风道断面缩小、变形对矿井风阻的影响.pdf

第 1 期碟扩安全2 0 0 1 年 1 月 问题探讨 文章编号 1 0 0 3 一 4 9 6 X 2 0 0 1 0 1 一 0 0 3 7 一 0 2 风 道 断 w 缩 小 、 变 形 对 矿 井 A L i n的 影 响 王佰 顺 淮南工业学院资管来， 安徽淮南2 3 2 0 0 7 摘要 从理论止分析了风道断面缩小与风道风阻间的关系， 并通过实际的通风 阻力沮 」 定， 验证了风道断面缩小、 变形对其风阻的巨大影响， 为改善矿井巷道设计， 加 强巷道施工维护管理提供了根据， 矿井通风设计和管理部门对此应引起足够的重视。 关键词 风道; 断面缩小; 摩擦阻力系 数; 风阻 中图分类号 T D 7 2 2文献标识码 C 目 前矿井通风设计中通常的做法是依据设 计规范规定的最大允许风速来设计风道断面， 而未考虑风道断面的缩小、 变形问题。事实上， 由于风道的年久老化和失修， 尤其是于个别地 段的地压作用， 致使风道断面发生严重的缩小、 变形。而这些断面缩小、 变形的巷道地段大多 在采区和矿井的主要回风系统中， 缺乏必要的 巷 道维护条件， 难以进行巷道维护， 因而导致矿 井回风系统阻力增大、 矿井供风不足、 通风能耗 增加， 而不得不进行大规模的通风系统改造。 究其原因， 就是对风道断面的缩小、 变形对风阻 的影响问题没有引起足够的重视。 1 风道断面缩小对风道摩擦风阻影响的理论 分析 风道受压断面缩小是指风道因受压在其断 面周边产生较均匀的收缩变小， 风道未发生严 重的变形; 风道变形则是指风道断面形状发生 了 较为严重的变化。一般来说， 可压缩支架支 护的巷道断面均匀收缩时按断面缩小考虑， 非 可 压 缩支架位移量不超过8 0 一1 2 0 m m 、 底鼓 量不超过5 0 0 m m时， 巷道支架不致破坏， 也可 按基本保持原断面形状考虑。 1 . 1 摩擦阻力系数与风道断面缩小量之间的 关系 根据流体力学理论知， 摩擦阻力系数 a与 流 体的 密 度。 、 沿程阻 力系 数* 之间 的 关系为。 p A / 8 。其中a 与风道壁面的相对粗糙度K / d 其中 K为绝对粗糙度， d为风道断面的当 量直径 之间又有关系 A 0 . 1 1 K / d 0 . 2 5 谢 夫林松公式 ， 再根据d 二 4 S / U和U二C污 其中 U为断面周界长度， C为断面形状系数 可推导出摩擦阻力系数口的计算公式如下 a 0 . 1 1 P C 0 .2 5 K 0 .2 5 / S o . 1 2 5 1 由 1 式知， 在风道断面形状不变或变化不 大时， 则风道断面积缩小至 5 ‘ 后的摩擦阻力系 数口 ’ 为 a K / K 0 . 2 5 S I S “ 0 . 1 2 5 a 2 由 2 式不难看出， 当风道断面由S缩小 至S ‘ 时， 若不考虑风道绝对粗糙度的变化， 则 摩擦阻力系数增大为原来的 S / S 0 . 1 2 5 倍。 1 . 2 摩擦风阻R与风道断面缩小量之间的关 系 根据摩擦风阻的计算公式 R二a l U / S 3 其中L为风道的长度 可推得 R K / K 0 .2 5 S / S 2 .6 2 5 8 3 由 3 式可知， 同一段风道当断面缩小至 S ’ 后， 在不考虑绝对糙度变化的前提下， 其风 道的摩擦风阻增大为原来的 S / S 2 . 6 2 s 倍。 根据 2 , 3 两式， 不考虑风道壁面绝对糙 3 7 万方数据 第 1 期 碟扩安全2 0 0 1 年 1 月 度时，可计算出风道断面变化对风道风阻的影响程度， 见表t o 表 1 风道断面缩小对其摩擦阻力系数及风阻的影响程度分析 S一5 ， _、__. _、 。。 尸、 n， ，j 。 曰 言 _ 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 as ‘ 二 a 0 . 6 1 . 3 2 . 1 2 . 8 3 . 7 4 . 6 5 . 5 6 . 6 守 14 .4 3 2 .8 5 3 ..2 7 9 .6 1 1 2 .7 15 5 .0 2 0 9 .8 2 8 2 .3 4 5 5 0 7. 8 9. 1 3 8 0. 3 5 1 6. 9 由表 1 不难看出， 风道断面缩小对其摩擦 阻力系数的影响较小， 而对摩擦风阻的影响则 较大。当风道断面缩小 2 5 时， 风道风阻就将 增大1 倍以上。断面缩小2 5 以上的风道或局 部地段在淮南矿区部分矿井中的回风系统中是 常见的， 因此风道断面缩小对矿井风阻的影响 不容忽视。 2 风道断面变化前后摩擦阻力系数和百米风 阻的实测结果分析 前面分析都假设风道断面变化后其绝对粗 糙度不变， 而事实上绝对糙度 K是随着风道的 缩小变形而增大的。为了摸清巷道断面缩小与 变形后， 其绝对糙度、 摩擦阻力系数和百米风阻 的变化情况， 我们对潘一矿部分断面较大的巷 道进行了阻力测定， 其测定结果如表2 所示。 由表2 可以看出， 巷道断面缩小与变形后， 其摩擦阻力系数和百米摩擦风阻均增大， 而且 增大幅度比表 1 所列的数值大。这说明随着风 道断面的缩小、 变形， 巷道的绝对糙度也发生了 变化， 其变化情况可根据表2 的实测结果， 由公 式 2 反推得到， 如表3 所示。 表2 潘一矿部分风道断面变化前后摩擦阻力系数和百米风阻的对比分析 风道名称 支护 形式 断面 形状 断面变化情况摩擦系数变化情况百米风阻变化情况 S “S。 a} a / R ioo R iooa瓮 ﹄、︸，1，.孟，盈 ，三n，门J4 只611︸7 . 1 5 . 7 5 1 2 . 8 3 0 1 0 . 6 0 7 . 3 2 0 nUnU 刀04 6仇 西二运输大巷U型棚半圆拱 3 8 0 m回风石门U型棚半圆拱 1 3 5 1 3 面运巷 U型棚半圆拱 1 3 5 1 3 面轨巷 U型棚半圆拱 1 1 . 3 0 0 . 0 1 0 3 0 . 0 1 0 6 0 . 0 1 0 3 0 . 0 1 4 2 0 . 0 1 6 7 0 . 0 4 5 5 0. 0 1 3 5 0. 0 5 3 4 1 . 1 1 5 1 . 3 8 1 2. 7 2 3 3. 9 4 2 0 . 0 0 4 1 0 . 0 0 8 1 1 . 9 7 0 . 0 1 1 0 0 . 0 3 8 3 3 . 4 8 0 . 0 2 0 6 0 . 2 7 2 9 1 3 . 2 5 0 . 0 1 9 0 0 . 1 5 8 3 8 . 3 4 表3 断面缩小对壁面绝对糙度影响的实际测算 巷道名称5/ 5 0 . 8 1 5 0. 6 9 1 0. 5 3 1 0. 7 4 1 a “ / a KVK 西二运输大巷 3 8 0 m回风石门 1 3 5 1 3 面运巷 1 3 5 1 3 面轨巷 1 . 1 1 5 1 . 3 8 1 2 . 7 2 3 3. 9 4 2 3 6 9 0 2 7 4 0. 0 7 2 0 7. 8 0 由表3 可知， 两个主要风道的绝对糙度分 别增大3 9 . 6 和2 0 0 . 0 7 ， 工作面运输巷道增 大近4 0 倍， 轨道顺槽增大2 0 0 多倍。 3 风道缩小变形对矿井通风的影响 前苏联研究人员曾对顿巴斯各矿巷道变形 的情况进行过调查， 其结果 巷道交叉地点约 5 0 发生变形， 采区巷道约7 6 发生变形， 处于 3 8 地质构造带及受采动影响带的巷道变形比例更 高。 变形的巷道占矿井在用巷道总长度的 5 6 ， 其中2 0 已变形处于事故状态。在淮南 矿区的一些矿井中也有类似的情况。 巷道断面缩小、 变形的速度和幅度， 与其围 岩的性质、 环境、 支护选型、 施工质量等有关。 淮南矿区巷道变形速度和幅度大的一些地段 为 巷道穿经断层破碎带及布置在煤层、 软岩或 受采动影响的巷道。变形严重者可使断面缩小 5 0 以上， 甚至堵塞， 造成巷道通风及运输失 效。当严重变形发生在主要风道中时， 甚至导 致局部通风系统失效。例如， 淮南谢二矿南风 井系统， 1 9 8 6 年投产时年均风阻0 . 1 8 8 k g / m 7 , 由于一 2 8 8 m一一 5 2 2 m回风斜井中在一 4 0 0 m 万方数据 第1 期堪扩安全2 0 0 1 年 1 月 试验研究 文章编号 1 0 0 3 一 4 9 6 X 2 0 0 1 0 1 一 0 0 3 9 一 0 3 荆各庄矿煤层自然发火规律的试验研究 郭立稳 1 . 河北理工学院， 河北唐山0 6 3 0 0 9 ; 王海燕， 张复盛z 2 . 开滦矿务局荆各庄矿， 河北唐山0 6 3 0 0 0 摘要 本文概述了荆各庄矿主采煤层 9 层煤 的地质概况， 介绍了煤自燃倾向 性鉴定原理和方法， 通过对采自不同地.点 的煤样进行自 然倾向性实验， 推浏出不同区 域的自然发火情况。 关键词 自 燃; 自 燃倾向性; 规律 中图分类号 T D 7 5 2 . 2文献标识码 B 矿井火灾的发生与发展， 严重地影响着煤 矿的安全生产， 火灾的发生还极易引发煤尘瓦 斯爆炸， 因此矿井火灾是煤矿的重大自然灾害 之一。针对煤层自然发火， 进行煤的自燃倾向 性鉴定， 寻找比较敏感的标志气体， 制定适合本 地的防灭火措施是非常必要的。为了探索荆各 庄矿煤层的自燃发生规律， 我们对 9 层煤的自 燃倾向性进行了测定， 从而可以有针性地采取 防灭火措施， 减少了不必要的浪费和因火灾造 成的损失。 1 荆各庄矿煤层地质概况 荆各庄矿主采煤层 9 层煤 为一个盆状向 斜， 位于开平向斜的西北侧， 煤层产状变化较 大， 东南翼稳定， 西翼稳定性较差。煤层属厚煤 层， 厚度0 . 9 4 一1 1 . 4 8 m ， 平均厚度6 . 6 2 m 。条 带状构造， 玻璃光泽， 以亮煤为主间夹暗色条 带， 局部含丝炭膜， 偶含黄铁矿膜， 半亮一光亮 型。煤层含夹石2 - - 3 层。煤层东翼产状平缓， 平均煤厚 8 . 3 3 m， 为煤层最稳定的地段。西翼 附近有一段因受采动影响造成局部冒落堵塞， 在一 4 5 0 m 一一 4 8 0 m有2 0 0 m在断层破碎带 内 ， 实际通风断面由设计时的1 5 m 2 缩小至3 - 6 m z ， 虽 经反 复维修 和 增加 平行回 风 斜挤， 仍 未使该风井系统的风阻降下来， 风阻达0 . 6 5 0 5 掩 / 时， 为刚投入运行时的3 . 4 6 倍， 风量也由 初期的7 8 3 5 m 3 / m i n 减至3 0 0 0 衬/ m i n 左右， 仅为初期的3 8 9 6 。由于该风道维护困难， 不得 不提前报废该风井， 重建新风井。 风道缩小、 变形对矿井通风的影响范围与 风道的地位有关， 当缩小、 变形发生在主要风道 中时， 其影响范围较大。而且往往由于这类巷 道的维护条件困难， 而处于年久失修状态， 造成 通风能力不足， 通风能耗居高不下， 应引起有关 部门的足够重视。 4 建议 在某些矿区， 风道断面的缩小、 变形对矿井 风阻的影响不可小视， 矿井设计部门应根据设 计矿井所在矿区的巷道缩小、 变形调查资料， 通 过预留一定的断面富裕系数等方法， 保证通风 设计具有较长时间的可靠性。 作者简介 王佰顺 1 9 6 1 一 ， 男, 1 9 8 4 年毕业于山 东矿业学院采煤专业， 现任淮南工业学院安全技术与 工程教研室讲师， 曾发衣论文多篇。 收稿日 期 2 0 0 0 - 0 9 - 2 6 ; 责任编辉 那瑞年 3 9 万方数据