2016.4.15川南岩溶区域快速金属锚壁法治理总回风巷漏风关键技术汇编

泸州市威鑫煤业有限公司科学技术报告

川南岩溶区域快速金属锚壁法治理总回风巷漏风关键技术

泸州市威鑫煤业有限公司四川师范大学2016.04.15汇报内容项目简介1快速金属锚壁法施工方法5效果检验与效益分析6快速金属锚壁法工艺技术4总回风巷通风数值模拟3研究内容与技术路线2结论与创新71.项目简介威鑫煤矿总回风平硐布置在二叠纪茅口灰岩中，该地层岩溶发育，井口标高+1100m，井口以里平巷坡度为3‰，总回风平硐井口向里320.5m段岩溶、裂隙发育，穿过岩溶漏斗、溶洞等有9个之多.矿井风机运行时，在该段形成负压，导致严重漏风，最大漏风量约1100m³/min。总回风巷漏风情况由来治理前的总回风巷1.项目简介根据调研情况，矿井总回风量5462m³/min，但在总回风巷的300余米风量损失极大，据现场测定总回风巷道以内350米处风量锐减至4426m³/min，巷道外部漏风1163m³/min，外部漏风率达20.8%。1.项目简介总回风巷漏风对威鑫矿安全生产威胁包括：1）造成用风点有效风量大量减少，使矿井井下某区域可能形成瓦斯等有毒有害气体的积聚，还会使作业场所出现不良气候条件。2）使通风系统复杂化，影响矿井通风稳定性和可靠性，增加风量调节的困难。3）可能使采空区遗煤引起自然发火。4）大量漏风必将降低矿井有效风量率、增加矿井通风的电耗成本。1）收集威鑫矿的基础地质资料、运行数据并进行现场实测调研，结合川南地区岩溶发育的特点，综合分析+1100m回风巷道的漏风原因。2）针对该漏风巷道的实际情况，提出漏风治理备选方案，并通过实验室实验、数值模拟以及理论分析等手段来确定各种方案的优缺点，并最终确定技术方案，以及该方案的关键点和重点技术。3）利用计算机辅助设计技术对确定的方案进行具体参数设计，内容包括工艺流程、计算机辅助工艺设计、材料选择、现场施工、寿命评估、后期保养与维护等一整套技术，并力求达到先进、高效、经济的技术水平。4）将漏风治理具体方案在现场实施，并检验实施效果，通过反馈效果对计算机辅助设计进行完善和修改，并最终形成先进、高效、经济、安全的岩溶地区巷道漏风治理技术。2.研究内容及技术路线研究内容2.研究内容及技术路线基础资料收集漏风原因分析实验室实验理论分析FLUENT模拟方案确定/关键参数计算机辅助设计方案实施效果检验最终技术方案完善通过理论分析、数值模拟、计算机辅助设计、现场验证等方法研究总回风巷的漏风规律、选择合理工程对策以及计算机辅助设计，在此基础上确定工程技术具体参数，最后将该技术运用到总回风巷漏风治理中，通过最终的堵漏效果再对以上技术进行完善。

技术路线图3.总回风巷通风数值模拟数学模型质量守恒定律——连续方程动量守恒定律——运动方程能量守恒——粘性流体的能量方程3.总回风巷通风数值模拟1.几何模型与网格化

2.总回风巷剖面图3.总回风巷通风数值模拟空气进入巷道的云图，可见岩层内部的气流速度总体较为均匀，大致为1.5e-2m/s，在靠近巷道表面处气流速度出现了明显的不均匀，巷道顶部风速较大，两帮及底面风速减小。该处断面空气以0.137m3/s的流量从地面穿过裂隙地层进入回风巷道。

右图为主回风巷风流参数云图。依次展示了风流压力云图，切应力云图，风流沿X方向上的X方向加速度云图。以第3图为例，风流在巷道拐弯处的右上角加速度最大。3.总回风巷通风数值模拟3.总回风巷内部通风模拟上图为主回风巷风流压力云图。回风口向里风流负压逐渐降低。下图为巷道内部风流速度矢量图。3.总回风巷内部通风模拟4.漏风治理前后总回风断面云图对比治理前治理后漏风治理后现场实测风流损失约159-186m3/min，在风机功率不变的情况下，通风量在进口段提升至4093m3/min，比治理前的矿井通风量提升了554m3/min，非常明显的改善了矿井通风条件。3.总回风巷通风数值模拟出风口断面风流通量为4702m3/min，平均风速大约为7.84m/s，进风口风流通量为3539m3/min，平均风速大约为5.89m/s，风量损失为1163m3/min，基本与实际情况较为符合。4.快速金属锚壁法工艺技术

总体设计如图所示，金属锚壁由端盖、金属锚壁主体、转弯缓冲体、锚杆等构成，通过快速金属锚壁法形成二次回风巷，能够快速有效地防止漏风现象。其中端盖由混凝土制作，与岩巷、金属锚壁嵌合。金属锚壁主体之间采用新型法兰连接，而金属锚壁与顶板采用间距750mm*750mm的特制锚杆联接。巷道转弯处、或者长距离巷道的中间处分别设转弯缓冲体和端盖缓冲体，由混凝土制作，中间填充柔性材料起到缓冲作用。1.总体设计2.装配图4.快速金属锚壁法工艺技术端盖组件侧板组件盖板组件（含锚杆组件）锚杆组件转弯缓冲零件4.快速金属锚壁法工艺技术3.零件图4.快速金属锚壁法工艺技术3.金属锚壁变形图表5-1设备、设施统计表序号设备材料名称单位数量备注135mm2电缆m5002防爆开关台23等离子切割机台14打汽泵台15滚板机台16二氧化碳保护焊机台27小焊机台18平板车自制可移动操作平台座110000元9平板车自制可移动手动叉车台113000元10平板车台311搅拌机350型台112铲车台15.快速金属锚壁法施工方法1.施工设备按20m一个点实测漏风数——掘进起底至设计标高并整平——装运矸石至地面卸矸点——φ42钻头打锚杆联接眼——制安连接锚杆——制安金属锚壁侧板并锚杆联接——使用法兰联接相邻侧板——搭设操作平台（安装金属锚壁盖板用）——制安金属锚壁盖板并锚杆联接——使用法兰联接相邻盖板、侧板——浇筑底板砼——清理巷道浮渣——实测检查封堵漏风数据（如达到要求）——竣工验收。5.快速金属锚壁法施工方法

2.施工工艺施工后的巷道5.快速金属锚壁法施工方法3.现场图片6.效果检验与效益分析地点断面(㎡)风量（m3/min)堵漏前堵漏后堵漏前堵漏后1#机+6°2#风机+6°1#风机+6°2#风机+6°1#机0°1#风机-3°2#风机0°2#风机-3°引风硐12.412.455895466534252144375372441863584总风外部未漏风段11.111.154625342527750894282358440433436堵漏末端11.19.952445206521950644246356540283428堵漏80m10.89.5549144896521450784254357240363433堵漏150m11.610.147254644522150264261356240423424堵漏240m8.47.245614462527350444246354140543425堵漏始端7.66.644264106520350384216353940163416主平硐1500m101042644151503049764166344638693278主平硐600m10.410.438693816480047743894321236233064+1100m回风平硐漏风治理前后数据测试表——风量1.效果检验地点断面(㎡)风速(m/s)堵漏前堵漏后堵漏前堵漏后1#机+6°2#风机+6°1#风机+6°2#风机+6°1#机0°1#风机-3°2#风机0°2#风机-3°引风硐12.412.47.517.357.187.015.884.925.634.82总风外部未漏风段11.111.18.208.027.927.646.435.386.075.16堵漏末端11.19.97.877.828.798.537.156.006.785.77堵漏80m10.89.557.587.569.108.867.426.237.045.99堵漏150m11.610.16.796.678.628.297.035.886.675.65堵漏240m8.47.29.058.8512.2111.689.838.209.387.93堵漏始端7.66.69.719.0013.1412.7210.658.9410.148.63主平硐1500m10107.116.928.488.296.945.826.455.46主平硐600m10.410.46.206.127.697.656.245.155.814.91+1100m回风平硐漏风治理前后数据测试表——风速地点断面(㎡)负压（pa）堵漏前堵漏后堵漏前堵漏后1#机+6°2#风机+6°1#风机+6°2#风机+6°1#机0°1#风机-3°2#风机0°2#风机-3°引风硐12.412.428982646244423181678122816231208总风外部未漏风段11.111.1堵漏末端11.19.9堵漏80m10.89.55堵漏150m11.610.1堵漏240m8.47.2堵漏始端7.66.6主平硐1500m1010主平硐600m10.410.4数据统计表明：漏风治理前，+1100回风平硐外部漏风1163m³/min，外部漏风率20.8%，漏风治理后外部漏风159~223m³/min，漏风率小于5%。经济效益分析：总风漏风治理后，根据矿井实际需风量，叶片角度降低了9°，主扇功率降低了97KW，月节约能耗7.12万元，矿井通风阻力由原来2898Pa降至1228Pa，通风困难程度由原中等变为容易。每年节约费用：7.12*12=85.4万元，即每年节约费用为85.4万元之间。根据该矿现有矿井服务年限40年，可节约费用：85.4*40=3416万元，经济效益非常显著。2.经济效益分析6.效果检验与效益分析7.结论与创新1.分析总回风巷的漏风致因根据地质报告和风量测量、文献调研、现场实地调查，分析了引发总回风巷漏风的主要原因是岩溶发育，以及岩层裂隙。2.总回风巷漏风治理方案研究考虑了砌碹法、扩巷+钢筋混凝土支护法、注浆堵漏法等传统漏风治理方案，通过现场试验、以及技术和经济指标分析，提出采用新型快速金属锚壁法方案治理漏风。3.川南岩溶区域漏风规律研究推导了渗流场的三个基本方程，即连续方程，运动方程和能量方程，以及上覆裂隙地层进入巷道过程的多孔介质基本方程；利用FLUENT研究了巷道漏风渗流场规律和研究了巷道风流场规律，为采用快速金属锚壁法治理漏风措施提供科研数据。1.主要结论4.提出了岩溶区域快速金属锚壁法工艺技术提出金属锚壁的基本设计要求，设计了总装图、关键零部件的三维模型；2完成金属锚壁关键部件的实验仿真、受力分析、可靠性分析和寿命评估等辅助分析工作；3）提出金属锚壁法的施工设备、施工工艺和施工方法；4）提出保养和维护工艺和方法。5.岩溶区域快速金属锚壁法现场效果评价从近三年生产表明，该方案基本达到设计要求。漏风治理前+1100回风平硐外部漏风1163m³/min，外部漏风率20.8%，漏风治理后外部漏风159~186m³/min，漏风率小于3.5%.该技术可为各类巷道防漏风治理提供可参考的技术措施，其技术对营造良好的通风环境，提升安全生产水平有积极有效的促进作用。7.结论与创新1、通过理论分析建立了岩溶区域的总回风巷渗流基本方程，并数值模拟了风流场规律。获得了风流在巷道流动