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济源煤矿通风阻力测定资料
河南省济源煤业有限责任公司
通风阻力测定报告
河南理工大学
二O一七年六月
0引言
煤矿井下生产包括采煤、掘进、提升、运输、通风、排水等多个生产环节,通风是整个生产环节中保障矿井安全生产的一个重要环节。
众所周知,受生产条件的制约,矿井井下自然灾害严重,伤亡事故较多。
而及时、准确地获得和控制全矿井通风环境技术参数,则是实现安全生产和提高生产效率的重要保障。
一个良好的矿井通风系统是保证矿井安全高效生产的前提与基础。
矿井通风系统是由通风机装置、通风网络及各种通风设施等所组成的。
而通风系统是否合理,与通风机装置的性能及与之匹配的井下网络系统有着密切的关系。
要保证矿井通风系统处于良好的运行状态,就必须使矿井主要通风机在最佳工况点运行,就必须掌握全矿井井下通风网络中的各种通风基础技术参数。
全矿井通风阻力指的是由井筒、巷道及通风构筑物构成的通风网路所产生的通风总阻力,它是衡量矿井通风能力的重要指标,影响矿井通风阻力大小的因素很多,有井巷断面的大小、井巷支护状况、通风距离的长短、井下分区网络布置的合理性及风量调节方法的合理性等诸多因素。
随着矿井开采过程的变化,矿井通风阻力的大小和分布也会发生变化。
因此,经常了解和掌握矿井通风阻力大小和分布状况,是进行矿井通风科学管理、风量调节和通风设计的根本依据。
所以,《煤矿安全规程》第119条明确规定:
新井投产前必须进行1次矿井通风阻力测定,以后每3年至少进行1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。
通过矿井通风阻力测定,可以达到下列目的:
(1)了解通风系统中阻力分布情况,发现通风阻力较大的区段和地点,了解矿井井巷的维护状况,了解矿井通风能力与潜力,便于正确调节风量以满足生产的需要,确保矿井通风系统经济合理地运行;
(2)提供紧密结合矿井实际的井巷通风阻力系数和风阻值,使通风设计与计算更切合实际,使风量调节有可靠的依据;
(3)为调节风压控制火灾提供必须的基础资料,使这一方法的应用更合理、有效;
(4)为发生事故时制定灾变处理计划提供重要的基础资料;
(5)为矿井通风自动化及矿井通风系统优化、改造提供基础数据等。
为了实现上述目标,河南省济源煤业有限责任公司一矿特委托我单位对河南省济源煤业有限责任公司一矿进行通风阻力测定。
根据委托方要求,我单位于2017年6月9日组织相关的技术人员对河南省济源煤业有限责任公司一矿进行了矿井通风阻力测定,并于2016年6月20日编制完成了河南省济源煤业有限责任公司一矿矿井通风阻力测定报告。
1矿井概况
济源煤业有限责任公司一矿属地方国有企业,位于济源市北约10km的克井镇石河村北,隶属济源煤业有限责任公司管辖。
矿区位于克井盆地西北侧,地势北高南低,最高海拔280m,最低海拔213m,高差67m,地形相对平坦开阔。
矿区内整体地势北高南低,地表全部由蟒河冲洪积物及山前坡积物所覆盖。
济源煤业有限责任公司一矿于1970年4月25日破土动工,1976年2月18日建成投产,年设计生产能力为45万吨。
由于开采工艺落后,2001年前从未达产,每年生产原煤30万吨左右。
2001年引进综采轻型放顶煤新工艺,当年产量达到60万吨。
2003年核定生产能力90万吨,同年生产90万吨,2007年由于资源储量减少,矿井又进行了实际生产能力核定,核定能力66万吨。
井田面积为5.2786km2,煤层北厚南薄,煤层厚度4.5~6.6m,平均厚度5.5m。
矿井剩余可采储量784.63万吨,剩余服务年限为9年。
矿井生产开采煤层为二1煤层,开采标高为+125~-50m,煤层产状受石河背斜和椿树庄向斜控制,总体煤层向北倾斜,倾角较缓,一般5~12°。
煤层顶板为大占砂岩,中~细粒结构,薄~厚层状构造,泥质胶结。
层面含较多的云母和炭质,层厚15~30m,岩石坚硬,裂隙不发育。
稳定性较好。
煤层伪顶为泥岩或炭质泥岩,厚3.23~4.49m,岩石遇水易膨胀,易坍塌,稳固性较差。
煤层底板为砂质泥岩或粉砂岩组成,厚度8~20m。
岩石坚硬,岩石中节理裂隙不发育。
但煤层与底板之间常夹有1.14~2.25m的炭质泥岩伪底,岩石遇水易膨胀、易底鼓。
本区二1煤浮煤挥发分含量1.78~10.94%,平均2.83%,焦渣特征为粉状,属低中灰、低硫、高热值无烟煤,可作为冶金、动力及化肥、炭素等化工原料,粉煤可作为民用煤。
根据豫煤行[2016]32号文《河南省煤炭工业管理办公室关于2015年度全省煤矿瓦斯等级鉴定结果的批复》结果显示,济源煤业有限责任公司一矿相对瓦斯涌出量为1.26m3/t,绝对瓦斯涌出量为0.87m3/min,属瓦斯矿井;二1煤层自燃等级为Ⅲ类,属不易自燃煤层;煤尘爆炸指数为3.05,二1煤层无爆炸性危险。
矿井现采用两立井、一斜井开拓,由于煤层埋藏不深,井下共划分为一个开采水平,水平标高为+25m,主要大巷及井底车场、硐室等位于煤层底板稳定的岩层中。
主井井深205.5m,净直径4.5m,断面15.9m2,采用混凝土砌碹支护,井筒装备1对4吨箕斗,担负全矿井的提煤任务。
副斜井斜长434.8m,断面9.4m2,料石砌碹支护,副斜井担负全矿井的人员和物料升降等辅助提升任务。
升降物料时使用一吨标准矿车,提升人员时使用XRC-12/6型斜井人车,副斜井为矿井进风井,井筒内敷设有人行台阶,作为矿井一个安全出口。
回风立井井深196m,净直径3m,断面8.06m2,支护形式为混凝土砌碹。
担负全矿井回风任务,井筒内安装有金属梯子间,作为矿井另一个安全出口。
二1煤层采用走向长壁后退式放顶煤采煤法,一次性采全高,全部垮落法管理顶板,回采工艺为综采。
工作面支护选用撑掩护式低位放顶煤液压支架支护,最大控顶距3.48m,最小控顶距2.88m。
该矿井采用中央并列式通风系统,通风方法为抽出式。
通风系统为主立井、副斜井进风,乏风由回风立井抽出地面。
回风井口附近安装两台主要通风机,一用一备,风机型号为FBCDZ-6-№20A,功率为2×160Kw。
掘进工作面采用FBD-№5型局部通风机,电机功率2×5.5Kw。
目前,矿井的总进风量2950m3/min,有效风量2065m3/min,总回风量3160m3/min。
2017年6月9日实测矿井通风总阻力为1474Pa,等积孔为1.63m2,矿井通风难易程度属于中等。
该矿装配了“KJ70N”型矿井安全监控系统,设中心主机2台(一台备用),具有断电和馈电状态检测、报警、显示、存储和打印报表功能,另有备用电源。
采集矿井提升、通风等重要设备的开停,风机风硐内负压、风速等参数。
对采煤、掘进、运输、排水、通风等主要设备的开停,采、掘工作面的瓦斯、粉尘及水仓水位信号,主要风门的开关,工作面及总回风巷的风速等参数进行采集处理、信息传输、超限报警断电、远方控制等。
采煤工作面、掘进工作面配备了瓦斯风电闭锁。
地面及井下变电所设电力传感器,检测变电所的电流、电压、功率、开关状态等电力参数。
2矿井通风阻力测定
2.1测定路线的选择与测点布置
2.1.1测定路线的选择原则
(1)有并联风路中应选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路作为测定路线。
(2)选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路作为测定路线。
(3)选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为测定路线。
2.1.2测定路线的确定
根据本矿通风系统的具体情况,选择的测定路线为:
主测路线:
副井口→副井底→井底车场→+25西大巷→皮带下山→12011进风巷→12011工作面→12011回风巷→西翼回风上山→上巷集中皮带巷→回风总巷→回风井底→回风井口→风硐。
2.1.3测点布置
根据矿井通风阻力测定测点布置的一般原则,本次测定测点的具体布置情况,详见通风系统示意图。
2.2测定方法与仪器仪表
2.2.1测量方法
本次测定采用基点法:
即用两台精密气压计,一台放置在地面副斜井口附近作为基点每隔十分钟读取一次大气压读数。
另一台气压计下井,在井下各测点以整十分钟倍数为间隔读取井下各测点气压值。
根据对应时间计算地表至该点总静压差,进而计算测点之间的静压差。
2.2.2测定采用仪器
测定采用的仪器仪表有:
BJ-1型精密气压计2台
DHM-2型通风干湿球湿度计1台
风表2块
秒表2块
钢卷尺1个
皮尺1个
2.3测定数据的整理与计算
2.3.1井巷断面尺寸的计算
梯形:
S=HB(2.1)
(2.2)
半圆拱:
(2.3)
(2.4)
三心拱:
(2.5)
(2.6)
式中:
S——井巷断面积,m2;
B——巷道宽度(梯形为平均宽,即上底加下底除以2),m;
H——巷道高度,m;
U——巷道周长,m。
h——半圆拱或三心拱巷道直墙高。
格点测量法:
巷道成型不规则时(裸巷、锚喷巷道或者变形巷道),采用格点测点法测算。
测量步骤:
将巷道分成0.5m×0.5m网格,逐点测量巷道的净宽、净高,将测量数据按1:
50的比例绘制断面图,按方格和三角形计算面积,用圆规卡量周边长。
2.3.2空气密度计算
(2.5)
式中:
ρ——空气密度,kg/m3;
P——空气绝对静压,Pa;
φ——空气相对湿度;%;
Psat——饱和水蒸气分压力,Pa;
T——绝对温度,K,(T=273+td);
td——干球温度读数,℃。
2.3.3测点风速风量计算
风表校正公式:
(2.6)
式中:
V真——表测风速,m/s;
V表——表读数,m/s;
a,b——常数。
实际采用风表编号及校正公式分别为:
中速风表,V真=0.83V表+0.23m/s
井巷实际风速:
V实=K·V真(2.7)
式中:
V实——实际风速,m/s;
V真——表测风速,m/s;
K——测风方法校正系数;
(2.8)
式中:
S——实测断面,m2;
c——常数,正常取0.4,巷中有皮带时取0.8。
井巷风量:
Q=V实·S(2.9)
式中:
Q——井巷风量,m3/s。
2.3.4测定段位压差及矿井自然风压计算
测段A-B的位压差计算:
(2.10)
式中:
——两测点的位压差,Pa;
,
——两测点的标高,m;
,
——两测点的空气密度,kg/m3;
g——重力加速度,取9.8m/s2。
矿井自然风压计算:
(2.11)
式中:
——矿井自然风压,Pa。
2.3.5通风阻力计算
两测点A-B间的通风阻力h阻AB为:
(2.12)
式中:
——两测点A-B间的通风阻力,Pa;
——两测点A-B间的静压差,Pa;
(2.13)
式中:
PA,PB——A,B两测点上仪器的读数值,Pa;
——仪器的基准及变档差值校正,Pa;
——两测点A,B间的速压差,Pa;
(2.14)
式中:
VA,VB——A,B两测点断面上的平均风速,m/s。
主测路线上的矿井通风总阻力为:
(2.15)
式中:
——矿井通风总阻力,Pa。
2.3.6巷道风阻值计算
巷道风阻值由下式计算
(2.16)
式中:
RAB——巷道实测风阻值,NS2/m8;
hAB——实测巷道AB段的通风阻力,Pa;
QAB——通过巷道的平均风量,m3/s。
2.3.7巷道摩擦阻力系数计算
对于实测巷道的摩擦阻力系数由下式计算
(2.17)
式中:
——实测巷道的摩擦阻力系数,NS2/m4;
S——实测巷道的断面积,m2;
L——实测巷道的长度,m;
U——实测巷道断面的周长,m。
同时为便于与同类巷道相互比较,以及为计算或设计后期通风系统,需要将实测的
换算为标准状态下的值,其换算公式如下所示:
(2.18)
式中:
——标准状态下(ρ=1.2kg/m3)巷道的摩擦阻力系数,NS2/m4;
——实测巷道的摩擦阻力系数,NS2/m4;
ρ——实测巷道的空气密度,kg/m3;
h阻AB——主测路线上各段间的通风阻力,Pa。
2.3.8测定结果整理计算表及附图
矿井通风阻力测定结果详见附录中各表。
附表1地面精密气压计测压数据表
附表2井下精密气压计测压数据表
附表3空气密度测算表
附表4测点断面尺寸与风速风量测算表
附表5矿井各段位压与速压测算表
附表6矿井通风阻力测定汇总表
附图:
附图1:
河南省济源煤业有限责任公司一矿矿井通风系统图
附图2:
河南省济源煤业有限责任公司一矿矿井通风网络图
附图3:
河南省济源煤业有限责任公司一矿矿井巷道阻力分布图
附图4:
河南省济源煤业有限责任公司一矿矿井主要通风机特性曲线
3通风阻力测定结果分析与建议
3.1阻力测定精度的评价
主测路线实测矿井通风总阻力:
(3.1)
式中:
——实测矿井的通风阻力,Pa;
——实测巷道AB段的通风阻力,Pa。
主测路线实测阻力的相对误差:
(3.2)
本矿为抽出式通风,根据矿井通风阻力与风机装置压力关系,由风机房水柱计读数推算的矿井通风阻力
为:
(3.3)
式中:
——风机装置静压,Pa;
——矿井自然风压,Pa;
——风机房静压仪(U型水柱计),Pa;
——风硐中传压管处断面上的速压,Pa。
矿井回风井风机房U形水柱计读数为1550Pa。
因此,由矿井通风阻力测定汇总表可得主测路线的精度为:
取77
从上述测定结果可以看出,主测路线上阻力测定相对误差小于5%,故本次测定结果满足矿井通风阻力测定和通风系统分析的精度要求,可以作为矿井通风系统改造、优化和管理的依据。
3.2矿井通风阻力分布状况
矿井通风阻力沿程分布状况如附图3所示。
矿矿井三段(进风段、用风段、回风段)通风阻力的百分比情况见表3-2-1。
表3-2-1矿井通风三段阻力分布情况
区段
点号
划分
长度(m)
阻力(Pa)
占总阻力百分比(%)
百米阻力值(Pa)
进风段
1-9
801.11
481.59
32.68
60.12
用风段
9-13
1218.43
410.15
27.83
33.66
回风段
13-23
850.46
581.94
39.49
68.43
合计
2870
1473.68
100
从阻力分布图3和表3-2-1可以看出,河南省济源煤业有限责任公司一矿进风段的阻力所占总阻力的32.68%,用风段的阻力占总阻力的27.83%,回风段阻力占总阻力的39.49%(均不大于50%),从这些数值上来看,矿井阻力分布基本合理。
但仍然能看出进风段和回风段百米阻值过大,应该适当的调整。
总的说来,河南省济源煤业有限责任公司一矿的三段阻力分布状况基本合理。
3.3矿井等积孔与风阻
矿井等积孔计算公式:
(3.4)
(3.5)
式中:
A——矿井等积孔,m2;
——矿井总回风量,m3/s;
h——矿井通风阻力,Pa。
矿井风井总回风量Q=52.67m3/s,其通风阻力h=1474Pa,则矿井等积孔与风阻值分别为:
从矿井等积孔、矿井风阻值来看,河南省济源煤业有限责任公司一矿矿井通风难易程度属中等。
3.4矿井风量分配
矿井风量分配参见表3-4-1。
表3-4-1矿井实测风量统计表
项目
风量Q(m3/s)
备注Q(m3/s)
副井总进风
49.17
风井总回风
52.67
风机排风量54.25m3/s
11061回采工作面风量
7.17
掘进面总风量
3.1
1个局部通风地点
硐室及其他巷道用风
24.15
从表3-4-1可以看出,矿井总进风量为49.17m3/s,矿井总有效风量为34.42m3/s,矿井内部有效风量率为80.7%。
根据回风井的总回风量与风机排风量,计算出河南省济源煤业有限责任公司一矿风井外部漏风率为3%;《煤矿安全规程》规定:
装有通风机的井口必须封闭严密,外部漏风率在无提升设备时不得超过5%,有提升设备时不得超过15%。
该矿风井无提升设备,因此该风井外部漏风率符合要求。
3.5通风阻力测定结论
(1)矿井阻力测定相对误差为3.51%,小于5%精度符合要求。
(2)河南省济源煤业有限责任公司一矿矿井通风总阻力为1474Pa,三段(进风段、用风段、回风段)的通风阻力占总阻力的百分比分别为32.68%、27.83%、39.49%,三段阻力分布基本合理。
(3)从矿井等积孔和风阻值来看,河南省济源煤业有限责任公司一矿矿井等积孔为1.63m2,总风阻值为0.531NS2/m8,矿井通风难易程度为中等。
(4)矿井总进风量为49.17m3/s,总有效风量为34.42m3/s,矿井内部有效风量率为80.7%。
(5)河南省济源煤业有限责任公司一矿风井外部漏风率为3%,符合《煤矿安全规程》规定。
3.6存在问题及建议
(1)矿井内部分风门漏风较大,建议进一步加强通风管理,以减少通风设施漏风,提高矿井有效风量率。
(2)部分风门的连锁装置出现故障,及部分风门关闭不严,建议及时进行维护。
(3)部分巷道变形,堆积物多,阻力增大,建议矿方及时清修,降低回风段阻力。
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