矿井反风论文 篇1
1 反风期间井下通风变化
矿井反风期间, 井下的通风方式由抽出式通风改为压入式通风, 目前, 较为流行的反风方法主要有四种, 分别是反风道反风法、反转反风法、无反风道反风法和调整动叶安装角度反风法[1]。建新矿现有两台型号为FBCDZN 028-2×250 (B) 主要风机, 采用第二种方法实现矿井反风, 即利用对旋轴流式通风机反转实现矿井反风。
在反风演习结束后矿井回风恢复正常达到8883m3/min, 而在演习过程中矿井的总回风量下降到6549m3/min, 占正常时风量的73.72%。在对矿井进行通风计算时, 通常认为风流在巷道内是处于完全紊流状态。由流体力学可知, 无论层流还是紊流, 通过利用风流压能损失来计算摩擦阻力都符合达西定律, 其表达式如下:hf=λL/d· (ρv2) /2 (1) , 其中λ为达西常数, 即沿程阻力系数, 采用尼古拉兹公式继续对达西公式进行化简, 得到:
α为巷道的摩擦阻力系数, 与巷道帮壁的粗糙程度有关。
从上式中可以看出, 在给定的巷道内, 忽略巷道内空气密度的微小变化, 除风量Q之外, 其余参数均不会发生变化, 从而得到摩擦阻力的一般表达式:H=RfQ2, Rf=α*LU/S3 (3) , 则Rf可视为巷道的特征参数。假设Rf在反风演习过程中维持不变, 则摩擦阻力H与风量的平方Q2成正比关系, 因此, 在矿井反风时摩擦阻力H, 即矿井总风压理论值为矿井风压正常值的54.27%, 而总风压的实测值比例为52.05%, 稍低于理论值。上述事实表明, 在矿井内反向风门设施存在一定缺陷, 反风时外部漏风比正常通风时稍大, 应该适当加强反向风门的管理措施。
2 反风期间瓦斯涌出量变化
在矿井反风演习时, 矿井的总回风量减少, 并伴随着总风压降低, 因而早成矿井瓦斯涌出量明显减小。在演习过程中, 矿井绝对瓦斯涌出量为5.23m3/min, 占正常时7.11m3/min的73.56%, 而相对瓦斯涌出量也从正常时的0.90m3/t下降为0.66 m3/t, 下降为正常值的, 与绝对瓦斯涌出量下降幅度基本相同。造成瓦斯涌出量下降的主要原因是由于反风演习改变了矿井通风方式, 进而影响到瓦斯的涌出来源, 造成瓦斯涌出异常。
2.1 瓦斯来源分析
至今为止, 公认的瓦斯涌出来源主要有三方面, 分别是煤岩层瓦斯涌出, 采掘过程煤体破碎瓦斯涌出和邻近采空区瓦斯涌出。前两者称为直接瓦斯涌出, 后者为积存瓦斯涌出[3]。煤岩层的瓦斯涌出除与岩层断面大小和暴露时间有关之外, 还受岩层表面风压影响, 在反风过程中, 矿井将抽出式通风改为压入式通风, 工作面又负压变为正压, 对煤岩层的瓦斯涌出起到拟制作用, 在一定程度上降低了这部分瓦斯涌出。
采空区是瓦斯积聚的重要区域, 考虑到反风过程中巷道节点位压差的变化对采空区积聚瓦斯涌出的影响, 分析出节点压力的变化与采空区瓦斯扩散系数的变化的关系:当节点气压增加时, 采空区瓦斯的扩散系数相应减小。但是, 文献[3]是在假设巷道温度维持恒定的基础上做出的推导, 而建新矿在反风期间巷道内温度变化明显, 因此, 在对积存瓦斯涌出分析时, 不能忽略温度对采空区瓦斯渗透率的影响。
2.2 风量与瓦斯涌出的关系
矿井风量变化时, 会对瓦斯涌出量和瓦斯浓度产生波动影响, 但是随着通风趋于稳定, 矿井内的瓦斯会逐渐达成稳定状态。此次矿井反风演习过程中, 总回风量占正常风量的73.72%, 而瓦斯绝对涌出量占正常时的73.55%, 两者所占比重基本一致, 都高于反风矿压占正常时的52.05%。在没有邻近层的单一煤层回采时, 由于瓦斯主要来自煤壁和采落的煤炭, 可以忽略采空区积存的瓦斯量, 回风流中的瓦斯浓度随风量的减小而增加, 此次反风演习, 工作面停止采煤。
2.3 积存瓦斯涌出分析
采空区内是大量瓦斯积存的区域, 随着时间的推移, 积存在采空区内的瓦斯达到稳定状态, 但是, 由于反风演习对矿井通风方式的改变, 导致巷道内温度和气压相继改变, 打破了采空区内瓦斯的稳定状态, 使采空区内的瓦斯扩散系数发生变化, 从而导致采空区内瓦斯涌出的异常变化。气体的扩散系数一般通过多次实验测得, 同样可由马克斯维尔—吉利兰公式估算得到, 在气体扩散达到稳定态之后, 可得到扩散系数与压强P与温度T之间的关系:
式中T为绝对温度, P为气压。
由于在实际测量过程中, 气压变化微小, 因此假定工作面附近采空区气压保持稳定, 而温度发生明显变化, 根据上式可得出扩散系数的变化率。
在反风演习过程中, 4202工作面附近温度要低于反风结束后的正常温度, 而在反风结束后, 瓦斯扩散系数得到增加。4202工作面在反风演习前后的瓦斯浓度变化情况表, 从中可以看出, 反风演习过程中的瓦斯浓度明显要低于演习结束后的瓦斯浓度, 反风时的绝对瓦斯涌出量0.4668m3/min, 而演习结束后的正常绝对瓦斯涌出量为1.8102m3/min, 假设瓦斯在反风过程中扩散能力保持不变, 则绝对瓦斯涌出量的理论值应该为1.0892m3/min, 明显远高于实际测量值, 说明在反风演习时, 工作面附近的瓦斯扩散能力发生改变, 从而验证了温度对瓦斯涌出的影响关系。
此外, 按照分子动能理论, 温度降低导致瓦斯气体分子内能降低, 分子间相对运动减少, 降低了瓦斯气体分子活性, 从而使瓦斯气体分子不易向外扩散。
3 结论
(1) 此次矿井反风演习中, 风压降幅高于回风量降幅, 表明矿井反风时存在较大外部漏风, 反向风门设施有一定缺陷, 需要改进。
(2) 反风改变了矿井通风方式, 导致风量和风压减小, 从而使矿井的瓦斯涌出量相对减小并且减小幅度基本等同于风量减小幅度。
(3) 反风过程中, 工作面附近温度的变化, 导致附近采空区内瓦斯扩散系数改变, 直接影响到采空区瓦斯涌出量的变化。
参考文献
矿井反风演习管理 篇2
l、生产矿井每年应进行一次反风演习，矿井通风系统变化较大时应进行1次反风演习
2、反风演习持续时间不应小于人员从矿井最远地点撤退到安全地点所需的时间，目不得少于两小时。
3、矿井主要通风机必须装有反风装置，并满足以下要求：①结构简单，坚固可靠;②所有操作开关应集中安设，动作灵活可靠，便于值班司机操作。③能在10min内改变巷道中的风流方向;④当风流方向改变后，主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40%;⑤反风风门(闸门)的起重量大于1t时，应采用电动、手摇两用风门绞车，并集中操作。
4、反风演习持续时间内，在反风后出风井口附近20m范围内以及反风后出风井口相连通的井口房等建筑物内，都必须切断电源，禁止一切火源存在，并禁止交通。
5、矿井反风演习前，由矿总工程师负责组织编制反风演习计划，报永煤股份公司批准。反风演习计划内容包括：①按照矿井灾害预防与处理计划的要求规定火灾发生的假设地点;②确定反风演习开始时间和持续时问;③明确反风设备的操作顺序;④确定反风演习的观测项目及其方法：⑤预计反风后的通风网络、风量和瓦斯情况;⑧规定参加反风演习的人员分工和培训工作;⑦明确恢复正常通风的操作顺序和制定排除瓦斯的安全措施。