综采综放工作面特殊条件的风量计算方法

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Q = 490m 3/ min
3 高瓦斯矿井( 或煤层) 工作面供风量 计 算
3. 1 按抽放后工作面实际的平均绝对瓦斯 涌出量 q 计算
目前, 我国对高瓦斯矿井均采取先抽放后开 采的原则。因此高瓦斯矿井的采煤工作面供风量
第1期
李崇山等: 综采综放工作面特殊条件的风量计算方法
29
Q q 是按煤层抽放瓦斯后的采场实际瓦斯绝对涌
现场统计与观测表明, 综采综放工作面瓦斯 涌出量与工作面日产 量之间存在明 确的定量关
系, 如图 1 所示。
图 1 瓦斯涌出量与日产量的关系
( 1) 工作面绝对瓦斯涌出量 q 与日产量 T 之
间为线性递增关系。其回归方程为:
q = a + bT , m3/ min
( 1)
式中: q ) 工作面绝对瓦斯涌出量, m3/ m in;
150、200、250m 时, 建议取值为 1. 15、1. 23、1. 3。
( 3) 某矿区 10 个低瓦斯矿综采面供风量计算
公式为:
Qz#c =
3 78
#
T
0 z
.#0c6,
m 3/ mi n ( 12)
式中: T z#c ) 综采面平均日产量, t 。 ( 4) 综采放顶煤工作面需风量的经验公式
A ) 工作面回风巷风量 Q 0 与工作面总进风 量 Q 之比, 即
A = Q 0/ Q ; 其余符号意义同前。
3. 2 按经验公式计算 3. 2. 1 高瓦斯矿井( 或煤层) 采煤工作面绝对瓦
斯涌出量 q 与供风量 Q 的定量关系
研究发现, 当高瓦斯工作面上的瓦斯主要来
1. 0~ 1. 5m/ s;
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山 东 矿 业 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版)
第 18 卷
s ) 工作面有效净断面积, m2, 一般为 11. 0~ 13. 0m2。
1. 2. 3 按经验公式计算风量 ( 1) 全国 36 个综采面实际供风量的经验公式
为:
Q z#c = 21. 8lh ,
Q 有关。一般来讲 Q 大时, Q l 就大。文[ 2] 定性
地给出了 Q l 及可能自燃带宽度 X 均与供风量 Q
的平方成正比, 即
Ql = a # Q2,
m 3/ min
( 15)
X = b # Q2, m
( 16)
式中: a、b ) 取决于具体采场条件的参数。
这说明工作面供风量大时, 漏风量 Q l 就大,
出量利用式( 8) 计算的。
对于高瓦斯煤层中的回采工作面, 也应在首
先采用瓦斯抽放、尾巷排放, 选用适宜的工作面通
风系统( 如以 Y 型、W 型、Z 型系统取代 U 型系
统) 等措施后, 再按工作面实际瓦斯绝对涌出量 q
计算供风量。国外也有以 1. 5% 作为回风流中瓦
斯浓度的法定标准进行供风量计算的做法。
众所周知, 综采综放等工作面生产过程中的 瓦斯、粉尘、自热自燃、机电设备散热等因素对安 全生产的影响越来越大, 仅仅按传统方法计算分 配风量已不符合要求。目前对于这类工作面必须 研究提出并增加其在 特殊条件下的 风量计算方 法。生产工作面的高产高效、煤层易自燃、注 N 2 工艺、高瓦斯及高温等特别情况便构成了本文所 述的特殊条件。
c = ad # ( v - 1. 09) 2 + bd, m g/ m3 ( 3) 式中: c ) 工作面风流中浮尘浓度, mg/ m3;
v ) 工作面风流风速, m/ s; ad, bd ) 待定常 数, 应 实测 确定; 可 取 ad= 1111. 1, bd= 263. 一般认为, 综采综放工作面风速 v 在 1. 18~ 1. 46m/ s 之间是适宜的。 1. 1. 3 机电设备发热量与风流温升的关系 非高温矿井高产高效工作面机电设备( 如采 煤机、运输机、变电设备等) 工作时, 输入的电能除 转换为机械能以外, 其余则都以做功的形式转换 为热量。当仅考虑工作面的这种机电设备运转散 热量的影响时, 根据工作面风流温升情况, 可以按 以下方法确定工作面的供风量 Q。 工作面采场机电设备发热量 ZC 可按下式计
1 低瓦斯矿井高产高效综采综放工作面 风量计算
1. 1 综采综放工作面合理供风参数的确定 目前, 综采综放工作面一般都布置在地质条
件较好的低瓦斯矿井的厚煤层开采中。开采强度 大、产量高、人员少、设备多、回采过程中往往伴有 煤炭自燃现象则是其生产中的突出特点。因此按 工作面产量及按人数如今已不能作为综采综放工 作面风量计算的重要依据, 而只能作为工作面实 际配风时的验算依据; 相反, 按稀释并排出工作面 瓦斯计算工作面需风量则已经成为综采综放工作 面在高产高效条件下风量计算的重要依据。 1. 1. 1 综采综放工作面瓦斯涌出量与日产量的 关系
据潞安王庄、石圪节、五阳、漳村等矿 5 个综 放面平均需风量 610m3/ min 的实际, 可得出计算
综放面风量的经验公式为:
Q z#f = ( 20 ~ 21) H # L ,
m3/ min
( 13)
式中: l ) 综放面长度, m; H ) 煤层开采高度, 为工作面采高 h 与放煤
高度之和, m。
第 18 卷第 1 期
山东矿业学院学报( 自然科学版)
Vol. 18 l 1
1999 年 3 月 Jouranl of Shandong Inst it ut e of M ining T echnology( Natural Science) M ar. 1999
综采综放工作面特殊条件的 风量计算方法X
系, 其回归方程为:
qt =
ac+
bc T
, m3/ t
( 2)
式中: qt ) 工作面相对瓦斯涌出量, < 10m3/ t;
ac、bc ) 待定常数, 应实测确定: 一般 ac= 0.
X 收稿日期: 1998- 07- 16 李崇山: 男, 1963 年生, 讲师, 在读博士生, 主要从事矿井通风与安全的教学与研究工作。泰安 271019.
李崇山
( 山东矿业学院 采矿工程系)
摘 要: 给出了综采综放工作面在高产高 效、煤 层易自 燃、高温、防灭火 注 N 2 工艺 等特殊 条件下以 及普通 低 瓦斯矿井高瓦斯涌出生产工作面风量计算的方法, 这些方法可以直接在矿井生产实际中应用。 关键词: 高产高效工作面; 煤层自然发火; 风量计算方法; 绝对瓦斯涌出量; 安全供风量 中图分类号: T D722
进风流的温差 $t 可由下式确定:
$t =
60 #
ZC QQ
#
CP ,
e
( 5)
式中: Q) 工作面风流平均密度, kg/ m3;
CP ) 空气的定压比热, CP= 1. 005, kJ/ kg# e
将已知参量及式( 4) 代入( 5) 得:
$t =
60
#
k J
#
1.
2N 00 5
e
#
Q#
1 Q
,
e
采空区内氧化带就宽。如是能在最短发火期内,
工作面推进速度大于氧化带宽度, 则不发生自燃;
若小于氧化带宽度, 则可能发生自燃。
[ 例] 某矿 301 综放工作面采空区氧化带宽
度 X 与供风量 Q 间的回归关系为:
X = 3. 103 @ 10- 4 # Q 2, m 工作面平均月进尺 80m , 最短发火 期 28d。 28d 可推进 74. 7m, 将 X= 74. 7m 代入上式则可 求得该综放面风量应为:
第1期
李崇山等: 综采综放工作面特殊条件的风量计算方法
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46~ 0. 47; bc= 2432~ 11132。 综采综放工作面还应以工作面最优排尘风速
稀释并排出工作面粉尘。实际表明, 为最大限度 的排出工作面粉尘并能防止工作面粉尘的二次飞 扬, 工作面风速既不能太低也不能太高, 工作面风 速( 风量) 与其最大携尘能力之间必须保持在一种 最佳的数学关系上。研究发现, 高产高效工作面 风流中浮尘浓度 c 与风速 v 间为如图 2 所示的曲 线关系。
图 3 采空区漏 风状况与/ 三带0
Q Q l = x0 v x # h # dx 0
( 14)
式中: h ) 漏风空间的平均高度, m;
x 0 ) 窒息带的边界深度, m。
vx ) 采空 区内 深 为 x ( m ) 处的 漏 风风 速,
m/ s;
显然, Q l 的大小与采空区孔隙率、漏风方式、 压力梯度等因素有关, 也必然与工作面总供风量
则低瓦斯高产高效工作面的实际供风量应取
上述计算结果的最大值。
2 开采易自燃煤层的工作面供风量计算
开采易自燃煤层时, 确定工作面供风量时要 考虑煤炭自然发火条件。众所周知, 采空区遗煤 堆自燃取决于三个条件, 其中之一是维持煤的缓 慢氧化过程所必须的连续漏风供氧条件。采空区 内自工作面切顶线向里按漏风流的风速指标、漏 风流氧浓度及遗煤升温率指标可划分为低温不自 燃带 Ñ、可能自燃氧化带 Ò和窒息带 Ó, 即所谓的 / 三带0, 如图 3 所示。沿采空区深度方向, 漏风量 由大到小, 漏风风速 v x 也应当由 大到小, 且 v x 是 x 、l 的函数: v x= f , ( x , l ) 因此, 采空区总漏风量 Q l 由下式确定:
m3/ min
( 10)
式中, l ) 工作面长度, m;
h ) 工作面采高, m。
( 2) 兖州东滩煤矿综采面供风量计算公式为
Q z#c = 60 # v # s # kL ,
m3/ min ( 11)
式中, v ) 工 作面最优排尘 风速, 东滩 煤矿取 1.
68m/ s; s ) 工作面有效净断面积, m2; kL ) 改善工作面气候的面长系数, 当面长为
量 Q 或升降风速 v 来得以调节。夏季, 采面进、
回风温差小, 则应提高风速 v , 增大供风量 Q 才
能有效地将机电散热带走; 冬季, ti 小, t 0 与 ti 之 差可能增大, 此时就可以降低 v , 减少采面的供风
量 Q。
1. 2 综采综放工作面需风量计算方法
1. 2. 1 按工作面绝对瓦斯涌出量计算风量
应当指出, 工作面采取尾巷排瓦斯时, 尾巷风
流中的瓦斯浓度不应超过 3% , 此种情况下, 工作 面风量 Q q 可按下式计算:
Qq =
1 10
0
-
C1+
k# q (1 - A ) ( Ci -
1100) , m3/ min
( 17)
式中: C 1, Ci ) 工作面进风流及尾巷 风流中的瓦 斯浓度, % ;
图 2 工作面浮尘浓度 与风速的关系 1) 未采取喷雾洒水等降尘措施 2) 采取了喷雾洒水等降尘措施
由图 2 可知, 调控工作面风速 v = 0. 7~ 1. 7m / s 时, 无论工作 面生产中是否采取了诸如采 煤机割煤时的内外喷雾、放煤与运煤喷雾等降尘 措施, 曲线 1 和 2 均具有相同的轴线。这说明 1 和 2 两种情况下, 生产工作面上均具有相似的最 优排尘风速 v 0= 1. 1~ 1. 25m/ s, 其回归方程为:
T ) 工作面平均日产量, Kt / d;
a 、b ) 待定常数, 可实测确定; 一般可取 a= 1. 77~ 7. 83; b = 3. 09~ 3. 13 @ 10- 4。
( 2) 工作面相对瓦斯涌出量 qt 与日产量之间
的关系
研究发现, 高产高效工作面相对瓦斯涌出量 与日产量之间的关系 一般为双曲线 的反比例关
_ t0 -
ti =
59.
7
k QJ
#
2N Q
e
,
e
( 6)
或:
t0 =
ti +
59.
7
k QJ
#
2N Q
e
,
e
( 7)
式中: ti 、t 0 ) 工作面进、回风巷风温, e ;
Q ) 工作面供风量, m 3/ m in。
由( 7) 式可知, 供风量越大时, $t 越小, 回风
风温 t 0 的增加值越小。因此, 机电设备运转对采 面风流温度产生影响, 但这种影响可通过增减风
Q q = 100 # k # q,
m 3/ min
( 8)
式中: k ) 工作面瓦斯涌出不均匀系数, 建议取值 为 1. 2~ 1. 6;
q ) 平均绝对瓦斯涌出量 m3/ min。
1. 2. 2 按适宜标准风速计算风量
Qv = 60 # v # s , m3/ m in
( 9)
式中: v ) 工作面适宜标准风速, m/ s, 建议取值为
算:
ZC =
36 00
k J
#
2N e ,
kJ/ h;
( 4)
式中: ZC ) 采场机电设备的平均发热量, kJ/ h; 2N e ) 处于工作面进风顺槽及工作面内的机
电Leabharlann Baidu备铭牌功率, kw;
J ) 热功当量系数;
k ) 考虑到设备的开机率、满负荷率的系数,
0< k < 1。 当采面供风量为 Q ( m3/ min) 时, 工作面回、
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