煤礦通風壓能調控治理角聯(lián)技術應用
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摘要:均壓通風是改善角聯(lián)網絡風流狀態(tài)，抑制漏風、瓦斯和一氧化碳等有害氣體積聚等問題的有效手段。為確保煤層各需風區(qū)域有效供風量，對角聯(lián)通風網絡結構特點與流動特性進行分析，對增壓、降阻、增阻等不同均壓調節(jié)方式效果和設置位置選擇進行了討論，并在馬脊梁煤礦進行了實例驗證。結果表明，通過通風壓能手段對該局部角聯(lián)結構進行通風優(yōu)化調節(jié)，改善了原有的膠帶斜井漏風狀況，并提高了8號煤層各需風區(qū)域有效供風量，達到了良好治理效果。
關鍵詞:礦井通風系統(tǒng);均壓通風;角聯(lián)網絡;等效風阻;通風壓能
引言
礦井通風系統(tǒng)通過風井的主通風機帶動礦井中空氣流動，為井下各工作地點輸送新鮮空氣，并消除和稀釋井下作業(yè)空間內煤塵與瓦斯、一氧化碳等有害氣體，以及改善濕熱環(huán)境［1－3］。同時礦井通風網絡通過合理設置局部通風機、通風構筑物等手段調節(jié)局部井巷內風流狀態(tài)，使井巷內部風流狀態(tài)、風速等能夠滿足《煤礦安全規(guī)程》相關安全、衛(wèi)生條件，確保通風系統(tǒng)呈現出穩(wěn)定狀態(tài)。在礦井通風系統(tǒng)中，角聯(lián)網絡是較為復雜的結構之一，通風調節(jié)位置與調節(jié)量對整個局部網絡狀況有著較為明顯的影響［4－6］。為此，需要研究角聯(lián)通風網絡的風流特性，在此基礎上通過不同的調節(jié)手段有效改善角聯(lián)通風結構的風流穩(wěn)定性。
1角聯(lián)網絡風流特性
礦井通風系統(tǒng)中各類巷道的相互貫通與連接構成通風網絡，根據網絡中各支路間拓撲網絡關系分為串聯(lián)、并聯(lián)和角聯(lián)3類結構形式［7－8］。串聯(lián)網絡與并聯(lián)網絡結構和調節(jié)較為簡單，并呈現出等效對稱性，且符合風量平衡定律和風壓平衡定律;串聯(lián)網絡中改變任意支路內風阻后，該風阻會等效影響整個串聯(lián)網絡，因此串聯(lián)網絡中通風調節(jié)設置無特定位置要求。并聯(lián)網絡中調節(jié)小風阻支路相對其他支路對整個通風網絡等效風阻影響較大，效果也更為明顯;并聯(lián)網絡中存在某風路與兩并聯(lián)支路相關貫通，并且該風路的端點分別位于其他風路的區(qū)間，不與并聯(lián)風路的任意公共端點連接，該網絡形式被稱為角聯(lián)網絡。角聯(lián)網絡多出現在同煤層開采、厚煤層分層開采、鄰近煤層開采的相鄰工作面各輔助巷道所形成的局部通風網絡。角聯(lián)支路中風流流動狀態(tài)與漏風形式較為復雜，如圖1所示，a1、a2、b1、b2在角聯(lián)網絡中被稱為主導線，能夠影響角聯(lián)分支c1的風流方向的支路被定義為正導線，相反則為負導線，即a1、a2所在支路為正導線，而b1、b2所在支路為負導線。角聯(lián)分支c1的風流狀態(tài)由兩主導線間壓差決定，為增加角聯(lián)分支c1的風量可以對a1、a2支路進行降阻或對b1、b2支路增阻，相反的操作會降低角聯(lián)分支c1的風量。
2通風系統(tǒng)優(yōu)化調節(jié)措施
2．1不同風流調節(jié)方式
礦井通風系統(tǒng)改變主風機工況、增加局部風機以及增加各類通風構筑物等手段，從而達到增壓、增阻、降阻等通風網絡中風流狀態(tài)的不同調節(jié)效果［9－10］，不同風流調節(jié)方式的調節(jié)點位置以及特點對比見表1。通常礦井通風系統(tǒng)主要進行局部通風系統(tǒng)的增壓調節(jié)，該方式一般多針對巷道掘進時的供風不足。巷道內設置通風構筑物或減小巷道截面從而增加通風系統(tǒng)總風阻，迫使主風機的工況點出現向上偏移，以增加風流能耗來提高風壓的方式被稱為增阻調節(jié)。降阻調節(jié)與增阻調節(jié)相反，需要增加并聯(lián)巷道或擴大巷道斷面尺寸從而為降低風流流動阻力起到調節(jié)作用，局部通風系統(tǒng)調節(jié)中該方式相對工程量與成本投入較高。通風系統(tǒng)優(yōu)化調節(jié)過程一方面需要注意調節(jié)方式的選擇，另一方面需要考慮調節(jié)量與調節(jié)措施施工位置，這些都會影響系統(tǒng)優(yōu)化后的效果與穩(wěn)定性。
2．2角聯(lián)結構風壓調節(jié)
角聯(lián)結構中由于正導線與負導線支路間存在風壓差，正導線支路風流會經由角聯(lián)支路泄露至負導線支路，角聯(lián)支路構成漏風帶，而如果負導線支路為鄰近工作面采空區(qū)時，會增加該采空區(qū)遺煤自燃風險。通過在角聯(lián)結構中設置通風調節(jié)設施和局部通風機調整角聯(lián)結構中正、負導線支路間的風壓壓差，改變角聯(lián)支路風流流動狀態(tài)，該方式被稱為均壓調節(jié)，該方式能夠有效地抑制鄰近工作面漏風、環(huán)境中粉塵以及有害氣體超限。均壓調節(jié)針對被調節(jié)區(qū)域狀態(tài)被分為開區(qū)均壓與閉區(qū)均壓，通常閉區(qū)均壓調節(jié)主要針對封閉采空區(qū)內遺煤自燃的防滅火措施，而開區(qū)均壓設置在正常回采的工作面區(qū)域，根據調節(jié)措施不同，又分為風窗均壓調節(jié)、局部通風機均壓調節(jié)和聯(lián)合調節(jié)。均壓調節(jié)抑制漏風狀況的原理在于調節(jié)正、負導線支路的風阻，使角聯(lián)結構中的各支路風壓和風阻達到一定平衡狀態(tài)，能夠有效抑制角聯(lián)支路所形成的漏風帶風流泄露現象。角聯(lián)結構均壓調節(jié)中增加正導線支路風阻會減少通過角聯(lián)支路流向負導線支路的風量，相反在負導線支路設置增阻措施會使流入負導線的風量分支，為抑制角聯(lián)分支漏風，應優(yōu)先考慮對風流風量較大的分支設置增阻調節(jié)，即優(yōu)先利用正導線分支上已有通風調節(jié)設施進行降阻調節(jié)，當不適于在正導線支路設置通風構筑物時，則在負導線方向設置必要增阻措施用來保證角聯(lián)結構中的風流狀態(tài)穩(wěn)定性。
3實例分析
3．1工程概況
同煤集團馬脊梁煤礦由西一回風斜井、西三回風立井帶動礦井正常井下通風，其中3號煤層集中軌道巷、3號煤層皮帶巷通過8號煤層膠帶斜井與8號煤層材料斜井、1136大巷構成角聯(lián)通風網絡。8號煤層材料斜井與1136大巷巷道斷面大、距離短、風阻小、進風量大、壓能較大，而與進風斜井連接的膠帶斜井斷面小、距離長、風阻大、進風量小、壓能小，導致有大量風流由8號煤層材料斜井流向膠帶斜井，而集中軌道巷的風流經過3號煤層調車硐室，由于硐室及軌道巷內車輛與設備原因風阻較大，并釋放大量熱量導致流經該風路的風流呈現濕熱狀態(tài)，并伴隨大量霧氣，該角聯(lián)通風網絡整體呈現風流不穩(wěn)定狀態(tài)需要進行相關調節(jié)。
3．2風流調節(jié)方案及效果
3．2．1方案一由于西三回風立井帶動石炭系一盤區(qū)用風量的用風，而西一回風斜井主要通風機供風相對盈余，初期通過提高流經8號煤層各巷供風量，將供風量由780m3/min調整為1225m3/min，并降低材料斜井下部進風量，由原來的325m3/min調整為210m3/min。進行增壓調節(jié)后，膠帶斜井下部風量由455m3/min變?yōu)?015m3/min，8號煤層材料斜井進風增加后由3號煤層車場流向8號煤層膠帶斜井，膠帶斜井出風量增加，未起到調節(jié)效果。
3．2．2方案二為控制膠帶斜井出風量問題，后期提出通過降阻的方式調節(jié)膠帶斜井風流狀態(tài)。1136水平大巷與中央變電所回風繞道設置有密閉墻，通過打開該風路將原有密閉墻調整為調節(jié)風窗，使1136水平大巷風流短路，而材料斜井風壓、進風量都有一定的下降，風壓由原來180mmH2O下降至152mmH2O，而進風量由原來2720m3/min下降至2395m3/min。增大流入3號煤層各巷內的風量，將3號煤層一盤區(qū)皮帶頭進風量增大至410m3/min。對8號煤層的回風量進行調節(jié)，將回風量由原有的780m3/min增大至1000m3/min，迫使由材料斜井下部流向8號煤層的風量由原來的325m3/min降至210m3/min。后期的方案二調節(jié)后，膠帶斜井風流風向發(fā)生改變，由原出風狀態(tài)改為進風狀態(tài)，而原有出風量平均約為412m3/min，調節(jié)后進風量為780m3/min，降低原有的膠帶斜井漏風狀態(tài)，提高8號煤層各需風區(qū)域有效供風量，增加了角聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
4結論
(1)通過對角聯(lián)通風網絡結構特點與流動特性的研究分析，分析如何通過均壓調節(jié)手段優(yōu)化網絡結構和提高風流穩(wěn)定性，對增壓、降阻、增阻等不同均壓調節(jié)方式效果和設置位置選擇進行了討論。(2)對馬脊梁煤礦風井供風方式調整后，由3號煤層集中軌道巷、3號煤層皮帶巷通過8號煤層膠帶斜井與8號煤層材料斜井、1136大巷角聯(lián)通風網絡出現的風流不穩(wěn)定狀態(tài)，先后通過增壓和降阻方式進行調節(jié)局部通風結構的風流狀態(tài)。(3)通過對1136水平大巷進行風流短路，并調整3號煤層的進風量和風壓，以及增加8號煤層的回風量，最終達到改變原有網絡中膠帶斜井風流方向，確保了8號煤層各需風區(qū)域有效供風量。
作者：張有權 單位：大同煤礦集團同煤安全監(jiān)管五人小組管理部
