东荣二矿井下雾气成因分析

1、东荣二矿井下雾气成因分析1 前言 煤矿是一个复杂的生产系统，存在着很多影响煤矿安全生产的因素。 东荣二矿井下出现的雾气不仅易导致矿井提升运输事故，影响安全生 产，而且加重了工作环境污染，有害于人体健康。 东荣二矿开拓方式为立井主要运输大巷采区上山分区式开拓，开拓水 平标高-500m,地面标高为66.8m。中一上采区2条暗绞车道、主要入 风石门， 在每年的部分时期 （尤其是在夏季） 雾气腾腾， 能见度很低， 严重时不足2m。雾气迷漫的环境，影响人们的视野和心情，使劳动效 率下降,使行人、运输受到严重干扰,形成潜在的事故隐患。由于受 影响巷道都是运输行人比较频繁的主要生产巷道,为了保证矿井的安 全

2、生产和正常的工作环境,必须查清井下雾气的成因,以确定治理雾 气的措施。2 雾气的出现规律（1） 雾气的出现随着季节的变化而变化。中一上采区2 条暗绞车道、 主要入风石门出现的雾气夏季较大,秋季次之,冬季较小甚至没有。（2）雾气的出现与巷道高度有关。进风大巷内没有雾气,起雾点位于 进风大巷主、辅绞车道分岔点以上约 20m 处,直到 -325m 标高的高一 工作面入风顺槽中变电站止都是雾气迷漫。（3）雾气出现与巷道风流的温度有关。在-325m标高的高一工作面入 风顺槽中变电站处,由于变电站和泵站产生的温度较高,变电站处雾 气明显减少，变电站后 20m 完全消失。风流经过工作面和回风巷后进 入回风上

3、山时又出现雾气。（4）雾气的出现与巷道风门的开启有关。在矿井进风大巷与中一上采 区辅助绞车道（回风上山）之间有二道风门，若风门同时打开，回风 上山巷道内的雾气立即增大。3 雾气现场气象参数的测定现场取样进行气体分析。 分析结果表明雾气成分与正常空气非常接近，无有毒有害气体及其他特殊成分，并且在灯光下呈乳白色。因此，为 了分析雾气的成因，在夏、秋两季对东荣二矿井下雾气出现地点的气 象参数进行了测定。4 雾气成因的影响因素分析通常，空气中的水蒸气接近饱和，当气象参数（如空气温度、大气压 力）变化时，使空气的饱和能力降低，当空气中实际所含水分大于空 气对水分的饱和极限时，多余的水分将凝结成细小水滴，

4、即形成雾。 随着温度的进一步下降，水分的析出量加大，细小水滴聚集成较大小 珠，附着于巷壁或金属设备的表面。根据上述观测数据分析雾气形成 影响因素。4.1 围岩温度的影响根据东荣二矿的精查地质报告，该矿区的恒温带深度为20m，恒温带温度为+ 5.6C，地温梯度为2.8C /hm，地温率35.7m/C。根据地温预 测计算式tvr二tO+（z zO）/g，可计算出500m平均地温为19OC。本地 区使地温变化的主要因素是自然增温率，没有地热异常现象影响，因 此地温预测值不应有大的误差。根据对 -500m 南翼岩巷掘进工作面测 温孔的实际测定，原岩温度为18.819.0C，与计算值基本相符。 虽然岩壁

5、温度随地面季节变化呈周期性变化，但长期通风的巷道壁面 温度变化不象风流温度变化幅度那样大，在时间上也要滞后一段。这 是由于巷道围岩的热容量非常大，要有长时间的热交换才能使其温度 有明显的变化，这也就是通常所说的巷道围岩的调热作用。 4.2围岩传热特性影响 根据传热学基本原理，导热介质存在温度差，热量将从高温区域向低 温区域传递，直到温度相等为止。原始岩体在开凿巷道并通风后，巷 道径向围岩内各点的温度将随通风时间加长而递减，但距井巷中心某 一距离的围岩深部，围岩仍保持着原始岩温，未受通风降温的影响。把原始岩温等温线所包围的范围称为井巷围岩调热圈（又称冷却带） ， 调热圈内的温度分布称为调热圈温度

6、场。从井巷中心到调热圈极限边 界（原始岩温等温线）的距离称为调热圈半径rt，其大小除受原始岩温、风温、岩石热物理性质、通风量等多种因素影响外，还决定于通 风经过的时间T因此，调热圈的大小是变化的，新掘进巷道T小，调热圈半径rt小；随着通风时间t增长，井巷围岩受冷却范围扩大，rt 变大；如果通风时间足够长（约 2a以上）,可以认为围岩与风流已充 分完成热交换， rt 接近最大值而达到相对稳定，而在原始岩温相同的 同一水平巷道中，由于入风段风流与围岩的温差比下风侧大，所以下风侧 rt 逐渐变小。4.3 风流温度的影响 当巷道表面温度高于风流温度时，巷道向风流散热，风流在流动过程 中是增温加湿的。即

7、随着温度的升高，风流饱和能力加大，更多的水 分蒸发进入风流中，使风流的含湿量增加。在冬季地面空气温度较低，空气进入井下后，因温度升高，空气的饱 和能力加大，使相对湿度降低，所以沿途要使井巷中的水分蒸发，进 风路线的井巷就显得干燥，不易产生雾气；春夏秋季地面空气温度较 高，地面空气进入井下后，因温度降低，空气的饱和能力变小，使相 对湿度升高，此时空气中的一部分蒸汽就可能凝结成水珠， 形成雾气。 根据上述分析，该矿雾气是沿程温度下降导致风流饱和能力降低造成 的。风流在流动过程中与围岩的换热量，即风流在被冷却的过程中损 失的热量。该换热量与风流的温度、湿度、原岩温度、风量、巷道断 面、水力周长、 巷

8、道长度及风流与围岩间的传热的不稳定传热系数 （实 效系数）等有关。4.4 湿度的影响由于东荣二矿周围地表为水田，在春夏秋 3 个季节水田充水导致矿井 周围空气湿度较大，其一般相对湿度在 70 %80%。较该地区平均大20%30%,且其入风副井井筒围岩含水量大、井筒深、淋水大。风 流在入井过程中沿途吸收水分，到达井底时含湿量大大增加，其相对 湿度可达 93% 98%,接近饱和。由于夏季风流的温度高于进风大巷、 绞车道和入风石门的岩壁温度，而且围岩的原始温度从 -500m-400m -380m-325m 是逐渐降低的，岩壁温度也是依次下降的。 也就是说， 风流沿程是逐渐降温的，其饱和能力一直呈下降

9、趋势，因此不断有水 分析出，形成雾气。4.5 压力的影响（1）地面空气进入矿井时，经过 600m 深的立井，如不考虑热交换等 因素的影响，由于大气压力的增加，风流将被压缩增温，使空气的吸 湿能力增加。（2）当突然打开进风大巷与辅助绞车道间的控制风门时，辅助绞车道 巷道压力突然降低，空气绝热膨胀，温度下降，使空气的吸湿能力降 低使空气中的水分进一步凝结，从而产生更大的雾气。（3）当空气沿进风上山向上流动时，气压下降，温度下降，使得空气 中的水分凝结形成雾气。5 结论（1）东荣二矿井下出现的雾气不仅形成潜在的事故隐患，易导致矿井 提升运输事故，使劳动效率下降，影响矿井安全生产，而且加重了工 作环境污染，有害人体健康。（2）周围地表为水田，在春夏秋季节水田充水导致矿井周围空气湿度 较大，且其入风副井井筒深、上部淋水大，风流在入井过程中沿途吸 收水分，空气湿度接近饱和。3）该矿风流在流动过程中与围岩交换热量，即风流在被冷却的过程 中损失热量。风流沿程温度下降，导致风流饱和能力降低造成的。（4）由于大气压力的增加， 风流将被压缩增温使空气的吸湿能力增加。 随着巷道压力突然降低，空气绝热膨胀，温度下降，使空气的吸湿能 力降低使空气中的水分凝结，产生雾气。（5）东荣二矿周围地表为水田，在春夏秋季节水田充水