掘进通风（精选九篇）
掘进通风 篇1
关键词：井巷掘进,风机,工艺流程,智能排放
1 智能通风技术简介
通风机用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速装置的防爆型式为矿用隔爆兼本质安全型Exd[ib]I。它由变频调速控制系统、PLC控制系统和主回路组成, 自动化程度高, 技术领先。该设备可用于煤矿井下局扇通风机的转速调节及主副风机切换, 是为煤矿的安全生产需要提供的一种一机多用、高效节能的自动控制装置。在井巷掘进时, 该装置以确保掘进工作面有充足的新鲜风流和瓦斯浓度不超过规定的安全值为条件, 控制局扇风机调速运转, 按需供风, 使局扇风机节能经济运行, 抑制掘进工作面因风速过大而导致的煤尘飞扬, 改善工作环境, 优化局部通风系统。而在掘进工作面瓦斯异常涌出或因局扇风机故障停风等种种原因造成工作面瓦斯积聚超限时, 该调速装置以确保混合风流处瓦斯浓度不超规定安全值为条件进行自动控制, 实现瓦斯智能排放, 安全、可靠、高效地排放超限瓦斯。
该技术重点环节是风机实现双电源供电、主副风机自动切换, 通过瓦斯传感器对变频开关传输的瓦斯浓度值, 调节变频开关的输出功率, 调节风机运行状态确定, 供风量变化, 实现对瓦斯的智能排放, 通过风筒上安装的风筒风量传感器, 实现对工作面供风量的监控, 达到工作面瓦斯智能排放, 工作面供风量智能监控。 (供电系统示意见图2)
2 工艺流程 (图1)
3 操作要点
3.1 实现掘进工作面局扇, 实现双电源供电, 主副风机实现智能切换, 风电瓦斯电闭锁。
局扇运行属于双电源供电, 通过安装瓦斯传感器, 传感器通过分站作用于变频开关, 控制变频开关输出频率的大小, 进而实现智能通风。实验风电闭锁时, 按下主风机停止按钮, 副风机自动延时启动, 同时动力分路开关由于闭锁点断开自动断电, 实现风机的自动切换;当主风机因故停止运行后, 风机开关辅助触点断开, 通过闭锁线作用于配电点动力分路开关, 使动力分路开关自动断开, 实现了风电闭锁, 同时变频开关内自动切换装置作用, 备用风机启动, 掘进工作面继续供风。瓦斯超限时, 分站闭锁点断开, 通过瓦斯电闭锁线作用, 动力分路开关自动断电。
3.2 智能排放巷道瓦斯
假设自动运行参数为:T1起控浓度为0.5%, 起控频率为30 Hz, 上限浓度为1.5%, 上限频率为50 Hz;T3起控浓度为0.8%, 起控频率为30 Hz, 上限浓度为1.4%, 下限频率为0 Hz。
当T3值小于起控浓度时, 变频器根据T1浓度进行调速, 其运行流程如下:
输入瓦斯浓度 (T1≤0.5%) , (T3<0.8%) , 输出频率为30+0.5 Hz;
输入瓦斯浓度 (T1=0.5~1.5%) , (T3<0.8%) , 输出频率为30 Hz~50 Hz。
T1浓度越大, 该装置输出频率越高, 反之输出频率越低。
输入瓦斯浓度 (T1=1.5%) , (T3<0.8%) , 输出频率为50Hz;
输入瓦斯浓度 (T1>1.5%) , (T3<0.8%) , 输出频率为50+0.5Hz。
当T3值大于起控浓度时, 不论T1浓度多大, 变频器根据T3浓度进行调速, 其运行流程如下:
输入瓦斯浓度 (T3=0.8%) , 输出频率为30+0.5Hz;
输入瓦斯浓度 (T3=0.8~1.4%) , 输出频率为30Hz~0Hz。
T3浓度越大, 该装置输出频率越低, 反之输出频率越高。输入瓦斯浓度 (T3=1.4%) , 输出频率为0。
3.3 风筒风量传感器实现实时监控
当风筒安装风筒风量传感器后, 将实现对工作面供风的实时监控, 保证工作面有足够的供风量。
4 效益分析
4.1 节能效果好
开关电源由于采用了高频变压器, 转换效率大大提高, 正常情况下较可控硅设备提高效率10%以上, 负载率达70%以下时较可控硅设备提高效率30%以上。
4.2 输出稳定性高
由于系统反应速度快 (微秒级) , 对于负荷变化具有极强的适应性, 输出精度可优于1%。开关电源的工作效率高、所以控制精度高, 有利于提高工作效率。
4.3 稳压恒流
本电源输出的稳压值 (当输出电流<输出恒流值时的输出电压) 和恒流值 (当输出电压<输出稳压值时的输出电流) 都可以在各自最大值的范围连续可调。输出恒流值可调为许多应用带来方便, 例如许多调试应用, 调小恒流值能方便有效地保护负载设备的安全。
4.4 保护功能
掘进工作面局部通风标准化实施细则 篇2
一、风机安装：
1、（5分）9#风机安装地点距离回风口不小于20米，15#风机安装地点距离回风口不小于20米（执行防突标准）。（不符合要求扣2分）
2、（20分）风机采用吊挂方式安装，防护罩、整流器、消音器齐全无损，有编号，风机线缆吊挂整齐，风机全部齐头整齐吊挂在巷道两帮，中间留下不小于1.5米行人进料通道，风机前后吊挂成一条直线，不准前高后低或前低后高，主备用风机标识牌和风机管理牌版整齐挂在风机上靠人行道侧面，风机到轨面距离不小于1.8米。风机开关整齐摆放在巷道一侧专用平台上，平直稳成一条直线，全部上架挂牌管理，各类防爆证件齐全，开关标明控制哪台风机。（不符合要求每处扣2分）
二、风筒接设：
1、（5分）切换三通安装必须平直稳，不准歪斜扭曲，叉开的角度要合适，不能太小太大，与风机出风口的固定必须牢固，确保严密不漏风。（不符合要求每处扣2分）
2、（5分）普通风机在切换三通后面安装泄压三通，吊挂必须平直稳，接口捆紧扎实，严密不漏风，泄压口方向朝上成90度，不得歪斜扭曲，捆紧扎实，确保严密不漏风。（不符合要求每处扣2分）
3、（30分）风筒吊挂采用的钢丝绳必须固定在巷道两帮顶部锚杆上，用紧线器绷紧拉直，根据巷道情况固定成一条直线，每隔1米固定一下，风筒吊挂必须执行逢环必挂，吊挂必须平直稳，用16号铁丝固
定捆紧，每个风筒接口必须套紧捆牢扎实，执行双向反压边，接口器必须上好上正，不得歪斜扭曲，紧口器必须朝一个方向，确保接口严密不漏风。风筒安装完成后，整体看起来必须随巷道走向大致成一条直线，必须有防止锚索捅破风筒的措施（在锚索上套塑料瓶）。（不符合要求每处扣2分）
4、（5分）风筒拐弯必须使用弯头，缓慢拐弯，严禁拐死弯（90度弯），弯头吊挂必须平直稳，逢环必挂。（不符合要求每处扣2分）
5、（5分）风筒必须编号管理，号码贴在风筒中间。整齐划一。（不符合要求每处扣1分）
6、（5分）每天夜班下班前必须冲洗风筒上面的煤尘，确保风筒上面干净无积尘。（不符合要求每处扣2分）
7、（10分）必须及时修补风筒破口，补牢补实，确保补口严密不漏风。风筒接口和补口不漏风的检查标准为：耳听无声音，手触无感觉。（不符合要求每处扣2分）
8、（10分）及时接续工作面风筒，确保风筒出风口到煤头距离不超过5米。（不符合要求每处扣5分）
通风区
掘进通风 篇3
摘要：煤矿掘进通风机欠风自动切换控制开关是在工作风机出现故障的情况下，引起通风机的通风量降低，使控制开关上的风靶产生位移，控制干簧管传感器的动作，接通控制线路，启动备用通风机，实现双风机欠风自动切换。
关键词：煤矿掘进通风机 欠风自动切换控制开关
0 引言
煤矿掘进工作面经常因为停电、电气开关故障、电动机故障、局部通风机故障等原因造成巷道通风风量不足，导致瓦斯等有害气体超限。以前由于没有使用风机自动切换装置，掘进工作面只有1台风机通风工作，风机停转，工作面的人员就要立即撤出。需要人工启动备用风机，恢复正常通风后，工作人员才能进入工作面工作。所以严重影响了井下掘进工作面的安全生产。对安全生产造成威胁，针对这种情况，提出了在通风机欠风时，备用风机自动切换的解决方案。即分别在每台对旋通风机的出口安装欠风自动切换控制开关，防止通风机在停电、电气开关的故障。电动机故障，局部通风机等故障时造成风量不足，本控制开关自动接通备用通风机的电源，备用风机立即投入运转。不会使巷道内出现无风状态，不会形成瓦斯及煤尘的积聚，及时提供工作风量，确保安全生产。
目前应用的掘进通风机自动切换开关是采用电源断电切换控制，在双电源系统中，如果有一路线路因故障导致停电，相应电源开关的中间继电器因断电切换，接通备用开关的控制电路，备用开关启动接续通风工作。其缺点是如果工作通风机因控制开关机械故障、电动机故障、通风机机械故障等因素使得通风机欠风时，备用通风机不能切换而造成欠风，瓦斯聚集，容易发生煤矿事故。
1 装置的技术路线
煤矿井下向一个掘进工作面供风，必须有两台掘进通风机，一台工作一台备用。两台局扇的电源分别取自二趟电源，称双风机双电源，如果一趟电源发生事故，另一趟线路的备用掘进通风机要求能够快速启动，向掘进地点供风。掘进通风机欠风自动切换控制开关安装在每台通风机的出风口，当工作通风机正常工作时。风量足够大，推动欠风自动切换控制开关中垂直安装的可以摆动的风靶，风靶1上的磁钢5接近磁控干簧管2，干簧管的接点在磁场作用下吸合，接通通风机控制开关中的继电器线路，通风机正常运行。见图一所示：
当由于电源故障，电气开关故障、电动机故障、局部通风机机械故障等原因造成欠风时，在重力作用下，风靶1下垂，磁钢5远离干簧管开关2，干簧管开关释放，断开控制开关的控制线路，继电器释放，工作开关停止运行，继电器相应接点闭合备用开关控制线路，备用通风机启动运行，维持掘进工作面正常通风。完成自动切换工作。调节干簧管在滑道的位置，可以调节干簧管与磁钢的距离，从而调节欠风量动作值。
2 装置的工作原理
煤矿掘进通风机欠风自动切换控制开关安装在防爆对旋式通风机的出风口处，如图二所示。开关3由风靶1、磁钢5和干簧开关2、滑道4等构件组成，如图图二所示，风靶1经转轴垂直安装在控制开关中，风靶与干簧开关中通过磁钢的磁场相关联，在通风机正常工作时，通风量足够大，风力推动风靶向上偏移，磁钢与干簧管接近，干簧管在磁场的作用下，接点吸合，维持通风机正常工作。在通风机的电源、电气开关、电动机、局部通风机机械等故障发生时，引起通风机的通风量降低，在重力的作用下，风靶下垂，在风靶上固定的磁钢与干簧管的距离增大，当它们距离大于设定值时，磁钢的磁场不足以维持干黄管开关的释放，通过控制线路启动备用风机，实现风机的欠风自动切换。
由调节滑道中4的干簧管的位置，可以改变控制风量的设定值。
3 小结
煤矿掘进通风机欠风自动切换控制开关，解决了现有的掘进通风机控制开关在电气开关机械故障、电动机故障、局部通风机故障等因素造成工作面欠风时，不能可靠切换到备用风机的问题。
本开关结构简单，工作可靠、维修方便。保护范围广，受到现场技术人员的好评，是实现煤矿通风安全自动化有效的控制装置。
参考文献：
[1]田玉楚.双风机控制器结构[J].自动化学报，1999，25（6）：824-827.
[2]金以慧.风机控制装置[M].北京：清华大学出版社，1993.
神东千米掘进面通风管理 篇4
1 工作面概况
本工作面主要掘进52215运顺、52216回顺, 顺槽长4841m。52215运顺宽5.4m, 高3.8m, 52216回顺宽5.0m, 高3.8m, 煤层倾角1-2°。采用综合机械化掘进方式进行掘进。
2 通风系统
2.1 通风方式及设备的选择
2.1.1 通风方式
采用系统负压通风和局部通风机正压通风相结合的方式。局部通风机采用“双风机双电源”确保正常运转。通过监测监控系统对供风进行全程监控, 局部通风的供风距离最大为1000m。
2.1.2 掘进工作面风量计算
1、按CH4涌出量计算
Q=100qk= 50m3/min
式中:Q-掘进工作面实际需要风量;q-掘进工作面回风巷风流中平均绝对CH4涌出量, 取0.25m3/min;k-平均绝对CH4涌出量不均衡系数1.5～2, 取最大值2。
2、按CO2涌出量计算
Q=66.7qk= 33.35m3/min
式中:Q-掘进工作面实际需要风量;q-掘进工作面CO2绝对涌出量, 取0.25 m3/min;k-CO2涌出不均衡系数1.5～2, 取最大值2。
3、按工作面最多人数计算
最多人数N=50人, 根据需风量每分钟每人至少4m3, 得出风量数值
Q=4N=200m3/min
式中:Q-掘进工作面实际需要风量;N-工作面同时工作的最多人数。
4、按局部通风机的吸风量计算
Q掘=Q扇×Ii+15S=375×2+15×20.52=1057.8m3/min
式中:Q扇——局部通风机的实际吸风量, 采用FBDY-№6.0/2×18.5的局部通风机, 实测吸风量为375m3/min;Ii——同时通风的局部通风机台数, 取2;S——掘进工作面的断面积为20.52m2。
2.1.3 风量验算
1、按最低风速验算
工作面的最低风量Q应满足
Qmin≥15S=307.8m3/min
式中: S-掘进顺槽的断面积, 最大取20.52m2。
2、按最高风速验算
工作面的最高风量应满足 Qmax≤240S= 4560m3/min
式中: S-掘进工作面的断面积, 最小取19m2。
通过验算得出所需风量Q 的范围为307.8m3/min—4560m3/min。
2.1.4 局部通风机及风筒的选型
按掘进工作面最低所需风量Q取307.8m3/min, 风机、风筒的选择及设置:
确定局扇的工作参数
(1) 局扇工作风量QF=Q* (1+Ф) =307.8* (1+0.2) =369.36m3/min
其中:Q——工作面所需风量 Ф——风筒漏风备用系数, 取0.2
(2) 局扇工作风压hf
hf=R*N*QF*Q =0.065*1000*369.36*307.8/3600 =2053 (pa)
R --风筒的风阻 (每节取R=0.065N.s2/m8)
(3) 选择局扇:
通过风量及风压计算, 选择型号为FBDY-№6.0/2×18.5局扇两台分别给两条顺槽供风。
2.1.5系统供风风量计算
Q﹥2*Q1+ Qmin =2*375 +307.8=1057.8m3/min
Q1——单台局扇实测吸风量 Qmin --巷道最低风速所需风量
2.1.6 风机放置位置前的风速
V= Q/Sei=1057.8/ (60*20.52) =0.86m/s
2.1.7 风筒出风口与掘进工作面之间的最大距离
Lp≤ (4～5) *S1/2= (4～5) *20.521/2=17.9～22.4m
S——掘进工作面断面积, m2。
所以, 风筒出风口距工作面的最大距离取20m。
2.1.8 局部风机安设地点及要求
局部通风机安装在52215运顺且距回风口不小于10m的顶板完好无淋水地段, 局扇离地高度不小于0.3m, 用钢丝绳或铁链固定。随着掘进工作面的延伸, 局部通风机每1000m向前移动一次。
3 通风管理
3.1 通风设施的维护
1、任何人员不得随意破坏通风设施, 违反者罚款500元并记不安全行为一次。
2、要求最前的一道挡风墙不能滞后工作面2个联巷。
3、风电闭锁和瓦斯电闭锁必须灵敏可靠, 且调度室能进行实时监测。
4、每7天对监测设备效验一次, 确保灵敏可靠。
5、杜绝出现无计划停风, 停风一次罚款2000元。
6、风门必须紧闭, 发现关闭不严罚款500元。
3.2临时停风后安全技术措施
1、局扇停风前, 由跟班队长负责将所有人员撤到有系统风流的巷道, 再由兼职瓦检员负责设置好停风区的栅栏, 并挂上“严禁入内”牌板, 方可停风。
2、恢复通风前必须由专职瓦检员检查局部通风机及其开关附近10m以内风流中的CH4浓度。停风区中最高CH4浓度不超过0.8%和最高CO2浓度不超过1.5%时, 方可开启局部通风机。
3、停风区CH4浓度超过0.8%或CO2浓度超过1.5%, 最高CH4浓度和CO2浓度不超过3%时, 必须采取安全措施, 控制风流排放瓦斯。
4、CH4浓度和CO2浓度超过3%时, 必须制定安全排放瓦斯措施。待巷道CH4浓度不超过0.8%, CO2浓度不超过1.5%, 并稳定半个小时后, 方可恢复巷道内电器设备的供电。
3.3 无计划停风后安全技术措施
1、若出现无计划停风, 作业人员要立即停止作业切断电源撤出人员。
2、跟班队长负责设置栅栏、警标、警戒, 瓦检员负责检查CH4、CO、CO2浓度, 和现场安全检查工作。
3、若工作面有害气体浓度危及人身安全应迅速沿避灾路线撤离危险区。
4、撤退时要系紧安全帽带, 以防安全帽脱落;行走时绝不要惊慌、乱跑, 以免吸气急促影响呼吸。
5、若有人员中毒、窒息, 其他人员必须听从跟班队长统一指挥, 冷静不慌的对受伤人员抢救, 防止发生二次中毒、窒息事故。
3.4预防无计划停风安全技术措施
神东矿区规定局扇停风超过5min即为无计划停风, 预防无计划停风措施主要有:
1、完善监测监控系统, 调度发现停风后必须立即通知井下人员。
2、要求风机维护工每天必须进行风机切换, 每次切换时间不得小于5min。
3、加大对风机及供电系统的日常管理与维护, 确保系统正常。
4、新员工入队必须由机电队长对其进行风机停送风技能培训, 做到全员掌握风机停风后的送风技能及日常故障排查, 以便在停风后能够快速恢复供风。
5、地面人员若发现天气有变化要及时通知井下作业人员到风机硐室留守, 发现通风停止, 立即进行恢复。
4 结语
通过对52215面千米掘进巷通风管理及通风设计详细论证, 表明千米掘进通风管理技术已经非常成熟。
摘要：随着矿井现代化程度的快速发展, 神东公司在千米掘进面通风的管理也日益改进, 千米以上掘进面的布置是神东的特色, 榆家梁煤矿在经过多年的试验, 已经使通风管理技术达到了成熟阶段。
掘进工作面通风管理技术应用研究 篇5
掘进通风的目的是冲淡并排除井巷掘进时的有害气体与矿尘, 为职工创造良好的工作环境。掘进通风由于不能采用矿井主要通风机的全风压通风, 而通常采用局部通风机强制通风, 其影响环节比较多, 所以在煤矿井下存在的问题较多。掘进通风是矿井通风的一个重要组成部分, 掘进通风的特点在于井巷独头部分不能形成贯穿风流, 必须采用导风设施, 使新鲜风流与污浊风流隔开, 且多数需要专门的动力设备, 因而通风管理比较困难。历年的事故统计表明, 掘进工作面是瓦斯、煤尘爆炸事故的多发区。随着矿井机械化程度的提高, 长距离、大断面采煤工作面的普及和推广, 掘进工作面的通风技术已经成为局部通风的重要内容。
1 掘进工作面通风存在的问题
1.1 掘进工作面风量不足, 不能满足生产要求
主要原因:一是局部通风机选型不合理, 风压、风量不能满足要求;二是风筒直径小, 或风筒悬挂质量差, 造成通风阻力过。
1.2 局部通风机产生循环风
原因:第一, 供给局部通风机处的风量不能满足局部通风机的吸风量;第二, 局部通风机安装位置不当, 有的甚至把局部通风机安装到了掘进的独头巷内;第三, 有的矿井在主要通风机停运的状况下, 井下照常运转局部通风机而产生循环风。
1.3 局部通风机无计划停风
局部通风机时开时停, 有的人来通风, 人走停风, 有的工作面放炮后才通风排烟, 有的甚至一台风机多头轮流供风, 或长时间停运, 掘进头无风作业。主要原因:没有充分认识掘进通风的重要性, 局部通风的意识差。
1.4 局部通风机无风电、瓦斯电闭锁装置
主要原因是各级主管监察部门检查监督不严, 没有严格要求, 不能按规定装备;有的则是矿井的管理水平差、技术水平低, 不能保证控制装置的可靠正常运行。
1.5 临时停电停风后在恢复作业前, 掘进巷道不按规定排放瓦斯或排放瓦斯“一风吹”
原因主要是没有瓦斯排放的安全措施和制度, 有的有制度但违章作业, 不能严格地执行。
2 掘进工作面通风量的计算方法
由于大部分煤矿采用机械化掘进, 不消耗炸药。因此, 可按瓦斯涌出量、CO2涌出量与工作面人数分别计算, 选取其中的最大值作为掘进工作面所需风量, 并按巷道通风的最低、最高风速要求进行验算。
2.1 按瓦斯涌出量计算
式中:Q———掘进工作面实际需要风量, m3/min;q1———掘进工作面瓦斯平均绝对涌出量, m3/min;K———掘进工作面备用风量系数, 机掘工作面取K=1.5~2.0。
2.2 按CO2涌出量计算
式中:q2———掘进工作面CO2平均绝对涌出量, m3/min。
2.3 按工作面人数计算
式中:N———掘进工作面同时工作的最大人数。
2.4 按《煤矿安全规程》规定的最低风速, 验算最小风量
式中:Vmin———掘进中的岩巷的容许最低风速Vmin=0.15m/s, 掘进中的半煤岩巷和煤巷的容许最低风速Vmin=0.25m/s;Vmax———掘进中的岩巷、半煤岩巷和煤巷规定的最高风速, Vmax=4m/s;S———掘进工作面巷道的净断面积, m2。
3 掘进工作面通风设备选型
3.1 风筒的选择
目前, 我国煤矿的局部通风一般都采用柔性风筒。风筒直径应根据通风距离和通过的风量来考虑。一般单巷掘进长度在1000m以内时, 可选直径为500mm以下的风筒;长度在1000m以上时, 宜选用直径600mm以上的风筒。为降低通风阻力, 应尽可能采用较大直径的风筒。风筒预选后, 可按下列公式进行验算:
式中:H———风筒通风总阻力, Pa;h1———风筒摩擦阻力, Pa;h2———风筒局部阻力, 取摩擦阻力的10%, Pa;a———风筒摩擦阻力系数, NS2/m4;L1———风筒长度, m;P———风筒净断面周长, m;S1———风筒净断面面积, m2;Qf———风筒过风量, m3/S。
3.2 局部通风机的选择
3.2.1 局部通风机工作风量
式中:Qj———局部通风机的工作风量, m3/min;ψ———风筒漏风备用系数;n———风筒数量, 按照局部通风机最大通风距离选取;η———单节风筒漏风率。
3.2.2 局部通风机工作风压
式中:Ht———局部通风机的工作风压, Pa;L———局部通风机最大供风距离, m;R———风筒百米风阻, NS2/m8。
由上述方法求出Qj和Ht后, 可按局部通风机特性曲线或参数表选择合适的局部通风机。
3.3 风筒出口与掘进工作面的距离
L2≤4S1/2, 式中:L2———风筒出口与掘进工作面的距离, m。
3.4 局部通风机的安装位置
局部通风机的安装位置应满足: (1) 安装位置在进风巷且该处的供给风量要大于局部通风机的吸入量; (2) 距掘进巷道回风口的距离不小于10m, 距巷道底板的距离不小于0.3m; (3) 风机与风机吸风口之间的距离不得小于10m。
3.5 局部通风机安装位置所需风量
式中:Q0———局部扇风机安装位置所需风量, m3/min;Q1———巷道内最低风速所需风量, m3/min;Q2———局部通风机的吸入风量, m3/min;S0———局部通风机所在巷道的净断面积, m2;V0 min———局部通风机所在巷道允许的最小风速, m/s。
4 掘进通风技术管理
4.1 减少风筒漏风
风筒接头质量好坏直接影响风筒的风阻和漏风, 柔性风筒接头的漏风主要在接头和破损处。减少这些漏风是一项极其重要的管理工作之一, 主要采取措施有: (1) 改进风筒接头方法:柔性风筒接头方法有插接、反边接头和罗圈接头法。插接法虽简便, 但漏风大、不坚固, 决定采用两环固定平反边接头。 (2) 加强管理:为防止风筒漏风, 风筒设专人管理, 逢环必挂, 有破损时及时修补或更换。在巷道低坡处为防止皮带拉破风筒, 在风筒外侧用旧皮带保护。 (3) 降低风筒风阻:为降低风筒风阻, 增加通风距离, 保证工作面所需风量。
4.2 配套使用铁质风包和分风器
大功率局扇启动时极易损坏柔性风包和分风器, 再次引起工作面瓦斯超限。为减少铁质风包和分风器漏风, 在各连接件之间加设衬垫。风机出风口侧的涡流风流在铁质风包和分风器中减压恢复正常状态后进入柔性风筒中, 减少对柔性风包和分风器损坏, 提高、稳定工作面供风量, 能满足稀释瓦斯工作需要。
4.3 打深孔放松动炮释放瓦斯和地应力, 减少响煤炮现象发生
在掘进工作面正前和两帮打8m超前深孔, 装药放松动炮, 以释放煤体瓦斯和煤层应力, 减少冲击地压发生, 避免发生冲击地压后瞬间释放大量高浓度瓦斯引起工作面瓦斯超限, 使工作面瓦斯均匀、有规律地向外释放。
5 结束语
本文首先探讨了掘进通风存在的问题, 研究了掘进工作面通风技术的相关参数计算及其设备选型, 最后提出了掘进通风技术管理措施。局部通风系统对矿井的安全生产有着至关重要的影响。做好掘进工作面通风是煤矿安全生产的重要内容之一。
参考文献
[1]张国枢.通风安全学[M].江苏:中国矿业大学出版社, 2008.
掘进通风 篇6
1 工程概况
京台高速公路黄竹山隧道位于宁德、福州市交界处, 为左右线分离式特长隧道, 全长8668.4km。通风斜井设在福州境内出口段, 宁德境内进口段4.4km的隧道无通风斜井, 采用单向掘进, 工期紧, 施工组织难度较大, 全线的控制性工程之一。隧道内通风距离长, 难度大, 为了改善洞内工作环境, 提高劳动生产率, 保证洞内人员的身体健康, 解决好隧道的通风是关键。
2 通风方案
2.1 通风总体方案的确定
通风方案根据独头掘进通风长度、断面大小、施工方法、施工设备的配置进行设计, 在满足施工通风需要的前提下, 考虑通风系统的投入及营运经济合理, 制定了分阶段采用压入式、巷道式、射流风机辅助的混合式通风方案, 该方案随着洞身的延长, 阶段性通风系统施做比较简单, 分阶段投入通风设备, 风管投入少, 维修量小, 对施工生产影响小, 且通风耗能相比其他方案少。
2.2 通风设计标准
隧道内施工作业段的空气必须符合国家标准:
粉尘浓度:每立方米空气含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mg;含10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘为6mg, 不含有害物质的矿性和动植物性的粉尘为10mg。
有害气体浓度:通风后保证洞内气温不得高于28℃、一氧化碳 (CO) 和二氧化碳 (CO2) 浓度分别降到30mg/m3和15mg/m3以下。
2.3 通风计算
黄竹山隧道掘进采用钻爆法, 出渣采用无轨运输, 洞内施工作业人员最多80人, 每个洞内作业机械配备1台挖掘机、2台装载机、8台洞渣运输车, 3台混凝土运输车, 洞内施工所需通风量根据洞内同时工作的最多工作人员所需空气量、或使同一时间爆破产生的有害气体降低到允许浓度所需的空气量、或内燃机施工产生的有害气体降低到允许浓度所需的空气量、或满足洞内最小风速要求等条件进行计算确定, 以其中最大者选择通风设备。
(1) 按洞内最小风速所需风量Q1
按公路隧道施工技术规范要求取最小风速为0.15m/s
Q1=0.15×84.4×60=759.6m3
(2) 按洞内最多工作人员所需风量Q2
每人所需新鲜空气为4m3/min
Q2=80×4=320 m3
(3) 按稀释爆破炮烟所需风量Q3
Q3=19/t× (G×L×A) 1/2=1123.8 m3
式中t为排烟时间, G为爆破炸药用量, L为工作面至炮烟稀释至允许浓度的临界距离, 一般为100m, A为开挖断面面积。
(4) 按稀释内燃机机械产生有害气体所需风量Q4
每个洞内同时作业的机械为装载机二台 (2×155k W) , 运输车4台 (4×96k W) , 总功率为694k W, 每分钟所需风量为:
Q4=694×3.0=2082m3
通过计算, 稀释内燃机机械产生有害气体所需风量Q4最大, 因此稀释内燃机机械产生有害气体所需风量Q4=2082m3作为风管的末端风量。
(5) 风压计算
h总阻=h摩+h局式中:h总阻——风流受到的总阻力;
据此, h总阻=h摩+h局=5153Pa。
2.4 通风设备配置
考虑漏风因素, 通风机的供风量要大于Q=1.05×2082=2186m3, 黄竹山隧道每个洞口配备1台SDF (C) -NQ12.5型轴流通风机, 其电机功率为2×110k W, 风量为1555~2930m3/min, 全风压为1380~5360Pa, 配ø1.5m风管, 满足通风需要。根据不同的通风阶段调整风机布置, 并增加射流风机通过压入和吸出形成混合式通风。
2.5 通风方案的组织实施
本隧道在宁德境未设置通风斜井, 施工独头掘进长度达4400m, 独头通风距离达4400m, 洞内采用无轨运输, 本隧道的主要污染源是爆破产生的炮烟和内燃机产生的废气。由于供风距离太长, 共分三个阶段进行, 开挖深度在1500m范围为通风第一阶段, 开挖深度在1500~3000m范围为通风第二阶段, 开挖深度在3000~4400m范围为第三阶段。
第一阶段 (开挖深度在1500m范围内) :在施工前期, 在隧道左右线进口各布置1台SDF (C) -NQ12.5轴流风机, 配置Φ1.5m软风管, 进行单机单管压入式通风, 新鲜空气经风机和风管进入开挖面, 污风沿洞身排出洞外, 左右洞之间的横洞均采用风门进行封闭, 防止左右洞之间串风, 保证左右洞形成独立的通风系统。
第二阶段 (开挖深度在1500~3000m) :当开挖达到1500m时, 将洞口两台轴流式2台风机均移至右洞1400m处, 其中一台风机的风管通过yk95+866处车行横洞延伸至左洞掌子面附近, 为左洞通风, 一台风机的风管延伸至右洞掌子面附近, 为右洞通风。左右洞之间的横洞除yk95+866和yk96+123外, 均采用风门进行封闭, 形成巷道式通风格局, 防止左右洞污风循环。右洞距洞口700m除设置一台射流风机, 将洞外新鲜空气抽进洞内, 通过轴流风机压入到掌子面, 因此右洞为新鲜空气进气通道, 在yk96+123横洞处设置一台射流风机, 将右洞的污风抽至左洞, 左洞每500m设置一台射流风机, 将污风加快排出洞外, 因此左洞为污风排除通道。具体布置如图1所示。
第三阶段 (开挖深度在3000~4400m) :当开挖达到3000m时, 将右洞的两台轴流式风机均移至右洞2800m处, 其中一台风机的风管通过yk97+371处车行横洞延伸至左洞掌子面附近, 为左洞通风, 一台风机的风管延伸至右洞掌子面附近, 为右洞通风。左右洞之间的横洞除yk97+329和yk97+371外, 均采用风门进行封闭, 形成巷道式通风格局, 防止左右洞污风循环。右洞从洞口每700m设置一台射流风机, 将洞外新鲜空气抽进洞内, 通过轴流风机压入到掌子面, 因此右洞为新鲜空气进气通道, 在yk97+329横洞处设置一台射流风机, 将右洞的污风抽至左洞, 左洞每500m设置一台射流风机, 将污风加快排出洞外, 因此左洞为污风排除通道。具体布置如图2所示。
3 通风管理
(1) 为了保证通风系统的正常运转, 设立了通风管理小组, 进行通风管理值班, 确保按要求通风及关闭有关风门, 防止漏风、窜风。
(2) 管理小组人员必须定期检修风机, 及时发现和解决故障, 保证风机正常运转。加强日常通风检测, 保证足够的风量和风压, 并且要爱护通风管路, 避免对通风管路的破坏, 降低漏风率。
(3) 风管应采用新型软管, 它具有防水、阻燃、抗静电性能。风管吊挂必须做到平、直、稳、紧, 确保在水平面上无弯曲, 风管无褶皱, 无扭曲。进风洞的路面要洒水降尘, 避免路面扬尘污染空气。
(4) 提前计划通风机用电, 与隧道施工风、水、电供应统筹规划, 以免后期电能不足, 通风机不能正常工作。
(5) 在第二和第三通风阶段, 施工人员由右洞进出作业面, 确保身心健康, 施工机械车辆配备空气净化器, 从左洞进出工作面, 右洞的出渣车等通过车行横洞在左洞进出, 严禁施工机械车辆从右洞进出, 污染新鲜空气。
4 效益分析
4.1 社会效益
黄竹山隧道独头掘进长度达4400m, 是京台高速公路全线的控制性工程之一, 通过解决通风难题, 提高了劳动生产率, 隧道掘进速度超过220m/月, 为京台高速公路按期通车奠定了基础, 良好的通风效果和施工进度获得当地政府和业主的好评, 为企业赢得荣誉。
4.2 经济效益
通风费用主要有设备购置费、电费和管理费构成, 与通风布置方案、设备选型和管理模式直接相关。黄竹山隧道的通风分三个阶段实施, 设备购置上统筹考虑, 选用通风效果好、能耗低的设备, 节省能源, 提高经济效益, 节省资金115万元。另外通过提高通风效果, 缩短开挖作业时间带来的经济效益更可观。
结语
针对黄竹山隧道独头掘进距离长, 通风困难的特点, 利用左、右洞平行施工, 且左右洞有横洞相连的条件, 分3个阶段采用压入式、巷道式加射流风机的通风方案, 解决了长距离通风的难题, 改善了洞内作业环境, 保证了施工人员的身心健康, 加快了施工进度, 受到各方的好评, 为今后相似隧道通风提供借鉴。
参考文献
掘进通风 篇7
关键词：单巷单机,通风阻力,数值积分法
0引言
随着矿井机械化程度的提高、开采深度的延伸, 掘进工作面的局部通风面临着新的问题和挑战。对于掘进系统的通风问题,目前国内结合矿井实际情况有多种局部通风技术可供选择[1,2],其中包括单风机大直径柔性风筒压入式局部通风技术,该种局部通风技术较为常用且具有一定的优势[3,4],而这种通风技术要求选择合适的大功率局部通风机并结合配套的大直径风筒使用,所以选择合适的局部通风机尤为重要[5,6,7]。通常,掘进通风系统的总阻力是局部通风机选型时参照的主要指标之一,准确计算掘进通风系统的阻力则十分关键。常规方法计算掘进通风系统的总阻力时多数只考虑来自风筒的阻力[8],而忽略风流从掘进头回流再流出巷道这一过程所产生的阻力,这种计算总阻力的方法是不严谨的。
本文以这种现状为背景,从基本原理出发,综合考虑来自风筒和掘进巷道的通风阻力,对单巷单机掘进通风系统的总阻力计算进行了研究。
1掘进通风系统阻力求解的两种方法
掘进通风系统示意图如图1,掘进巷道长度为L,风筒出口到掘进面的距离为L0,局部通风机安装位置到掘进巷道口的距离为L1。将掘进通风系统的总阻力分为三部分: 风筒产生的阻力hR1,风流经过掘进头从掘进巷道均匀流出产生的沿程阻力hR2以及风流在掘进头回流产生的阻力hR3。
设风筒连续均匀漏风,风筒的百米漏风率为k, 局部通风机风量为Q0,风筒长度l = L - L0+ L1,则风筒长度为l处的风筒风量Ql与掘进巷道长度L的关系为:
1.1常规求解方法
常规方法认为局扇风压只用于克服风筒的通风阻力[8],因此考虑掘进通风系统阻力时只考虑了风筒的阻力,则常规方法计算掘进通风系统的阻力公式如下:
式中: α1指风筒摩擦阻力系数,Ns2/ m4; d指风筒直径,m; S1为风筒断面积,m2; ρ 为空气密度,kg / m3; ξjo指风筒接头的局部阻力系数,无因次; n指风筒接头个数; ξbei指第i个风筒拐弯局部阻力系数,无因次; ξon为风筒出口局部阻力系数,取值为1。
1.2数值积分求解法
如图1所示,由于风筒连续均匀漏掉的风量皆连续均匀的增加到掘进巷道,可利用积分求解风筒阻力hR1和均匀流掘进巷道阻力hR2,而掘进头由于存在风流回流,没有直接的公式可以计算其通风阻力hR3,本文用计算流体力学软件对掘进头流场进行数值模拟,通过对模拟数据后处理计算其通风阻力hR3。
1.2.1掘进头阻力数值模拟求解
1) 掘进头物理模型
掘进巷道采用压入式局扇通风,综合考虑多数矿井的生产能力及常见巷道的断面尺寸[9,10],并结合压入式局扇通风射流有效射程范围[11]( 4 ~ 5)S1/2( S为巷道断面,m2) ,建立如图2所示的X( 长) × Y ( 宽) × Z( 高) 为15( m) × 4( m) × 3( m) 的三维立体几何模型,风筒直径为800mm,风筒出口面为计算域进风口,掘进巷道出口为计算域出风口,风筒出口风量从500m3/ min按50m3/ min的增量逐渐增加到950m3/ min。
2) 边界条件设置
对计算域进行网格划分之后,将网格导入fluent,进行主要边界条件设置如表1。
表中相关参数计算公式如下:
速度大小:
湍流强度:
式中,ReDH指以水力直径为特征长度求得的雷诺数。
3) 模拟数据整理与拟合
通过fluent软件设置,监测计算域进风口面和出风口面的平均全压值,经过多次迭代收敛后,收集数据并整理如表2。
将表2数据绘制成曲线如图3。
由图3数值模拟结果显示,掘进头通风阻力随着风筒出口风量的增加而加速增大,考虑到风量为0时,通风阻力也为0,对数值模拟曲线采用二次无常数项拟合,拟合图像如图4。
拟合方程为:
式中,b = 2. 47002。拟合相似度为0. 99999,拟合方程基本可靠。
将式( 1) 代入式( 5) 得到掘进头通风阻力为:
1.2.2风筒阻力积分求解
1) 风筒摩擦阻力
对风筒长度取微元dl,如图5所示,其中Ql指风筒长度为l处的风量,Ql100指距离风筒出口100m远处的风量。
则风筒的摩擦阻力可用积分得到:
式中: α1为风筒的摩擦阻力系数,Ns2/ m4; u1为风筒的湿周,m; S1为风筒的截面面积,m2。
2) 风筒的局部阻力
风筒的局部风阻Re包括接头风阻Rj,弯头风阻Rb,风筒出口风阻Ro,有:
计算风筒局部阻力时,用风筒始末两端风量的几何平均值作为风筒的平均风量Qa,有:
则由式( 8) 、( 9) ,计算风筒的局部阻力为:
3) 风筒的总阻力
风筒的总阻力包括风筒的摩擦阻力和局部阻力,由式( 7) 、( 10) 可得风筒的总阻力为:
1.2.3均匀流巷道阻力积分求解
由于风筒连续均匀漏风,不考虑掘进巷道漏风情况,掘进巷道则连续均匀增加风量,设每百米风量增加率为k',由图5可得到:
由式( 12) 可解得百米风量增加率:
对掘进巷道长度取微元dm,如图5,则积分可得巷道摩擦阻力为:
式中: α2为掘进巷道的摩擦阻力系数,Ns2/ m4; u2为巷道湿周,m; S2为巷道断面面积,m2。
1.2.4掘进通风系统总阻力求解
根据前文的分析计算,由式( 6) 、( 11) 、( 14) 可得,掘进通风系统的总阻力为:
其中,掘进通风系统总风阻
式中:
2实例应用及分析
某矿根据生产部署需开掘一条长为3000m的巷道,巷道断面尺寸为4m × 3m,采用压入式局扇通风,选取直径为800mm、节长为30m的柔性风筒,风筒接头方式为双反边接头。风筒参数和掘进巷道参数如表3和表4。
将表3、表4参数代入到式( 2) 中,整理得到用常规方法计算掘进通风系统阻力hRp随掘进巷道长度L变化的公式为:
式中,c2= - 1. 1191 × 10- 4,c1= 1. 8994,c0= 607. 337。
同时将表3、表4参数代入到式( 15) ~ ( 19) ,经过整理可以得到数值积分法计算掘进通风系统总阻力hR随掘进巷道长度L变化的公式为:
式中,e2= - 1. 0845 × 10- 4,e1= 1. 8677,e0= 895. 68。
将常规方法计算得到的阻力公式( 20) 和数值积分法计算得到的阻力公式( 21) 绘制在同一图中, 得到图6。
由图6可知,当考虑风筒连续均匀漏风、不考虑掘进巷道漏风时,用常规方法和本文的数值积分法计算的掘进通风系统总阻力均与掘进巷道长度成二次函数关系,在该矿计划开掘巷道的长度范围内,两种方法计算的掘进通风系统总阻力皆随掘进巷道长度的增加而单调增加; 不同的是,数值积分法计算的总阻力变化曲线明显高于常规方法计算的总阻力变化曲线,这是因为常规方法计算总阻力时没有考虑掘进头的阻力和均匀流巷道部分的阻力。
为考虑掘进头和均匀流巷道的阻力影响,将数值积分法计算的阻力公式与常规方法计算的阻力公式做差,得到如下公式:
式中,g2= 3. 458 × 10- 6,g1= - 3. 17 × 10- 2,g0= 288. 343。
将式( 22) 绘制成曲线如图7。
由图7可知,掘进头和均匀流巷道的总阻力 ΔhR变化曲线是关于掘进巷道长度L的开口向上的抛物线,在该矿计划的掘进巷道长度范围内,虽然 ΔhR随巷道长度L的增加逐渐变小,但当L达到3000m时,ΔhR最小也能达到225. 37Pa,对总阻力的影响较大; 若L持续延长,则 ΔhR将逐渐增大,对掘进通风系统的总阻力影响更大。
3结论
1) 理论研究推导出了单巷单机掘进通风系统总阻力新的计算公式,具有一定的参考意义。
2) 结合某矿的实际情况,在只考虑风筒连续均匀漏风时,用常规方法计算掘进通风系统的总阻力误差较大,原因在于常规方法忽略了掘进头和均匀流巷道的通风阻力。
掘进通风 篇8
1抽出式通风流场结构
在不同的热负压作用下,掘进工作面将出现如图1所示的3种风流结构形式。图1a中,t1=t2,即无热负压作用或者风筒吸风口距离工作面较远时,在工作面内存在局部涡流。图1b中t1>t2,新鲜风流为热气流,在热气流的抬升作用下沿顶板向工作面运动,而工作面气流沿底板向外运动,在工作面内形成一定长度的对流分层。图1c中t1
2PMV—PPD指标与空气龄
2.1PMV—PPD指标
1984年国际标准化组织提出热环境评价与测量的标准化方法ISO7730,采用了PMV—PPD指标评价热环境。PMV将人体热感觉从冷到热依次划分为冷(-3)→凉(-2)→微凉(-1)→适中(0)→微暖(+1)→暖(+2)→热(+3)7个等级,以数字化的形式反映同一环境下绝大多数人的冷热感觉。因人与人之间存在生理、心理及行为特点的差别,大多数人认为当前环境为最佳热舒适状态,仍会有少部分人对该热环境不满意。因此,同时提出PPD指标表示对热环境的不满意程度[9]。
2.2空气龄
空气龄可作为衡量矿井空气质量的一个重要指标,定义为掘进作业空间某点空气或全部空气被更新的时间[5]。作业空间平均空气龄是整个作业空间各点的局部空气龄平均值。空气龄以量化的形式客观地对矿井空气质量进行描述,可以形象地理解为:空气龄越小即空气更新的时间越短,空气被污染程度越小,该处空气越新鲜,表明该处气流组织好,通风换气能力强,整体空气质量较好。空气龄的测定和计算都比较复杂,采用Airpak2.1软件进行数值模拟计算。
3数值模拟及结果分析
3.1数学物理模型
以某矿抽出式局部通风的掘进工作面为研究对象,抽出风筒口距离掘进工作面4 m,模拟区域风筒长8 m,Ø500 mm,风筒紧靠巷道侧壁,距离底板高1.5 m处。数值计算区域为X×Y×Z=12 m×3 m×4 m有限空间,作业人员2人。掘进工作面三维物理模型如图2所示。选用标准k—ε两方程数学模型,采用Airpak2.1数值模拟软件进行网格划分、设定边界条件、求解,得到速度矢量、流线、温度、空气龄、PMV—PPD分布情况(图3—图5)。
3.2速度、温度场分布
从图3可以看出,由于流体的连续性和掘进工作面有限空间的限制,从风筒口至工作面形成风流卷吸有效区、涡流扩散区的通风流场结构,与图1c相似,与文献[6]理论研究结果一致。在抽风机的抽吸作用下,大部分的涡流区空气被不断带走,同时混入少量新鲜空气,形成风流卷吸有效区。图3c中风筒口卷吸速度达到2 m/s(负号表示气流沿风筒排风方向)。根据气流的连续性,需要不断补充新风的供给,巷道新鲜风流沿巷道底板向工作面流动,确保了新风的供给和有毒有害气体的稀释。同时工作面气流沿巷道顶板向外运动,在掘进工作面内形成较长的对流分层。在涡流扩散区,新风与污风不断搅拌混合,紊流气流加速了人员与空气的对流换热效果。从图4a可知,风流温度由巷道进风口到掘进面逐渐升高,靠近工作面空气温度最高。在人体垂直高度内,由于受热气流的抬升作用与抽出式风机卷吸共同作用,巷道上部区域温度略高于下部区域,垂直温差t≤3 ℃。
3.3空气龄分布
从图4b中可以看出,从巷道进风口至工作面,空气龄呈上升趋势。在1～3 m区域,空气龄0～25 s;在3～8 m区域即到风筒吸风口,空气龄继续增加至75 s左右。8～12 m即吸风口至工作面区域,空气龄相对较大。新鲜风流沿途受围岩氧化,同时,存在设备工作散发的有毒有害气体污染及粉尘污染,空气新鲜程度不断下降,使得空气龄逐渐增加。吸风口卷吸排走大部分污风,同时掺混少量沿巷道送入的新风,相对巷道的整个区域,空气龄较大。空气龄最大在靠近工作面的局部涡流区域,达到了100 s,空气龄大小同时受作业空间气流组织的影响。
3.4PMV—PPD分布
从图5得知,靠近工作面的大部分区域,PMV在0.72～1.08,与风筒重合的巷道区域,PMV较小,在0.19～0.55。PMV对应的热感觉为适中至微暖。PPD在12.5%～20.0%,即有12.5%～20.0%的作业人员对该热环境感觉不舒适。另外,结合图3—图5可知,吸风口卷吸速度较大,温度较高,PMV几乎与巷道进风口处相当,说明PMV是风流温度和流速综合作用结果。结合该矿现场调研,对掘进作业面人员热舒适情况进行调研分析,作业人员对热环境的不满意度为15%左右,85%的人对热环境表示满意,可认为此作业环境满足人体热舒适要求,验证了数值模拟结果的准确性。
4结论
(1)在满足抽出式通风条件下的大断面、长巷道的岩巷或低瓦斯煤巷掘进过程中,新鲜风流沿巷道送入工作面,而工作面产生的污风直接经风筒排出,与压入式通风相比,降低了污风沿巷道流出过程中被污染的程度,使作业空间空气较为清新,改善了工作面空气质量。
(2)结合PMV—PPD和空气龄指标对矿井热环境进行数值预测与评价,综合考虑了空气温度、相对湿度、流速、辐射、作业人员劳动强度及其衣着情况多因素影响下的气流组织、空气质量与人员热舒适的关系。
摘要：运用流体力学、传热传质学理论,采用Airpak2.1软件模拟了掘进作业空间风流与围岩的热湿交换过程,得到风流流场、温度场、平均空气龄及PMV—PPD分布。研究结果表明,抽出式局部通风掘进工作面热环境受热负压影响,从风筒口至工作面区域存在风流卷吸有效区、涡流扩散区。结合空气龄和PMV—PPD指标对矿井热环境进行数值预测与评价,其结果与现场调研有较好的一致性。
关键词：热环境,掘进工作面,热舒适指标,空气龄,PMV—PPD
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掘进通风 篇9
关键词：独头巷道,长距离,通风,优化布置
引言
随着煤矿生产技术的发展, 工作面长度增加, 单巷长距离通风问题越来越多。为了缓解采掘接续紧张的矛盾, 就要优化巷道布置, 加大工作面顺槽长度, 较少辅助联络巷和切眼巷道, 加快工作面掘进及准备时间, 达到上述目的的关键是能否实现长距离通风。围绕上述问题, 彬长胡家河矿业公司在401102工作面运输巷及切眼施工中实现长距离通风达2000m。
1 通风方式的确定
通风方式总体上分为压入式和抽出式两种。压入式通风时局部通风机及其附属电气设备布置在新鲜风流中, 乏风流不通过局部通风机, 安全性好。压入式风筒出风速和有效射程大, 可防止瓦斯层状积聚, 散热效果好, 压入式通风可用柔性风筒, 重量轻, 便于运输且材料成本低。
胡家河煤矿属于高瓦斯矿井, 若通风效果不好, 会出现局部瓦斯积聚现象。
结合矿井实际情况, 分析得出压入式通风优于抽出式, 故选用压入式通风方式。
2 局部通风机及风筒的选择
2.1 局部通风机的选型
式中, Q局-局部通风机的吸风量, m3/min;P-风筒漏风系数;Q掘-掘进工作面风量, m3/min。
2.2 局部通风机的技术参数
型号:FBD-Ⅰ-No8.0/2×45kw;
风量:910-550m3/min;
全压:770-6760pa;
功率:2×45kw;
最高全压效率≥80%;
噪声≤25d B。
该型风机的气动参数合理, 随着风压的不断增加, 风量变化小, 气动性能曲线较陡, 是一条光滑的无驼峰的平滑曲线, 极大的满足了风筒阻力变化而风量保持平稳的特点。
2.3 风筒漏风系数的计算
柔性风筒百米漏风率如表1所示。
式中, K1-风筒的漏风系数;L-通风巷道总长度, m;K100-风筒百米漏风率, %, 按表1取得。
风筒是掘进施工中的导风装置, 对风筒的基本要求是漏风小, 风阻小, 质量轻, 拆装方便, 柔性风筒具有轻便, 可伸缩, 拆卸搬运方便的特点, 为满足压入式通风要求, 选用直径1000mm的柔性风筒。风筒接头采用双反边方式, 漏风小, 不易胀开。
3 风量计算
3.1 按人员计算
N-井下工作面同时最多人数, 20人。
按排出掘进工作面瓦斯绝对涌出量计算:
式中, Q-绝对瓦斯涌出量, 取2.05m3/min;K-瓦斯涌出不均匀系数, 取2。
经以上计算, 取较大需风量Q2=410m3/min, 取漏风系数P=1.25, 则局部扇风机的工作风量Qi=PQ2=1.25×410=512.5m3/min。
3.2 按最小风速校验
Qmin=S×Vmin=0.25×60×18=270m3/min;
Qmax=S×Vmax=4×60×18=4320m3/min;
Qmin=270m3/min
Vmin-最小风速, V=0.25m/s;
Vmax-最大风速, V=4m/s;
满足掘进工作面最小风速需要。所以掘进迎头最小供风量为512.5m3/min。
由上述计算得知401102运输巷迎头工作面施工所需最小需风量:Qmin=512.5m3/min。
3.3 风压计算
最大通风距离2000m, 胶质风筒长度为2000m, 迎头工作面施工至少所需风量Q=Qmax=339.5m3/min=5.658m3/S。
式中, H-风压, Pa;Rm-沿程摩擦风阻, Rm=R胶=2.0×15=30Pa.S2/m6;Rc-出口风阻, Rc=0.818γ/ (gd5) =0.33Pa.S2/m6;Q-局部风机高效风量, Q=12.48m3/s;Qz-掘进工作面需风量, Q=5.658m3/s。
3.4 通风机选型
根据以上风量、风压计算401102工作面运输巷迎头工作面共选用2台FBD-Ⅰ-No8.0/2×45型防爆压入式对旋轴流风机 (配用电机功率:2×45kw, 风量为:7.78~15.38m3/s;风压2008~8057Pa) 作为一个工作面局部通风机 (每个工作面双机双电源, 备用一台) , 满足供风要求。
4 通风中的注意事项
4.1 合理选择风筒类型
(1) 选择单节长度较长的风筒。适当增加风筒的节长, 减少风筒的接头数目, 降低风筒的局部风阻和漏风。一般风筒插接接头漏风量在0.2~0.4m3/min, 当接头数较多时, 不可能实现长距离通风。国内有使用200m/节的风筒, 效果明显。 (2) 选择大直径风筒。长距离通风必须要合理选择风筒的直径, 风筒的通风摩擦阻力与风筒直径的5次方成反比, 风筒直径增加1倍, 通风阻力减少32倍, 因此尽量选择直径较大的风筒。
4.2 合理确定风机型号
直接采用大功率风机和大直径风筒。目前我国已生产有多种类型的大功率局部通风机。如重庆煤科院的60k W对旋风机, 其额定风量均达500m3/min, 额定风压均达4500~5000Pa, 并且生产与大功率局部通风机相配套的直径为800~1000mm的高强度胶质风筒, 都能满足高瓦斯长距离掘进工作面的要求。
4.3 加强通风系统的维护
(1) 改进接头方式。采用双反压边, 减小漏风量。 (2) 采用柔性风筒时, 要吊挂平直, 防止刮破, 要粘补或灌胶封堵所有的针眼, 减少漏风。 (3) 及时修补或更换破损风筒, 减小小范围漏风。
5 综合效果
目前国内普遍采用一般轴流式局部通风机相比, 对旋压入式通风机具有结构紧凑、风压高、风量大、噪音低、高效节能、性能稳定等优点。实现独头长距离掘进巷道的通风解决了掘进施工中搬家多, 劳动强度大, 贯通多, 施工复杂的问题, 提高了劳动效率, 促进了安全生产, 还大幅度地降低了万吨掘进率, 为优化工作面布置、矿井高产高效提供了强有力的保证。
参考文献
[1]张国枢.通风安全学[M].第二版.徐州:中国矿业大学出版社, 2011.
[2]姚国芳, 李勇, 王广胜.煤矿巷道掘进的综合降尘与防尘[J].煤炭技术, 2009 (12) :95-97.
[3]蒋仲安, 金龙哲, 袁绪忠, 等.掘进巷道中粉尘分布规律的实验研究[J].煤炭科学技术, 2001, 21 (3) :43-45.