. 191032.89103 ln/ rw16.0514. 9913.9112.9812. 2811.7411. 2710.7610. 149. 388.557. 97 据表6之 xi, rwi 值, 绘制出网上漏风系数分布 曲线 ln rw - x 曲线 , 如图 4 所示。 3 网上漏风分布的特点及其影响因素 由实测结果及拟合计算情况可以看出, 网上漏 风的重点在于距上分层采止线一定范围的进、回风 巷, 其漏风量与这一范围的关系如表 7 所示。 通过上述计算分析, 可归纳出影响网上漏风分 布的因素如下 图 4 网上漏风系数分布图 1 工作面需风量及阻力。工作面需风量越大, 表 7 漏风分布特点表 距采止线距离/ m10203040507090118 漏风量/ m3s- 12. 087 43. 543 24. 462 15. 078 05. 518 56. 081 06. 339 16. 416 3 占总漏风量的百分数/ 32. 555. 269. 579. 186. 094. 898. 8100 通风阻力越大, 则网上漏风越严重。 2 进、回风巷的长度及其风阻。进、回风巷的 风阻越大, 长度越长,则进、回风巷对应点的压差 越大,网上漏风也就越严重。 3 网上漏风系数的分布。网上漏风系数越大, 漏风越小,但漏风系数不是定值, 随 x 的增大而减 小,其分布受如下因素的影响 a. 顶板岩性。 顶板岩石坚硬, 则冒落块度大, 漏 466 太 原 理 工 大 学 学 报 第 29 卷 风空隙大, 漏风系数就小。 b. 直接顶、老顶的厚度。由于直接顶与老顶的 岩性不同, 因而其厚度对漏风系数有影响。 c. 顶板冒落时间的长短 顶板冒落时间长, 则 网上矸石密实, 空隙小, 漏风系数大。 d. 上分层工作面的推进速度 上分层工作面的 推进速度快, 则漏风系数随 x 的变化幅度小, 反之 则变化幅度大。 4 结 语 1 中下分层工作面进、 回风巷间网上漏风风阻 随距工作面距离的增大而变小, 其大小及分布可用 拟合进风巷风量 漏风 分布的方法求得。 2 对同一矿井可用此法, 找到沿工作面进风巷 网上漏风系数的分布, 为其它工作面的配风提供依 据。 3 通过进一步研究, 可得网上矸石冒落时间与 网上漏风系数的关系。 4 用此法可进一步研究矸石冒落块度及冒落 矸石缝隙的分布规律。 参 考 文 献 1 章梦涛, 王景琰. 采场空气流动状况的数学模型和数值方法. 煤炭学报, 1993. 26 3 46～54 2 刘英学. 防止采空区自燃减漏风措施的研究与应用. 煤炭学报, 1996. 86 6 630～634 3 [ 澳] VS 渥图库瑞, RD 兰马. 采矿环境工程学. 中国矿业大学出版社, 1991. 37～43 4 刘泽功. 通风安全工程计算机模拟与预测. 煤炭工业出版社, 1996. 172～195 Study on the Distribution Law of the Air Leakage Through the Refuse on the Face Intake and Air-return Way Xing Yuzhong Liu Weichao Dep.of Mining and Civil Eng. Fenghuangshan Coal Mine Liu Zhixiang He Huipu Shanxi Coal Management College Abstract Based on the characteristics of continuous airleakage between the intake and the air-return way in the production, this paper uses the program C Language to find the face air- leakage′ s optimum fitting curve, and gives cut the computation process about airleakage resistance coefficient. Key words slice mining; air leakage on the mesh;airleakage coefficient 467 第 5 期 邢玉忠等 工作面进回风巷网上漏风规律的探讨