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5通风阻力测定的准备工作11
5.1学习培训11
5.2分工分组11
5.3图纸资料12
5.4测点和测定路线12
5.5测量仪器13
6通风阻力测定15
7矿井通风阻力有关参数的计算方法15
7.1空气密度15
7.2风量计算16
7.3大气物理参数测量16
7.4巷道断面积及周长参数测量16
7.5动压计算17
7.6通风阻力计算17
7.7测量路线的总阻力计算17
7.8巷道的风阻R计算18
7.9摩擦阻力因数α计算18
8矿井通风阻力测定结果计算和分析18
8.1通风阻力分布19
8.2通风阻力坡度分析20
8.3矿通风系统的有效风量和外部漏风分析21
9存在的主要问题22
9.1通风巷道存在问题22
9.2通风方式存在问题23
9.3整改措施23
10通风系统阻力测定对目前通风系统现状的评价23
11经验教训24
1概况
1.1矿井基本情况
重庆天府矿业有限责任公司三汇一矿(二井)位于重庆合川区三汇镇,于1985年投入建矿,在1989年开始进行生产;
矿井设计生产能力为600kt/a,核定生产能力900kt/a。
截至2009年12月底矿井保有工业储量86720Kt,可采储量43889Kt,矿井还剩服务年限还有55年。
矿井采用平硐—斜井开拓,主要井筒有+280m主平硐、+590m放水平硐、+770m放水平硐、+920m矸石斜井、+920m改造矸石斜井、+950m回风平硐、+1060m回风斜井等7个井筒。
矿井采煤方法为走向连续跨石门推进长壁式;
采煤工艺为综合机械化、高档普采和放炮落煤,全陷落法管理顶板。
每个采区走向长为800m。
矿井现开采的水平为+770m、674及+590m水平。
矿井开采K1和K4煤层(K4煤层仅小面积局部可采),其中K4为保护层,煤厚在0.3~1.2m,倾角在18~36°
;
K1为被保护层,煤厚在1.3~4.96m,倾角在18~36°
。
矿井工作制度为“三八”制,采煤作业方式为“一采一准”;
矿井2009年实际生产原煤为1000.168Kt/a。
1.2通风基本情况
天府矿业有限责任公司三汇一矿二井通风系统为两翼对角抽出式通风,其南翼+950m回风井安设有BDK62-6-№21两台主要通风机(一台使用一台备用),1#风机配2×
198KW电机,2#风机配2×
185KW电机。
供风能力最大可达7800m³
/min。
现运转1#风机,电压660V,电流15A,负压1585Pa。
北翼+1060m回风井安设有FBDCZII-8-№23两台主要通风机(一台使用一台备用),1#、2#风机配2×
供风能力最大可达6600m³
现运转1#风机,电压660V,电流17A,负压1314Pa。
矿井总回风量12253m3/min。
采煤工作面采取的是“U”型+尾排和“Y”型通风方式,掘进工作面全部均采用正压通风方式。
1.3通风阻力测定背景
随着矿井采掘生产向下水平延深和两翼边界扩展,按照瓦斯剃度的原理进行推测,矿井现延深+525m水平煤层瓦斯含量将大于上水平,并通风线路的增长;
矿井机械化程度的进一步提高和矿井原煤产量的提高,矿井生产系统经过进一步改造后单产单进上了一个新台阶,以致绝对瓦斯涌出量将大大提高;
根据目前的生产部署要求,矿井通风系统的优化势在必行。
因此必须作好前期准备工作,进行矿井通风阻力测定。
2测定的技术依据和目的
2.1通风阻力测定的技术依据
《矿井通风阻力测定方法》MT/T440-1995MT/T440-1995
《煤矿安全规程》(2009版)第119条规定:
“新井投产前必须进行一次通风阻力测定,以后每三年至少测定一次,矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后,必须重新进行矿井通风阻力测定。
2.2通风阻力测定的目的
矿井通风阻力测定是矿井通风技术管理的一项重要内容,其主要目的在于:
2.2.1为了解矿井通风系统的阻力分布情况;
2.2.2为生产矿井通风系统优化和合理配风提供基础资料和参数;
2.2.3为矿井井下灾害防治和风流调节提供必要的基础资料;
2.2.4为保证矿井的正常生产和增产提效提供依据;
2.2.5为矿井通风能力核定提供基础参数。
3测定方法
矿井巷道通风阻力的测定方法都是根据能量守恒定律(即流体力学理论的伯努利方程)建立起来的,目前,煤矿井下通风阻力测定方法通常有压差计法和精密气压计法。
其中压差计法测量精度较高,但费时费工,工作量大;
精密气压计法测量操作简便,但测量结果精度比压差计法低。
根据三汇一矿通风系统实际情况,本次矿井通风阻力测定方法选用了压差计法
压差计法测量通风阻力的实质是测出风流两点间的势压差和动压差,来计算两点间的通风阻力。
3.1阻力测定
从第1个测点起,在前后设置两测点处各设置一个静压管或皮托管,在后测点的下风测6-8m安设压差计。
静压管或皮托管应设置在风流正常稳定的地点,其尖端应正对风流方向。
压差计应靠近巷道壁安设平稳、调零或记下初读数,避免行人和运输影响。
橡胶管要防止折叠和被水、污物等堵塞。
待橡胶管内的空气温度等于巷道内的空气温度后,将短胶管一端连接在后测点的静压管上(或皮托管的静压端),另一端接在压差计的“-”端上。
长胶管的一端接在前测点的静压管上或皮托管的静压端),另一端接在压差计的“+”端上,待压差计液面稳定后读数,并填入表1中。
如液面波动,可在10-20S内,连续读9-10个值,再求其平均值。
此值为两测点间的势压差,还要用压差计的精度校正系数K进行修正。
再通过测定两测点巷道断面的平均风速和求得空气密度计算出动压差。
势压差加上动压差即为两测点间的通风阻力。
照此方法,从井口测点一直到风机风硐测点止,依次测出相邻两点间的压力差,并求和即为线路的通风总阻力。
在个别情况下,当后测点的风速远小于前测点风速,而测点间通风阻力又不大时,压差计读数可能出现负值。
测定采煤工作面压差时,仪器应安设在运输平巷或回风平巷内的不易受运输干扰的地点,胶管沿工作面敷设。
若工作面邻近有供行人或通风的小眼,胶管可通过小眼敷设。
表1压差计测压记录表
测点序号
测定地点
压差计读数(Pa)
仪器校正系数
K`
K``
备注
仪器型号
3.2风速测定
风速测量用风速表测量风速,需测量3次,取其平均风速。
并填入表2中。
表2风速记录表
表速,m/s
平均
m/s
仪器号
第一次
第二次
第三次
3.3大气物理参数测量
用空盒气压计测量大气压力;
用通风干湿温度计测量空气的干球温度和湿球温度。
并填入表3中。
表3大气物理参数记录表
温度(℃)
大气压力(Pa)
3.4巷道断面积和周长参数测量
按测点的巷道断面形状,用钢卷尺进行测量。
并填入表4中。
表4巷道参数记录表
测点
序号
巷道名称
位置
断面形状
支架
类型
巷道规格
距离
m
上宽m
下宽m
高度m
拱基
高度
用钢卷尺测量两点间的距离。
4矿井通风阻力测定内容及时间
4.1测定内容
(1)结合目前矿井生产实际,对矿井现有通风系统中的主要进、回风线路通风阻力进行了实测。
(2)对所有测点进行全面测定,以便掌握矿井通风系统中主要通风井巷、采掘工作面的实际风量、风速和有效通风断面积等。
(3)对测定原始资料及数据进行详细计算和分析,了解矿井现有通风系统状况,分析当前矿井通风系统中存在的技术问题,并对其实际情况进行总体评价,对矿井通风系统测定工作进行评述。
4.2测定时间
本次测定时间为2009年12月29日。
5通风阻力测定的准备工作
5.1学习培训
在进行矿井通风阻力测定前,由矿总工程师组织参加人员学习了公司批复和矿井通风阻力测定方案及技术安全措施;
明确了本次通风阻力测定的目的和任务,作好相关仪器的精度校正和备好所用记录表格等用具;
在地面进行操作演示,每位参加人员都熟练掌握测定技能、操作方法和注意事项。
5.2分工分组
5.2.1矿成立通风阻力测定领导小组
组长:
卓泽强;
副组长:
骆长君、王荣、蒲家全;
成员:
刘涛、邹代银、石顺伟、谭兵、唐大洪、张大川。
5.2.2测量人员分组
参加通风阻力测定工作人员共分4个组,分为地面指挥组和矿井井下组
(1)地面指挥组
组长:
成员:
主要负责通风阻力测定期间的指挥及异常情况发生的处置工作。
(2)井下1组。
负责线路1通风阻力测定工作。
徐泽鑫(负责读压差计读数和指挥本组工作)。
地测科1名(测量巷道参数)、古亮(读温度及空盒气压)、蒙昌华(测风)。
(3)井下2组。
负责线路2通风阻力测定工作。
胡智力(负责读压差计读数和指挥本组工作)。
地测科一名(测量巷道参数)、梁大方(读温度及空盒气压)、杨守伦(测风)。
井下2个组每个组配备救护队员2人,通风设施工1人,主要负责如拖运胶管和搬运仪器,前后联系信息等工作,必须听从组长安排。
5.3图纸资料
为做好矿井通风资料测定工作,测前要收集矿井开拓开采工程平面图、通风系统图、采区布置图以及地质测量标高图,收集井下通风设备、设施的安装布置情况,生产作业轮班情况,矿井瓦斯涌出情况,以及通风报表、主扇运转、井下漏风、井巷规格尺寸、矿井自然通风等资料。
5.4测点和测定路线
5.4.1测点布置
本次选择的测点是由这些测点构成的风网应能反映矿井巷道系统的实际状况,测点应有准确的标高,两测点之间不宜太近,否则难以准确测定两测点之间的阻力。
井下测点要做出明显的编号标记。
为了取得可靠的测定数据,在上述测定路线的风流分岔点之前或后及局部阻力大的地点前后均布置了测点,测点的位置选择在巷道支护完好、断面规整、前后无杂物、风流稳定的断面内。
5.4.2测定路线和测点
按照通风系统阻力测定的要求,结合矿井巷道布置的具体条件。
先在通风系统图上选择测定路线。
同时考虑一个工作班内将路线测完。
大致确定测定地段、路线和测点,经实地考察后研究布置三汇一矿通风系统阻力测定的路线及测点,并作好标记。
测定路线如下:
线路1:
+920m矸井→+674mS1水平车场→+674m北大巷→+674mN8抬高石门→2119机巷→2119工作面→2119工作面回风巷→+770mN8石门→+770mN7回风大巷→+770mN7北翼回风斜井→北翼总回风井。
线路2:
+920m改造矸井→+770mS1水平车场→+770mS1大巷→+770mS4大巷→+785mS4石门→+785mS4石门→1448机巷→1448工作面→1448工作面回风巷→+819mS4改造石门回风联络巷→+819mS4回风上山→+863mS4中运巷→+863m南三回风上山→+950m回风大巷→+950m回风井。
具体详见三汇一矿通风阻力测定线路布置图。
5.5测量仪器
(1)普通型空盒气压计(3台)
测量范围80-107KPa(相当于600-800mmHg),最小分度值50Pa。
(2)倾斜压差计(2台)
测量范围0-3000Pa,最小分度值10Pa。
(3)皮托管(4台)
校正系数0.998-1.004。
(4)低速风表(2台)
测量范围0.2-5m/s,启动风速≤0.2m/s。
(5)中速风表(2台)
测量范围0.4-10m/s,启动风速≤0.4m/s。
(6)高速风表(2台)
叶轮式:
测量范围0.8-25m/s,启动风速≤0.5m/s。
杯式:
测量范围1.0-30m/s,启动风速≤0.8m/s。
(7)秒表(2只)
最小分度值1s。
(8)皮尺(2把)
测量范围0-50m。
(9)钢卷尺(2把)
2m钢卷尺:
测量范围0-2m,最小分度值1.0mm。
30m钢卷尺:
测量范围0-30m,最小分度值1.0mm。
(10)橡胶管(或塑胶管)(600m)
内径4-5mm。
(11)橡胶管两通接头:
内径3-4mm,外径5-6mm,长度50-80mm。
橡胶管接头三通:
内径3-4mm,外径5-6mm,3个分支每个长度30-50mm。
(12)打气筒:
(2个)
普通型的换气筒。
阻力测定前均对所用仪器进行校正和标定。
6通风阻力测定
按矿《三汇一矿通风阻力测定安全技术措施》(一矿文〔2009〕301号)和公司《关于三汇一矿矿通风阻力测定安全技术措施的批复》(天矿司发〔2009〕399号)文件要求,矿于2009年12月29日进行了阻力测定,共布置测点111个,测定路线总长12737m。
所有实测数据见附表1-3所示。
7矿井通风阻力有关参数的计算方法
7.1空气密度
各测点的空气密度计算式:
ρ=0.00346p/(273+t)
式中:
ρ--空气密度,Kg/m3;
P—测点空气的绝对静压或大气压力,Pa;
t—测点空气的温度,℃;
7.2风量计算
风量计算式:
Q=SV
Q—测点风量,m3/s
S—测风处巷道断面积,m2;
V--测风处巷道断面的平均风速,m/s。
用风速表测量风速,需测量3次,取其平均风速值。
相邻两测点的风量相差不大时或有均匀漏风时,用平均风量Q,则Q=(Q1+Q2)/2
7.3大气物理参数测量
用温度计测量空气的温度并填入表3中。
7.4巷道断面积及周长参数测量
(1)面积计算公式:
拱形状:
S=0.264a2+ah
式中:
S——巷道断面面积,m2;
h——巷道拱基高度,m;
a——巷道宽,m。
三心拱形状:
S=0.264a2+ah
梯形形状:
S——巷道断面面积,m2;
a——巷道下宽,m;
b——巷道上宽,m;
H——巷道高,m。
(2)周长计算公式:
U=1.392a+a+2h
U=1.392a+a+2h
式中U—巷道周长,m;
按测点的巷道断面形状应用相应的计算公式求得。
7.5动压计算
动压计算式:
hd=ρV2/2
7.6通风阻力计算
压差计法通风阻力计算式:
h阻1-2=Kh测+ρ1V12/2-ρ2V22/2
h阻1-2–两测点间的通风阻力;
h测--两测点间的压差值;
K--压差计的精度校正系数;
ρ1、ρ2--测点1、2的空气密度;
V1、V2--测点1、2的风速;
7.7测量路线的总阻力计算
测量路线的总阻力计算式:
h阻总=h阻1-2+h阻2-3+h阻3-4+…+h阻(n-1)-n
7.8巷道的风阻R计算
两测点间测量时的风阻:
R1-2=h阻1-2/Q21-2
两测点间的标准风阻:
R1-2标=1.2R1-2/ρ1-2
测量巷道的100m标准风阻:
R100=100R1-2标/L1-2
L1-2—两测点间的距离,m。
7.9摩擦阻力因数α计算
应选择支架、断面S、周长U均不变或变化不大、无弯曲的巷道某一直线段L1-2,把下式等号右边诸参数测量出来,即可计算出该巷道测量时的摩擦阻力系数α测
α测=S3h阻1-2/(Q21-2×
L1-2×
U)
该巷道标准摩擦阻力因数α标=α测×
1.2/ρ1-2
8矿井通风阻力测定结果计算和分析
根据上述的测定计算方法,我们通过计算,完成了矿井通风系统中各类参数的计算,其测定记录及计算结果详见表1-1、表1-2、表1-3、表1-4、表1-5(压差计测定矿井南翼通风阻力参数表)和详见表2-1、表2-2、表2-3、表2-4、表2-5(压差计测定矿井北翼通风阻力参数表)。
8.1通风阻力分布
矿井通风系统中风路可分为进风段、用风段和回风段。
我们所测定的矿井通风路线上通风阻力分布情况(百分比)详见表5。
表5三汇一矿通风阻力分布表
通风路线
巷道长度(m)
通风阻力(Pa)
所占比例(%)
北翼
进风段
3910
239.92
18.25
用风段
1003
924.44
70.40
回风段
1083
149.13
11.35
南翼
3135
203.06
12.81
789
571.76
36.06
2717
810.57
51.13
从表5中可见,矿井北翼主要的通风阻力集中在用风段,其中进风段:
用风段:
回风段的阻力分配比为18.25:
70.40:
11.35;
矿井南翼主要的通风阻力集中在回风段,其中进风段:
回风段的阻力分配比为12.81:
36.06:
51.13。
根据现场观测,造成阻力较高的主要原因是回风巷道断面狭小、不规整、转弯、通风线路长等原因。
因此,应注意维护回风巷道的断面和支护状况,减少北翼用风段和南翼回风段的通风阻力,使矿井通风系统处于一个良好的状态,保证矿井安全生产,提供良好的通风条
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