晋普山煤矿通风系统阻力测定与分析
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晋普山煤矿通风系统阻力测定与分析X
程根银1,2 教授 朱 锴1 教授 石建军1 李 楠1 宋晓燕1(1华北科技学院安全工程学院 2北京科技大学土木与环境学院)学科分类与代码:62014030 中图分类号:X924.3 文献标识码:A=摘 要> 矿井通风系统阻力测定是煤矿通风技术管理的重要内容,阻力的大小直接影响矿井的通风效果,笔者介绍了矿井通风阻力测定常用的几种方法,分别评述了其优缺点及适用条件,并根据晋普山煤矿通风系统实际情况,选用基点法对其通风阻力进行了测定,全面、准确地掌握了全矿井通风阻力分布情况,为今后进行通风系统调整,提供了有参考价值的基础数据资料。同时依据测定结果,对晋普山煤矿通风系统进行了合理分析。=关键词> 通风系统;阻力;基点法;等积孔;风量;回风MeasurementandAnalysisofResistanceinVentilationSystemofJinpushanMineCHENGGen-yin1,2,Prof. ZHUKai2,Prof. SHIJian-jun2 LINan2 SONGXiao-yan2(1SafetyEngineeringCollege,NorthChinaInstituteofScience&Technology2CivilandEnvironmentEngineeringSchool,BeijingUniversityofScience&Technology)Classificationandcodeofdisciplines:620.4030Abstract: Theresistancemeasurementofventilationsysteminmineisanimportantcontentinventilationmanagement.Themagnitudeofventilationresistancedirectlyaffectsitsefficacy.Somemethodscommonlyusedinventilationresistancemeasurementareintroduced,theiradvantagesanddisadvantageaswellastheirfeasibilitiesarediscussedrespectively.Basicpointmethodisse-lectedtomeasuretheventilationresistanceaccordingtoactualsituationofJinpushanmine.Throughmeasurementtheresistancedistributioninwholeventilationsystemisknownprovidingvaluabledatafromwhichrationalanalysiscouldbemade.Keywords: ventilationsystem;resistance;basicpointmethod;equivalentorifice;airvolume;airreturn1 引 言晋普山煤矿位于山西省晋城市郊区,属国家司法部下属的地方国有劳改煤矿,年产量90万吨。目前,开采的煤层为3#煤层、9#煤层,煤层倾角较小,属于缓倾斜煤层。该矿的主、副两平硐为主进风井,另排矸立井也进一定风量(约400m3/min);1号风井的1号风机型号是70B2-21-28,2号风机型号是ZK2-Gl28,3号风井的1号风机和3号风机型号均为ZK60-4l28[1]。矿井通风阻力是伴随着矿井通风而产生的,其对矿井通风、矿井安全及经济效益有着重要影响[2)3]。因此,在矿井设计及实际生产中,要合理选择巷道参数,采取有效措施,降低通风阻力,提高经济效益。矿井通风阻力测定是煤矿通风技术管理工作的重要内容之一[4]。其目的有二:其一,了解矿井通风系统中通风阻力大小和分布情况,为改善矿井通风状况、降低阻力提供依据;其二,通过实测数据测算矿井各类巷道的井巷摩擦阻力系数和风阻值,为矿井的通风设计、系统改造、调节风压法控制火灾提供可靠的基础资料。5煤矿安全规程6第119条规定:/新井投产前应必须进行一次矿井通风阻力测定,以后每3年至少进行一次。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的测定0。为准确掌握晋普山煤矿井下风网通风阻力分布情况,评价未来安全生产布局,提高矿井防灾和救灾的科学决策能力,该课题组于2004年7月下旬对晋普山煤矿通风系统进行了通风阻力测定。由于该次测定线路长,测量范围大,要求参与测定的人员多,所以选用省时省力,数据处理工作简单的基点法进行测定,并对测定误差进行控制,最后通过测算结果对晋普山煤矿通风系统存在的问题进行分析并提出了有效的整改方案。2 通风阻力测定方法选择在矿井通风阻力测定过程中,因多种干扰因素的影响,使测定值存在一定误差,如果测定方法选择得当,可以在满第15卷第9期2005年9月 中国安全科学学报ChinaSafetyScienceJournal Vol.15No.9Sep.2005
X文章编号:1003-3033(2005)0001-04-27-01足精度的情况下提高测定速度,并能给测定工作带来方便。常用的几种测定方法如下:比值校正法、同步法、基点法、逐点测量法。211 比值校正法在地面井口附近设监测点,测定地面气压在一定时间vt内的变化量vp0,由此对井下测点i的静压在同一时间内的变化值进行校正。此法需对风流流动的热力过程进行校正,计算误差较大。适用于浅井测定。212 同步法用两台等精度和型号相同的气压计在风道的起点和末点上约定时间同时读数,使一台的读数作为另一台的修正。该方法的测定精度较高,适用于井下局部区域阻力测定。213 基点法用两台气压计,一台井上,一台井下。井上的一台固定在入风井口的基点上,监测地面大气压的变化,井下的一台沿测定路线巡回测定。这种方法的优点是测定方便,省时省力,数据处理工作简单,缺点是误差较大。其测定结果能够满足一般性要求。214 逐点测量法用3台气压计,一台固定在入风井口的基点上,作为大气压力变化校正用,将另外两台气压计携至井下测点,沿着预定的测定路线逐点测定。这种方法的优点是测定精度高,适用于测定时间长、范围大的矿井。3 晋普山煤矿通风阻力测定由于该项目意在掌握全矿井的通风阻力分布情况,须对全矿井各个采区的通风阻力进行测定,且部分区域由于积水不能通过,故采用气压计法。同时,由于测定线路长,测量范围大,要求参与测定的人员多,所以选用基点法进行测定。本次测定程序如图1所示。
图1 矿井通风系统阻力测定程序311 矿井通风阻力测定路线的选择矿井通风阻力测定系统如图2所示,共选择了105采区、903采区和901采区3条主测路线,另又选择了5条辅测路线。选择的路线包含了采区和工作面等主要用风地点,满足全矿通风阻力测定的要求。
图2 矿井通风系统阻力测定测点布置系统图#68#中国安全科学学报ChinaSafetyScienceJournal 第15卷2005年 1)105采区:副平硐口)副平硐)105北大巷)105皮带巷)10514主巷)10514工作面)10514副巷)105回风)北回风)1号风井总回)1号风井。2)903采区:副平硐口)副平硐)西大巷)903北大巷)联络巷)903皮带巷)90303主巷)90303工作面)90303副巷)90303回风)903回风)902回风)3号风井总回)3号风井。3)901采区:副平硐口)副平硐)南740大巷)901轨道巷)106回风)3号风井总回)3号风井。312 主要计算参数31211 空气密度计算由于井下各测点的相对湿度均在60%以上,且密度的精确度对阻力测定的精确度影响不是很大,故按简化的近似公式进行计算(地面的密度仍然按精确计算公式计算)。Q=0.003458P/T式中,Q)))测点的空气密度,kg/m3;P)))测点的绝对压力,Pa;T)))测点空气的绝对温度,K。T=273.15+td,td为测点空气的干球温度,e。31212 测段风量计算在同一测段中,若风路中间无分岔,测段风量按两个测点的平均风量计算,即Q12=12(Q1+Q2)若风路中间有分岔,则按测段中绝大部分井巷中的风量计算;这时Q12=Q1或Q12=Q2;若中间分岔较多,则只进行阻力计算而不进行风阻、百米风阻及摩擦阻力系数计算。31213 测段平均断面积及周长的计算本矿井井下大部分巷道断面按三心拱形计算,部分巷道按半圆拱形和梯形计算,立井按圆形断面计算。一般测段平均断面积是按两端点的断面积用算术平均法计算。若两端点断面积相差较大,则按测段中绝大部分井巷中的断面积计算,即取其中的某一端点的断面积作为测段平均断面积,特殊情况下,在中间专门实测。测段周长是根据测段断面形状,由下式计算U=CS,其中U为测段平均周长,S为测段平均断面积,C为断面类型系数,对于三心拱,C=3.85;对于半圆拱形,C=3.90;对于梯形,C=4.16。31214 通风阻力计算 hr1-2=K1(p1-p2)-K2(P01-P02)+12(Q1v21-Q2v22)+Q1-2g(Z1-Z2)式中,hr1-2)))测点1与2间的通风阻力,Pa;P1,P2)))井下测量气压计在巷道内沿风流方向的始、末测点压力读值,Pa;P01,P02)))读取P1及P2压力值时,基点校正气压计的相应读值,Pa;K1,K2)))井下测量用气压计与基点校正气压计的仪器校正系数;v1,v2)))始、末测点处的平均风速,m/s;Q1,Q2)))始、末测点的空气密度,kg/m3;Z1,Z2)))始末测点的标高,m;Q1-2)))始末测点的空气平均密度,kg/m3;12Q1v21,12Q2v22)))风流断面1,2处断面的平均速压。31215 测段风阻的计算R1-2=hr1-2/Q21-2式中,R1-2)))断面1至2间井巷的风阻,kg/m7,Q1-2)))断面1至2间井巷的平均风量。31216 测段百米风阻的计算R1-2(100)=100R1-2/L式中,L)))测段长度,m31217 摩擦阻力系数A值的计算A1-2=R1-2S31-2/L1-2U1-231218 自然风压的计算矿井进回风两侧空气柱作用在底部单位面积上的重力差就是自然风压。特点是冷而重的空气向下流动,热而轻的空气向上流动。矿井自然风压HN的计算公式如下:HN=RQ进风gdz-RQ回风gdz4 结 论411 测算结果晋普山矿井1号风井通风阻力汇总如表1、表2所示。表1 晋普山矿井1号风井通风阻力汇总表节点测段节点静压差(Pa)标高差(m)平均密度(kg/m3)断面积(m2)风量(m3/s)阻力(Pa)累计阻力(Pa)风阻(kg/m7)长度(m)阻力系数(
kg/m3)121.80.01.061811.2047.601818.0000.00794150.057750232.50.01.073211.2547.6025.00043.0000.011031800.006759347.3-1.51.080011.3048.5856.80099.8000.024073700.007252452.70.01.081510.4548.5827.000126.8000.01144600.0174835623.8-1.51.083510.1576.47221.7480348.5480.037927370.0043866123.0-1.11.08669.4019.6318.0474366.5950.046842650.0124361213-0.60.61.08178.704.050.4902367.0850.029891230.014089#69#第九期 程根银等:晋普山煤矿通风系统阻力测定与分析