（矿业工程专业论文）南屯煤矿深部仰斜松软煤层综放开采瓦斯防治技术研究.pdf

论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 南屯煤矿深部仰斜松软煤层综放开采瓦斯防治技术研究 矿业工程 张连锋 陈晓坤 冯增强 摘要 南屯煤矿进入深部松软煤层开采之后 置方式也随之改变。为保障矿井安全生产 制定相应的治理措施。 ( 签名) ( 签名) ( 签名) 矿井开采条件发生了变化，综放工作面的布 必须研究瓦斯、通风系统等发生的变化，并 本文通过对矿井通风阻力及主要通风机性能测定，掌握九采区通风系统参数；研究 仰斜综放工作面瓦斯涌出特点及规律，制定合理的通风系统优化方案和瓦斯治理措施。 研究结果表明，设计的通风系统和采取的瓦斯治理方法能够保证矿井深部松软煤层的安 全回采。这为其它综放工作面安全开采具有借鉴意义，确保了矿井安全生产。 关键词：仰斜；松软煤层；综放开采；通风系统；瓦斯防治 论文类型：应用研究 雾夔 s u b j e c t ：s t u d yo nm e c h a n i z e dt o p - c a v i n ge x t r a c t i o na n dg a sp r e v e n t i n g t e c h n i q u ei nn a n t u nd e e pu p h i l ls o f ts e a m s p e c i a l t y ：m i n i n ge n g i n e e r i n g n a m e ：z h a n gl i a n f e n g ( s i g n a t u r e ) i n s t r u c t o r ：c h e nx i a o k u na n ( s i g n a t u r e ) f e n gz e n g q i a n g a n ( s i g n a t u r e ) a b s t r a c t 攀竺竺互驽 _ 缈嘻i 切乏硼 陆产州 a f t e rt h ec o a lm i n eo fn a n t u ne n t e r st ot h ed e t he x p l o r eo f s o f tc o a lb e d m i n i n g ，t h e m i n ep i tm i n i n gc o n d i t i o nh a dc h a n g e da n dt h ea r r a n g e m e n to ft h es y n t h e s i sw o r k i n g s u r f a c e h a dc h a n g e dt o o i no r d e rt oe n s u r et h em i n e p i t ss a f e t yi nt h ec o u r s eo f p r o d u c t i o n ，w em u s t s t u d ya n dm a k ee f f e c t u a lm e a s u r e so nt h ec h a n g e so ft h eg a sg o v e r n m e n ta n dt h ev e n t i l a t i o n s y s t e ma s p e c t a c c o r d i n gt ot h ev e n t i l a t i o ns y s t e m sp a r a m e t e rt h a tw a sg o tf r o mt h er e s e a r c ho ft h e m i n ev e n t i l a t i o nm e a s u r eo fr e s i s t a n c ea n dt h em a i nv e n t i l a t o rp e r f o r m a n c ed e t e r m i n a t i o n ， t h i st h e s i sa i m sa tg r a s pt h er u l ea n dt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h e g a sf r o mt h eu p s w e p tw o r k i n g s u r f u c ea n dm a k eo p t i m i z a t i o n p l a nf o rt h ev e n t i l a t i o n s y s t e ma n dg a sc o n t r 0 1 t h e i m p l e m e n t a t i o nr e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ef o r m u l a t i o nv e m i l a t i o ns y s t e mp l a na n dt h e g o v e r n m e n tm e a s u r eo fg a sh a dg u a r a n t e e dt h em i n ep i td e p t he x p l o r eo fs o f tc o a lb e dr e t u r n p i c k s t h a t sm a d eae x a m p l ef o ro t h e rs y n t h e s i sw o r k i n gs u r f a c ea n dw i l lb em e a n i n g f u l t o t h ep r o d u c t i o nc o u r s eo f t h ec o a lm i n e ! k e yw o r d s ：u p h i l l s o f ts e a mm e c h a n i z e dt o p c a v i n ge x t r a c t i o n g a s p r e v e n t i n ga n dc o n t r o l l i n gt e c h n o l o g y t h e s i s ：a p p l i e dr e s e a r c h 要料技大擎 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名彦绛嗽日期： 1 绪论 1 绪论 1 1 选题的背景及意义 1 1 1 选题的背景 我国煤炭有9 6 为地下开采，国有重点煤矿大多数属于瓦斯矿井。在1 0 0 个国有重 点煤炭生产企业的6 0 9 处矿井中，高瓦斯矿井占2 6 8 ，煤与瓦斯突出矿井占1 7 6 ， 低瓦斯矿井占5 5 6 。国有地方和乡镇煤矿中，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井占1 5 左右【3 】o 我国煤矿每年发生死亡1 0 人以上的重特大事故约有7 0 8 0 起，其中8 5 发 生在高瓦斯或有突出危险的矿井：9 0 为瓦斯( 含瓦斯煤尘) 爆炸事故，瓦斯( 含瓦斯煤尘) 爆炸事故己上升为煤矿主要重大灾害事故【8 1 ，给煤矿企业带来沉重的经济负担，迫使许 多高瓦斯突出矿井长期处于亏损经营状态，有的甚至破产。 据全国煤矿1 9 9 1 2 0 0 0 年统计，仅一次死亡3 人以上瓦斯煤尘爆炸事故就发生2 9 0 3 起，死亡2 1 9 4 0 人，平均1 3 天发生一次。其中发生1 0 人以上特大瓦斯煤尘爆炸事故5 3 2 起，死亡1 0 1 9 2 人，相当于7 天发生一起；其中发生一次死亡5 0 人以上特别重大瓦斯 煤尘爆炸事故2 2 起，死亡1 8 5 0 人【5 】o2 0 0 2 年煤矿事故中8 0 以上为瓦斯爆炸事故，一 次死亡1 0 人以上的特大事故中，瓦斯爆炸事故就占9 0 以上【6 】。2 0 0 4 年瓦斯爆炸事故 占全国发生一次死亡3 0 人以上特别重大事故的4 2 8 6 j2 0 0 5 年死亡人数超过3 0 人的 特别重大事故共1 4 起，死亡8 6 0 人，其中矿难6 起，占4 2 8 ，而在这6 起矿难中5 起是煤矿瓦斯爆炸事故。如芦岭气1 3 ”顶板冲击诱发的瓦斯爆炸事故、郑州大平“1 0 ；2 0 ” 瓦斯突出导致瓦斯爆炸事故、铜川陈家山“1 1 2 8 ”火灾引起的瓦斯爆炸事故，遇难矿工 1 6 6 名，阜新孙家湾“2 1 4 ”冲击矿压一瓦斯爆炸事故，2 1 4 名矿工遇难，重、特大瓦斯关 联灾害事故频繁发生。建国以来全国煤矿共发生1 8 起一次死亡百人以上的瓦斯事故， 仅去年十月份以来，不到4 个月内先后发生了3 起一次死亡百人以上特别重大瓦斯爆炸 事故，给人民群众生命财产造成重大损失，在国内外产生严重影响。0 5 年3 月9 目到3 月1 9 日l l 天内又连续发生4 起一次死亡1 8 人以上的瓦斯事故，共死亡1 3 4 人。煤矿 瓦斯爆炸事故严重影响煤矿的安全生产，因此，接受瓦斯事故教训，研究瓦斯防治技术 是南屯煤矿安全生产工作中的重大课题。 南屯煤矿是兖矿集团早期开发的现代化矿井之一，历年瓦斯鉴定结果均为低瓦斯矿 井。但低瓦斯矿井发生重特大事故，同样屡见不鲜。统计显示，2 0 0 0 年2 0 0 3 年发生 的二十四起一次死亡三十人以上的特别重大瓦斯和火灾事故中，发生在低瓦斯矿井的有 七起，占三成。2 0 0 5 年发生的三十九起一次死亡十人以上的特大瓦斯事故中，低瓦斯矿 西安科技大学工程硕士学位论文 井有h 起，占特大瓦斯事故的百分之四十六点二。随着煤炭生产逐步向深部转移，开 采地质条件将会发生较大的变化一地压大、煤层松软和大倾角。与缓倾斜煤层综放开采 相比，目前采用的综放开采技术的通风安全保障技术措旌需要做出相应的调整，以适应 生产条件的变化。因此，南屯煤矿深部松软煤层的仰斜综放开采除对开采技术设备和工 艺提出了新的要求以外，在通风与安全方面也存在着新的特点，增加了通风安全技术的 难度。这些特点主要有： 有些采煤工作面的通风变成了进风顺槽的下行风与回风顺槽的上行风的形式，这 对工作面风流，特别是采空区的空气状态会产生一定的影响。 仰斜开采采空区内瓦斯的运动规律和积聚状态将发生变化，瓦斯向上运移的趋 势，势必对工作区域产生影响，增加瓦斯事故的危险性，同时顶板的垮落、上覆岩层的 移动等对采空区瓦斯的状态、流动和涌出规律也有着重要影响。 由于仰斜开采，采空区的丢煤及压实程度发生了变化，支架后方一定范围的采空 区得不到及时充填、端头煤体的松散程度增加，采空区的渗流系数增大，采空区的漏风 范围发生了变化，因此采空区中会有更多的瓦斯更快的进入回风顺槽。 可能出现上一区段工作面正在开采，其后部采空区处于动态的变化之中，采空区 尚未压实，采空区中的空气流动较为活跃时期，下一区段工作面顺槽掘进工作面在沿空 送巷的施工，尾随工作面进行掘进，回采工作面的部分风流可能通过其后部采空区，携 带瓦斯进入掘进工作面。 ? 在九采区煤巷的掘进过程中，如九采西翼煤层皮带下山、九采三分区回风巷，均 出现过瓦斯异常涌出现象。瓦斯涌出的绝对量不多，但涌出的气体成分中，瓦斯的浓度 很高，个别地点达到3 0 以上。针对仰斜综放开采在通风与瓦斯防治方面带来的新问 题尚未充分研究，为防止通风和瓦斯事故的发生，保证工作面的安全生产，必须研究适 用于南屯煤矿松软煤层仰斜开采的通风参数和瓦斯治理措施。 1 1 2 选题的意义 据国家煤矿安全监察局对2 0 0 5 年瓦斯事故的分析，在二十七起一次死亡十人以上 的特大瓦斯爆炸事故中，停风引起的瓦斯积聚十二起，占百分之四十四点四；风量不足 引起的五起，占百分之十八点五i 通风系统混乱引起的l 起，占百分之二十九点六：其 他因素引起的两起，占百分之七点五，因此说合理的通风系统是搞好通风工作和瓦斯防 治工作的前提，通风系统的优劣直接影响着矿井安全生产极其经济效益。对通风系统稳 定性进行定量的深入研究是十分必要的。风路稳定性包含两方面的含义：_ 是风路风流 大小的变化，：二是风流方向的改变。风路分为串联风路、并联风路和角连风路三种，串 联风路和并联风路只会发生风流大小的变化，但在角连风路中，有可能发生风路方向的 改变。南屯煤矿在开采开拓向纵深发展的同时，使矿井存在大量的角连风路分支，虽然 1 绪论 降低了矿井通风系统的总风阻，但在灾变时期是十分不利的。风路风阻的变化，不仅影 响风路本身风量变化，还会影响系统内其它风路风量分配，其影响范围由其所在的影响 区域决定，另外与风路内增设辅助通风机、自然风压、火风压等因素有关。随着采场的 变化，矿井的主要生产区域和准备区域相对集中，会出现某一区域需要风量集中的现象。 因此，根据“以风定产”原则，为保证矿井安全生产，针对仰斜综放开采在通风与瓦 斯防治方面带来的新问题进行充分研究，防止通风和瓦斯事故的发生，开展南屯煤矿深 部仰斜松软煤层综放开采的通风与瓦斯防治技术研究工作具有重要的意义。 1 2 国内外研究现状 瓦斯灾害，特别是瓦斯煤尘爆炸和煤与瓦斯突出给矿井带来的最大危害是威胁井下 人员生命，摧毁矿井设施，迫使矿井停产，并需要投入大量人力物力抢险救灾。瓦斯灾 害的威胁极大地限制了矿井生产能力的发挥，进而使矿井的经济效益显著降低，矿井人 员稳定困难，科研开发能力减弱，形成恶性循环。我国高产高效矿井瓦斯等级的分布如 下，在1 1 4 座高产高效矿井中低瓦斯矿井7 7 座，占6 7 5 ；高瓦斯矿井3 1 座，占2 7 2 ； 煤与瓦斯突出矿井6 座，占5 3 。 1 2 1 我国高产高效工作面瓦斯涌出的特点 绝对瓦斯涌出量差异悬殊： 工作面绝对瓦斯涌出量大的非常大，如最大的抚顺老虎台矿7 8 0 0 l 一1 综放工作面达 1 6 9 4 m 3 m i n ，。绝对瓦斯涌出量 7 m 3 m i n 的工作面共有1 1 个，占综放面总数的1 7 ，其 中有8 个抽放瓦斯，占7 m 3 m i n 以上工作面总数的7 3 ，即这类工作面一般都需要抽放 瓦斯才能保证安全生产。 相对瓦斯涌出量差异很大： 1 在6 4 个综放面中，相对涌出量 l o m 3 t 有 1 1 个占1 7 ，其中有9 个采取了抽放瓦斯措旌，占l o m 3 t 以上工作面总数的8 2 ，表 明这类工作面抽放瓦斯是安全生产的重要保证：最大的相对瓦斯涌出量达8 1 m 3 t ( 老虎 台矿) 。 瓦斯涌出量太的地点分布广，瓦斯积聚时间延续长，瓦斯治理难度大。在6 4 + 个综 放面中，有5 6 个存在局部瓦斯积聚问题，占8 8 ；因瓦斯涌出量太，。除在上隅角存在 瓦斯积聚外，在放煤口、支架顶、冒落放煤区、后部运输机道等处在生产日一般都存在 长达数小时到十几小时的瓦斯积聚。在初次来压、周期来压期间，瓦颠涌出量突然增大， 瓦斯积聚更加严重。 西安科技大学工程硕士学位论文 1 2 2 我国高产高效工作面瓦斯防治技术 瓦斯灾害防治技术主要从三个方面入手：防止瓦斯积聚，防止瓦斯突出，防止瓦斯 煤尘爆炸。根据我国瓦斯涌出的特点，国家制定煤矿瓦斯灾害治理方针为：“先抽后采、 监测监控、以风定产”。 先抽后采的必要性：这是安全生产的需要，是安全高效的需要，是开采两个资源的 需要，是保护环境的需要，是可持续发展的需要。 先抽后采的可行性：我国的高瓦斯煤层一般都是低透气煤层，在自然条件下，很难 抽出瓦斯；理论研究与生产实践都证明，在采动卸压下，被卸压煤层的透气性可增加千 百倍，可高效地抽采其卸压瓦斯，由此，高瓦斯煤层，甚至瓦斯突出危险煤层都可变为 低瓦斯煤层和无突出危险煤层，如此，在这类煤层可以实施高产高效的采煤方法，实现 煤与瓦斯两种资源安全高效共采。 1 2 _ 3 兖州矿区瓦斯综合治理技术现状 ( 1 ) 兖州矿区3 层煤瓦斯涌出规律 采煤工作面瓦斯涌出量较低，一般绝对涌出量为0 4 一m i n 左右。采煤工作面瓦 斯来源主要是后部采空区。工作面瓦斯涌出不均衡性较明显，不均衡系数约为1 5 。掘 进工作面瓦斯涌出量一般都很小，煤层掘进巷道，回风流中瓦斯浓度多在o 1 以下。 兖州矿区瓦斯异常涌出是相对一般涌出规律而言的，即当采、掘工作面瓦斯涌出量 明显高于一般值，甚至超限时，即视为异常涌出或有明显的瓦斯涌出现象，尽管风流中 瓦斯浓度不高亦视为异常涌出。无煤柱开采，采场与采空区漏风联系较为复杂，除随工 作面推进而迁移的漏风源和漏风汇外，其它漏风源和漏风汇的位置与相邻采、掘面及提 料斜巷、溜煤眼等有重要关系。与采空区漏风的复杂联系和局部地质构造导通是兖州矿j 区瓦斯涌出异常的主要原因。统计资料和研究表明，瓦斯涌出异常规律如下： 沿空掘进巷道和采空区的联系较为复杂，掘进工作面处于低负压区或由于通风系 统的突然变化使得掘进工作面风压突然降低，导致采空区内瓦斯大量涌入掘进巷道，该 掘进工作面则出现瓦斯涌出异常现象。 ：。掘进巷道初次和封闭性构造裂隙导通，使得构造内的游离瓦斯快速涌入掘进工作一t 面，出现瓦斯涌出异常现象。 。 孤岛采煤面，进、回风顺槽均沿空布置，与采空区漏风联系更为复杂，瓦斯涌出。 量比通常高出数倍。 位于低风压区的采煤工作面，其漏风汇较多，瓦斯涌出量大。 沿空掘进巷道、孤岛采煤面、位于低风压区的采煤工作面，其瓦斯涌出受通风系 统状态影响大，瓦斯涌出明显不均衡。 ， 4 1 绪论 ( 2 ) 矿区瓦斯综合防治技术 低瓦斯矿井虽然正常状态下瓦斯涌出量较小，但存在瓦斯富集区，矿井内瓦斯的涌 出主要受通风状态、气流场所、生产工艺、开采强度及地质构造的影响，且有一定的规 律。只有掌握瓦斯赋存的特点和涌出的规律，采取有效的综合治理技术，才能控制和防 止瓦斯事故。 调压技术：当瓦斯源为大范围采空区瓦斯通过裂隙漏入时，可选用不同的方法，提 高掘进巷道风压，减小采空区携带瓦斯的漏风源汇间压差，甚至变源为汇，以减少甚至 杜绝采空区瓦斯泄入沿空巷。 分流技术：当瓦斯源为采空区瓦斯，调压有困难时，可在适当位置开放与漏入沿 空巷的漏风平行的漏风汇，使采空区部分瓦斯改变流向，采用此措旌应注意防止引发自 燃、爆炸。 喷堵技术：当瓦斯涌出异常系沿空巷内明显的裂隙连通采空区、废弃巷道等瓦斯源 时，可采用喷涂堵漏材料封堵裂隙的方法。 充填技术：当瓦斯源体积不大，有条件时，可用沙浆、泥、煤等材料将空洞充填。 用煤充填时应作阻化处理。 通风排除：如果瓦斯浓度不高、瓦斯涌出量不大，可考虑适当加大风量、稀释瓦斯； 对沿空巷内的瓦斯层、局部积聚现象，可用导风筒、喷射器、康达风筒等导风冲散。 上述技术，可单独采用，也可联合采用。使用中要同时测定有关参数( 风量、瓦斯 浓度等) ，以判断效果。 1 3 小结 ( 1 ) 国内外的瓦斯防治技术都是建立在掌握瓦斯涌出规律的基础上，有针对性实 施的，因此需要对南屯煤矿布置深部仰斜综放工作面的瓦斯涌出规律系统的进行研究， 掌握其相应的涌出特点。 、( 2 ) 对南屯煤矿布置深部仰斜综放工作面的采区，没有可以利用且安全可靠的通 风系统优化方案。 ( 3 ) 针对符合南屯煤矿深部仰斜综放工作面的通风与瓦斯防治技术需要深入研究， 确保符合南屯煤矿实际情况并能保证南屯煤矿安全生产。 西安科技大学工程硕士学位论文 2 松软煤层采区通风系统优化 2 1 通风系统基本参数的测定 进行通风系统与安全研究离不开可靠的通风系统基本参数，进行准确的阻力测定和 风机鉴定是搞好通风安全研究工作的前提。 2 1 1 采区通风阻力测定与分析 矿井通风阻力测定是通风技术管理工作的重要内容之一。通过测定可掌握通风系统 现状及必要的技术参数，为矿井安全生产、矿井防灭火提供可靠的技术保障。 山东科技大学安全工程教研室与南屯煤矿合作，于2 0 0 4 年月1 1 月3 1 日至于1 2 月 1 日对南屯煤矿矿井通风系统进行了阻力测定，在测定人员的共同努力下，测定取得了 满意的成果。 ( 1 ) 测定前的准备工作 搞好通风阻力测定，测前准各工作是一个重要的环节。南屯煤矿矿井通风阻力测定， 测定范围大、内容多、时间长，为使测定工作顺利进行并保证测定精度，本此在测定前 进行了周密细致的安排。 ( 2 ) 测定路线的选择 选择测定路线的原则是：根据测定的要求和目的，结合本矿的生产需要和通风系统 的现状，选择一条( 或几条) 风流路线长，风量大且包含采煤工作面，能反映本矿通风 系统特征的路线作为主测路线，其他作为辅测路线。按照这。原则，以九采为重点，确 定了4 条测定路线。本次测定选择的4 条路线如下： a 主测路线 9 3 1 4 路线： 地面一下井口一副井北门一北石门一新西大巷一七采辅助下山一一4 4 0 大巷一一4 4 0 主轨一九采三分区轨道一9 3 1 4 下顺一九采三分区回风一九采一分区回风一九采一3 5 0 回 风。东翼总回一煤层总回一4 0 上头一煤层总回一回风石门一风井。 ，： b 辅测路线 9 3 0 1 路线： 二分区南部轨道一9 3 0 l 进风联络巷4 9 3 0 1 上顺槽一9 3 0 l 工作面一9 3 0 l 下融, 9 3 0 1 溜煤眼一九采一分区回风。 9 3 0 2 路线： 4 4 0 主轨下山上头一叉口一4 4 0 一级主轨下山底一一4 4 0 二级主轨下山底一风机前 6 2 松软煤层采区通风系统优化 一9 3 0 2 下顺联络巷一风窗前- - 0 3 0 2 切眼下头一风窗前一9 3 0 2 回风口一9 3 0 2 下顺回风一 九采一分区回风一9 3 0 1 回风口一九采一分区回风。 9 3 0 7 路线： 北石门一东大巷一一3 5 0 轨道巷一3 5 0 轨道上车场一二分区轨道上山一二分区南部 轨道一9 3 0 7 上顺联巷一9 3 0 7 电站一9 3 0 7 皮带机尾一9 3 0 7 皮带机头一九采二分区皮带一 二分区皮带回风巷道一二分区回风。 ( 3 ) 测点布置 测定路线选定后，即可按照通风阻力测定的要求，结合本矿巷道布置的具体条件， 在通风系统示意图上确定测定点的位置和数量，并沿测定路线将测点依次编号。在确定 测点布置时一般应遵守下述原则。 a 测点布置在风流稳定，巷道规整的地点，测点前后支护完好，巷道内无堆积物； b 在风流分叉、汇合及局部阻力大的地点； c 测点与风流变化点之间应有一定的距离； d 测点应尽可能选在标高控制点附近； 在井下实测时，还应据现场的实际情况对个别测点进行调整，甚至临时性的增加或 减少一些测点。以便使测点的选择能有效的控制主要巷道和工作面的阻力分布情况。 ( 4 ) 矿井通风阻力测定方法 本此测定采用精密气压计逐点测定法，即将一台精密气压计放置在地面井口附近， 作为基点气压计，监视地面气压变化情况。另将一台气压计沿测定路线按选定的测点进 行测定，称为测点气压计。基点气压计每隔5 分钟读数，测点气压计在各测点每逢5 或 1 0 分钟读数，测点气压计读数和基点气压计读数时间相对应，以反映地面气压变化对测 点读数的影响，保证测点测定结果的可靠性，在各测点测定风流压力的同时，应测量巷 道的风速、断面尺寸、气象条件等。如此依次测定全部的测点，待测点气压计回到井口 时再重新校对仪器读数，以检查仪器的误差。 ( 5 ) 测定误差分析 a 矿井的测定结果检验 一 为判定测定工作的有效性和测定结果的可靠性，必须对测定结果进行误差检验。检 验的方式就是求阻力实测值和理论值之间的相对误差。 ：，o 矿井单一风井系统的通风阻力实测值已经求出，其理论阻力值可按下式计算： h f = h s h v f + h n 式中：h r - - - 矿井通风阻力的理论值，p a ； ， h s 一通风机房u ”型水柱计读数，p a ； h v f 风机风峒内测压断面的速压，p a ； ： h n 该系统的自然风压，p a ； 7 西安科技大学工程硕士学位论文 则矿井通风系统的测定误差按下式讨算： j ：芝二：划。1 0 0 爿一 式中：8 - - - 相对误差，；一般要求小于等于5 。矿井通风系统的测定误差检验 见表2 1 。 表2 - 1 矿井阻力测定误差表 b 矿井内部主要并联风路的测定结果检验 因测定中误差的存在，并联风路的实测阻力值往往不闭合。检验的方式就是求其相 互之间的相对误差。相对误差按下式计算： 万= i 小 一 i 2l h 叮一h 陆 i = 1 k = 1 i h 玎+ h 砖 j = 1 k = 1 1 0 0 式中：m ，n - - - 分别为闭合路线中两条闭合路线的巷道数： j ，k 一分别为闭合路线中两条闭合路线的巷道号； 并联风路的测定误差如表2 1 所示。 8 2 松软煤层采区通风系统优化 表2 - 2 并联风路测定误差表 闭和路线 序系统阻力值 相对误 号 名称 p a 差 测点序号 巷道序号 9 3 0 7 采面2 1 - 2 2 2 3 2 4 - 2 5 2 6 2 7 - 2 7 1 - 2 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 53 9 4 0 系统 8 1 2 8 2 9 13 0 1 9 3 0 1 采面 2 1 3 0 3 1 3 2 3 3 - 3 4 1 3l 一2 3 4 5 - 63 8 2 3 l 系统 9 3 0 2 采面1 2 3 _ 4 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 一1 21 4 2 6 3 系统 1 1 1 1 2 - 1 3 2 1 7 1 8 1 9 2 0 _ 2 l 一2 2 - 2 3 2 4 2 51 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 - 2 4 - 2 5 9 采系统 1 4 4 9 8 2 6 2 7 2 8 2 92 6 2 7 2 8 9 3 0 7 采面 8 9 - 1 0 1 1 一1 1 1 - 1 2 - 1 37 8 9 1 0 1 1 1 24 8 1 1 l 系统 3 9 采系统 8 9 1 0 - l l - 1 2 - 1 33 6 3 7 3 8 4 0 - 4 1 4 2 4 3 4 6 7 7 1 c 误差原因分析 本次测定采用的是精度及稳定性较高的精密气压计，从表2 1 、2 2 的测定精度结果 看，测定的精度满足工程要求。但在测定过程中，由于受测定条件的限制以及测定仪器、 仪表及人为等种种因素的影响，测定中仍存在着一定的误差，其原因为： 个别巷道通过的风量较小，阻力小； 巷道的断面不规则，局部地点风流不稳定，造成仪器读数变化较大，难以读得准 确的数值； 有些测点标高不准确，致使个别巷道的阻力计算值“失真”； 矿井生产的干扰，也对测点的风流参数产生影响； 主测线路和辅测线路的闭合点相差了一小段距离，也影响了测定精度： ( 6 ) 测定结果分析 a 矿井通风阻力分布 根据矿井通风系统中空气成分的物理化学性质的变化及巷道在通风中帕作用。，把矿 井通风系统分为三段，即进风段、采区段和回风段。整个通风系统各段测得的阻力值如 表2 3 和图2 1 所示。 西安科技大学工程硕士学位论文 表2 - 3 南屯煤矿通风系统阻力分布表 从表2 3 和图2 一l 可明确看出，由于南屯煤矿采用高产高效综放开采工艺，生产相 对集中，采面数量减少，通风巷道风量也比较集中，矿井通风阻力较高。从实测数据来 看，九采区通风系统总阻力2 1 4 8 1 9 p a ，考虑到南屯煤矿较大的通风巷道端面，这个阻 力值是比较高的。在总阻力中，进风段阻力占矿井总阻力的3 0 左右，比较正常，从进 通风阻力( p a ) 广 。， f + 扣r 1 、r 专，。 r r ，。，河慵序号 135791 11 31 51 71 9z l2 32 5 2 。72 93 13 3 图2 - 1九莉目风阻力分布图 风段的百米风阻和摩察阻力系数来看，矿井进风段没有高阻力区段。采区段阻力占矿井 总阻力的6 8 5 ，比例偏小，主要原因是采区段风量分散，巷道风量较低，但是较低的 风量有利于矿井防灭火。回风段阻力占总阻力的6 3 3 9 ，比例偏高，主要是风量集中 造成的。从实测现场可看出，巷道、通风设施维护较好，巷道段面规整，通风系统合理。 能满足矿井的安全生产要求。 b 矿井气候条件分析 本次测定对矿井的工作面的气候条件进行了具体的测定，据测定数据绘制温度变 化曲线如图2 2 所示。 o 0 0 0 o o 呦 枷 啪 瑚 2 松软煤层采区通风系统优化 f 厂一一 。 。，。i 贝9 枣厅 13579l l1 31 51 71 92 l 图2 2九采温度分布图 从图中可得出如下结论： ( d 在进风段，风流温度、湿度逐渐增大，这主要是南屯煤矿矿井深度大，矿井压缩 热、围岩热与风流进行热交换造成的。 采区段，风流温度、湿度增加幅度最大，温度从采面进风巷到回风巷，温度上升 4 5 ；这主要是采面煤壁、落煤散热及机电设备装机容量大、功率高、运转散热造成 的，由此也可看出，南屯煤矿采面是高温高湿的气候环境。 回风段，温度逐渐降低，湿度增大。 c 矿井自然风压分析 矿井自然风压是进风与回风两侧垂直空气柱在其单位底面积上所产生的重力之差， 它随每年的季节而变化。从矿井通风阻力测定结果来看，南屯煤矿矿井自然风压为较小 的负值( 1 6 5 2p a ) ，这主要是矿井采深较大、进风巷道的空气温度略低于回风巷道的缘 故。 2 1 2 主要通风机性能鉴定 ( 1 ) 测试方案 测定采用人员分工进行测定，气动参数、大气参数和电参数的采集同时完成。 测风断面的选定： 风机排风量的准确测定是风机性能测定成败的关键。本次风机性能测定根据现场实 际情况，测风地点选在风机扩散器出口处。由专人用风表进行测定。 测压地点的选定： 弱 加 坫 m 0 0 西安科技大学工程硕士学位论文 风机静压测定断面选在u 型水柱计的连接处，用一根长胶管： 哿压力变化传递到精密 气压计中。 电参数测定： 从配电柜上读取电压、电流、功率因数等参数。 风机转速的测定： 利用转速仪测定不同工况时的风机转速。 气象参数的测定： 采用精密气压计测定大气压力，用干湿温度计测定干湿温度等参数。 工况调节： 本次工况调节利用反风门进行。将风门完全关闭，启动风机为第一工况，逐渐打开 风门，确定不同调节工况，具体调节幅度，以每次调节使风机压力改变1 0 m m h 2 0 左右 为宜。 ( 2 ) 测试数据与测试结果 根据上述方案，对矿井主要通风机进行了性能测试，测试结果如下： a 中央风井通风机装置性能测定数据 中央风井1 撑通风机装置性能测定参数表 表2 - 4 静压和大气参数：角度：3 0 0 0 燃号 慧篙干慧度湿芝訾篆鬻 l1 7 1 9 t 31 0 0 3 93 3 4 73 2 1 21 1 0 22 0 6 5 7 91 0 0 3 63 3 3 33 2 5 l1 0 9 32 2 8 9 8 31 0 0 3 7 3 3 6 6 3 2 4 71 0 9 42 7 3 i j 31 0 0 3 93 4 1 33 2 5 71 0 8 52 9 8 4 2 4 1 0 0 1 03 3 9 7 3 2 ，5 91 0 8 62 0 6 7 1 71 0 0 ，3 93 3 9 l3 2 ，4 41 0 9 、 72 3 6 2 0 51 0 04 13 4 1 43 26 710 9 82 6 7 7 7 5】0 0 4 13 4 5 13 2 7 l】0 8 1 2 2 松软煤层采区通风系统优化 中央风井2 # 通风机装置性能测定参数表 表2 6 静压和大气参数：角度：3 0 0 0 蔓竺竺! 查三竺：鲎竺兰筮婆 1 1 7 1 4 9 61 0 0 7 7 3 3 6 33 0 4 01 1 0 21 8 6 2 8 1 1 0 0 7 93 3 7 63 0 5 7 1 1 0 3 2 2 5 1 1 31 0 0 7 8 3 3 7 93 0 5 51 1 0 4 2 6 2 4 4 21 0 0 ，7 73 3 9 1 3 0 7 71 0 9 53 0 7 4 4 6 1 0 0 7 63 4 2 63 0 9 21 0 9 6 2 5 6 9 8 21 0 0 7 9 3 4 4 43 1 0 71 0 9 7 2 2 5 4 7 l1 0 0 7 93 4 2 7 3 1 0 110 9 82 1 0 7 6 11 0 0 ，7 9 3 4 0 93 0 9 81 1 0 表2 - - 8 风机参数：角度：3 0 0 0 11 7 3 111 5 9 2 6 1 3 6 7 7 26 0 0 0 0 7 1 9 8 1 5 4 2 l 1 4 6 ，6 4 1 3 4 1 2 9 9 7 6 5 9 9 9 4 5 5 6 3 6 2 0 1 7 6 5 9 2 2 1 6 6 8 9 2 5 5 1 7 8 3 0 3 4 5 1 2 5 5 5 3 l 2 2 4 6 3 0 2 1 0 2 3 0 3 7 3 5 2 3 8 6 6 8 3 9 2 7 9 3 8 1 6 9 3 5 0 9 1 3 4 4 9 3 3 4 9 5 4 6 0 0 0 0 6 0 0 0 0 6 0 0 0 0 6 0 0 0 0 6 0 0 o o 6 0 0 0 0 6 0 0 0 0 7 2 9 l 8 2 1 8 8 7 1 3 7 9 3 1 4 3 6 8 2 9 6 7 2 1 7 7 b 白马河风井通风机装置性能测定数据 3 2 3 4 5 6 7 8 西安科技大学工程硕士学位论文 表2 9 白马河风井西l # 风机试验数据和计算结果综合表 1a 相电压u a v 测试3 2 1 7 3 1 2 53 1 2 43 1 2 23 2 2 33 1 2 23 2 4 1 2 b 相电压u b v测试3 2 3 2 3 2 0 43 0 0 22 8 3 92 9 8 72 8 4 72 9 9 5 3 c 相电压 u c v 测试3 1 1 8 3 1 0 62 9 8 73 0 4 63 2 1 8 3 3 2 03 0 0 4 线电压u l v 测试5 5 2 4 5 4 4 75 2 6 15 2 0 05 4 4 3 5 3 6 35 3 3 3 5频率 f h z 测试5 0 0 5 0 0 5 0 05 0 05 0 05 0 05 0 0 6a 相电流i 。 a测试2 8 9 2 8 32 7 5 2 5 8 2 4 72 3 32 2 3 7 b 相电流i b a 测试2 9 7 2 9 12 7 82 6 12 5 0 2 3 92 2 7 8 c 相电流i 。 a 测试2 9 5 2 8 ，72 7 42 6 12 4 7 2 3 62 2 3 9输入功率pk w测试2 2 1 8 2 2 22 2 3 42 1 6 4 2 0 3 11 8 4 61 6 3 5 1 0功率因数 c o s q ， 测试0 7 9 o 8 2o 8 3o ，8 4o 8 70 8 2o 7 9 1 1 电机额定功率p 。k w 查表3 8 0 3 8 03 8 03 8 03 8 0 3 8 03 8 0 1 2 电机额定效率m 查表9 2 9 29 29 2 9 29 29 2 1 3空载损耗p ok w查表1 6 4 5 1 6 5 1 6 4 5 1 6 ，4 5 1 6 4 51 6 4 51 6 4 5 1 4 电机负载率b 计算5 2 8 3 5 2 95 3 2 25 1 4 64 8 14 3 4 3 3 8 0 7 1 5 电机效率m 计算9 0 5 9 0 59 0 5 39 0 3 79 0 0 18 9 3 9 8 8 4 7 二风机参数 1 6 风流温度t 测试 2 22 22 22 22 2 2 22 2 1 7 大气压p 。h p 。 测试1 0 2 5 1 0 2 5 1 0 2 51 0 2 5 1 0 2 5 1 0 2 51 0 2 5 1 8 测风断面积 sm 2测试1 1 9 1 1 91 1 91 1 91 1 9 1 1 91 1 9 1 9风机静压p 。p 。测试2 5 5 8 2 3 0 12 0 3 91 8 2 91 3 0 5 9 2 14 9 0 2 0 测点静压p jp 。 测试2 5 7 4 2 3 2 72 0 7 31 8 6 71 3 6 2 9 8 3 5 8 3 2 1 测点动压p dp 。 测试 1 62 63 43 85 7 6 29 3 2 2 测点平均风速 vm s 计算4 4 3 5 6 46 4 46 8 18 3 18 6 5 1 0 5 8 2 3风机流量 q m 3 s 计算5 2 7 2 6 7 17 6 6 48 1 09 8 91 0 2 9 1 2 5 9 2 4风机轴功率p t k w 计算 1 7 3 81 7 4 1 7 5 21 6 9 2 1 5 8 0 1 4 2 31 2 4 5 2 5 风机静压效率t h 计算 7 7 5 88 8 s8 9 2 i8 7 6 8 i 6 96 6 ，6 2，4 9 5 6 表2 1 0 白马河风井东2 # 风机试验数据和计算结果综合表 1 4 2 松软煤层采区通风系统优化 c 测定结果分析 中央风井主要通风机测定结果分析： 由于采用先进的测试仪器以及各部门间的密切配合，本次测定结果较为满意。风机 运行的特性曲线符合实际，测定结果可靠。南屯煤矿中央风井安装的2 k 6 0 - n 0 2 8 型轴流 式风机，虽然风机服务年限较长，性能有所下降，但由于风机管理维护较好，2 4 风机的 最高运行效率在8 5 左右，并且通过测定结果来看，2 “风机性能略微优于l4 风机性能。 西安科技大学工程硕士学位论文 同时，通过测试数据可看出，矿井外部漏风量较小，矿井风井及其附属装置管理到位。 白马河风井主要通风机测定结果分析： 本次风机性能测定共获取基础数据1 0 0 0 多个，数据可靠有效，通过数据计算结果 以及原始数据可以看出： 所测通风机的现运行工况点：西1 4 风机风量9 8 9 m 3 s ，风压1 3 6 2 p a ；东2 “风机风 量9 3 5 m 3 s ，风压1 2 5 0 p a ，均位于通风机特性曲线驼峰点的右下侧、单调下降的线段上， 且实际工作风压小于通风机最大额定风压的9 0 ，这况明风机处于安全运行状态。 矿井正常通风情况下，通风机的效率：西1 4 风机效率为8 1 7 ：东2 ”风机效率为 6 6 9 ，均大于6 0 ，这说明通风机运行效果较好，处于经济运行状态。 ， 2 2 九采区采煤工作面合理风量的确定 矿井通风是保障矿井安全生产的最主要手段之一。煤矿井下作业，采掘工作面生产 条件复杂，无阳光照射、空气温度高、湿度大，职工生产工作环境比较恶劣，并且在生 产过程中，煤炭围岩等会放出各种有毒、有害气体和大量的粉尘这些因素都会对职工的 人身安全和身体健康产生危害，并影响生产效率的提高。因此，在矿井生产过程中，必 须源源不断地将地面空气输送到井下个个作业地点，供给井下职工呼吸，并稀释和排除 井下各种有害气体和粉尘，创造井下良好的气候条件和工作环境，保障井下作业人员的 身体健康和作业安全。 2 2 1 采煤工作面需风量的传统计算方法 采煤工作面的风量按下列因素分别计算，并取其中最大值； 按瓦斯涌出量计算：q 。i = 1 0 0 q g w i x k g w i 式中：q 。i 一第i 个采煤工作面需要的风量，m 3 m i r a - 一 q 。i 一第i 个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m n ： k 。，一第i 个采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，它是该工作面瓦斯 绝对涌出量的最大值与平均值之比。生产矿井可根据各个工作面正常生产条件时，至少 进行5 昼夜的观测，得出5 个鼻子，取其大值。通常机采工作面取k g , , v i = 1 2 1 6 ；，m 3 m i n ； 炮采工作面取k g w i = 1 4 2 0 ：，m 3 m i n ；水采工作面取k g w i = 2 0 3 0 $ ：； 按工作面进风流温度计算： 一 为了使采煤工作面具备良好的气候条件，其进风流温度与工作面风速应符合下表的 要求。 表一2 1 1 进风流温度与工作面风速 1 6 2 松软煤层采区通风系统优化 采煤1 二作面进风流温度 c采煤： 作面风速( m s ) _ 1 0 0 q g w i x k g w i 式中：q 。i _ 第i 个采煤工作面需要的风量，m s m i r a q 州一第i 个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m 3 m i n ； 。 k g w i 一第i 个采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，它是该工作面瓦斯 2 松软煤层采区通风系统优化 绝对涌出量的最大值与平均值之比。生产矿井可根据各个工作面f 常生产条件时，至少 进行5 昼夜的观测，得出5 个鼻子，取其大值。通常机采工作面取k g w j = 1 2 1 6 ；，m 3 m i n ； 炮采工作面取k 州= 1 4 2 0 ；，m 3 m i n ；水采工作面取k g 。i = 2 0 3 0 。 按工作面进风流温度计算的合理风量区间： 为了使采煤工作面具备良好的气候条件，其进风流温度与工作面风速应符合下表的 要求。