矿井通风系统稳定性分析

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工 业 技 术
矿 井 通 风 系统 稳 定 性 分析
张 广 永 （ 皖北煤 电集 团前岭煤矿调 度指 挥 中心
安徽宿州
２４０ ） ３ ０ ０
摘 要： 矿井通风 系统是 一个一个 复杂 的、随机 的 ．非稳 定的 动态 系统 。笔者结合 自己多年 的工作 经验 ， 参考大 量 国内外 相关文献 在 的基 础上 ， 深度探讨 了矿井通 风 系统中的不稳定 因素 ， 分析 了通分 系统稳定性 的分 类和 采 区通分 系统的构成要 素。 相信对从事相关工作 的 同行 有 着重要 的参考价 值和 借 簦意艾 。 关键词 ： 矿井 通风 系统 采 区 稳 定性 中图分类号 ： Ｉ８ Ｔ ） ２ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： ６ ２ ３ ９ （ ０ ８ １ （ ） ０ ８ — １ １ ７ — ７ １ ２ ０ ） ２ ｂ一 ０ ６ ０
车 场 ） 采 区 的 下 （ ） 车 场 或盘 区石 门 的 到 上 部 部 分 。 此 段 的 风 道 通 过 的 风 流 为 新 鲜 空 气 ， 气 的 物 理 状 态 和 化 学 成 分 与 地 面 空 空 气差 不 多 ， 段巷 道 断 面规 整 ， 道 维 护较 此 巷 好 ； 段 巷 道 的 风 压 、 风 阻 变 化 只影 响 用 该 风 地 点 风 量 的 变 化 ， 会 影 响 到 用 地 点 风 不 流 方向的稳定性 。 （ ） 区 段该 段为 从 采 区的 下 （ ） 车 ２采 上 部 场 到 采 区 的 回风 石 门 （ 采 区 的 回风 与 其 或 它 回风 汇 合 处 ） 分 。该 段 是 矿 井 的 主 要 部 用 风 区 段 和 自然 灾 害 多发 区段 ， 通 风 管 是 理 的重 点 。此 段 风 道 中 通过 的风 流 的 氧 气 含 量 逐 渐 减 少 ， 有 各 种 有 毒 有 害 气 体 和 混 矿 尘 ， 气 的 温 度 、 温 度 和 压 压 力 较 进 风 空 段 的有 较 大 的 变 化 ， 风道 状 况 复 杂 ， 道种 巷 类 较 多 ， 面 变 化 较 大 ， 风 较 大 ， 且 巷 断 漏 并 道 的 风 压和 风 阻变 化 不 仅 影 响 到 用风 地 点 风 量 的 变化 ， 且 可 能 直接 影 响 到 用 风地 而 点 风 流 方 向 的稳 定 性 。 （ ） 风 段 该 段 为 从 采 区 的 回风 石 门 ３回 （ 其 它 的 回风 汇 合 处 ） 风 嗣 （ 风 井 底 ） 或 到 或 部 分 ， 通 风 管 理 的 重 点之 一 。 该 段 流过 是 的 是 污 浊空 气 ， 量 集 中 ， 道 断 面 维 护较 风 巷 差 。 当 该 段 阻 力 过 大 时 ， 直 接 影 响 到 用 会 风地 点的风量 。 在这 三 段 中 ， 风 段 变 化 较 小 ， 对 固 进 相 定 ， 区 段 和 回风 段 出现 的 问 题 较 多 。 采 采 区 段 经 常 出现 的 变 化 有 以 下 几 点 。 （ ） 作 面 的 进 、 回风 巷 中 ， 材 料 堆 １工 因 积 、 巷 道 冒落 或 无 意 识 的 将 风 窗 关 闭 ， 工 作而风阻增大 。 （） ２ 工作 面 回风 巷 中 的风 窗 的 风 门 打 开 未 关 ， 作 面 的风 阻 降 低 。 工 （ ） 区 回风 石 门 中 的风 窗 的风 门 被 打 ３采 开 或风 窗 被 关 闭 ， 区 的风 阻降 低 或 增加 。 采 （ ） 区 内 增 加 新 的 工 作 面 或 并 联 巷 ４采 道 ， 区段的风阻降低。 采 （ ） 区 上 （ 、下 ） 车 场 的 风 门被 打 ５采 中 部 开 ， 流短路 。 风 （ ） 区 进 、 回风 上 （ ） ６采 下 山之 间 的 联 络 巷 的 风 门被 打 开 ， 流 短 路 。 风 （ ） 区的 进 、 回风 上 （ ） 冒顶 或 出 ７采 下 山
１矿井通风 系统 的特点
１． １矿 井通风 系统 的复 杂性 矿 井 通风 系统 是 由诸 多变 量 组 成 的 一 个复杂 系统 ， 就大 型矿 井而 言 ， 网络分 支可达 ３ ０条 ～６ ０条 ， ０ ０ 网络节 点数一 般为 ３ ０个 ～ ０ ５ ０ ， 联 分 支 数 约 占总 分 支 数 ｌ ％ ～ ０ 个 角 ５ ４ ％， ５ 全矿 巷道长 度约 为 ５ ｋ ～２ Ｏ ｒ。通 ０ｍ ０ｋ ａ 风 设 施数 目数 十 个 ， 风 地 点 一 般 有 ｌ 用 ５～ ４ Ｏ个 ， 至上 百 个 。 自然 条件 也 很恶 劣 ， 甚 开 采 深 度 从 ４ ０米 ～ ｌ ０ ０ ０ ０多 米 不 等 ， 层 厚 煤 度 。０ ５米 ～６． ． ５米 ， 至达 上 百米 ； 层倾 甚 煤 角 从 ０ ～９ ℃ ０℃ ， 曲 、断 层 、沉 陷等 地 质 褶 构造 复 杂 、发 育。 瓦斯 涌 出量 也变 化 很大 。 诸 多 的 因素 使通 风 系统 成 为 一 个 复 杂 的 系
在矿 井 内风 流 质量 符 合 规 程 要 求 时 ， 当 矿 井 内风 流 的 运 动 参且 波动 范 围超过 允 许 值时 ， 这种 现 象被 称为 不稳 定 现象 。通 常表 现 为 风 量 、风 服的 剧 烈 跳 动 、某 些 分 支风 流 的 大幅 度增 减 甚 至停 风 反 向等 。通 风 系 统 的不 稳定 现 象 ， 可分 为正 常时期 的 不稳 定 现 象 和 灾 变时 期 的 不 稳 定现 象两 种 。 正 常 时期 的不稳 定现 象 又可 以 分为 以 下两 大 类 。 类 是 山 于通 风 动 力 不 稳 定 引起 的 ， 主要表现为以下几点 。 （） １ 风机 导 致 的 风 流 不 稳 定 现 象 ， 括 包 风 机 喘 振 现 象 、 多 风机 相 互 干 扰现 象 及 井 下 辅 扇 能 力过 大 导 致 的循 环 风 现象 。 （） ２ 自然 风 压 导致 的 某 些 分 支风 流 停滞 或 反向 。 另 一 类 是 通 风 网 络 结 构 不 合 理 引 起 的 ， 要表现为以下几点。 主 （ ） 流 短 路 造 成 的 风 流剧 烈波 动 。 １风 （ ） 角 分 支 风 流 不稳 定 现 象 。 ２对 ３． １通风 系统 稳定 性分 类 矿 井 通 风 系 统 的 稳 定 性 ， 要 取 决 于 主 主 扇 的 台 数 、 主 扇 的 相对 位 置 以 及 风 压 大 小 、通 风 网 络 的 结构 形式 。局 部 地 区 、采 区 的风 流 的 稳 定 性 ， 决 于 局 部 或 采 区 的 取 通风系统。如 ： 系统 中有 无 角 联 风路 ， 角 对 风 路 的 多少 及 联 接 方式 。 按 照 风流 稳 定 的 程 度 ， 将 通 风 系统 分 为 三 类 。 可 （） 稳 定 系 统 。 通风 网络 中没 有 角联 １高 的 分 区 通 风 系统 ， 虽 有 角 联 风 路 但 在 发 和 生 事 故 或 改 变 相 邻 风 路 的 风 阻 时 ， 际 发 实 生 风 流 反 向的 可 能 性 很 小 的通 风 系 统 。 （） ２ 中等 稳 定 系统 。有 复 杂 的 角联 通 风 网 络 系统 ， 平 时 风 流 稳 定 ， 在 发 生 灾 变 但 仅 时才会发生风流 反向。 （ ） 稳 定 系 统 。通 风 系统 在正 常情 况 ３低 下 ， 于风 门等 通 风 设 施 管 理 不 严 ， 由 或矿 车 停 放 、坑 木 设 备 的堆 积 等 引起 风 路 风 阻 的 变 化 ， 可 引起 角联 风 路 的 风 量 变化 ， 至 即 甚 风流方 向的改变 。 ３ ２采 区通风 系统 采 区 通 风 是 矿 井 通 风 的 主 要 组 成 单 元 。采 区通 风 系 统是 否 合理 不 仅 影 响采 区 的 风 量 分 配 、 发 生事 故时 的 风 流 控 制 和生 现其它现象 ， 道堵塞等 。 巷 通 过 以 上 分 析 可 知 ， 于 进 风 段 巷 道 产 计 划 的 完 成 ， 且 影 响 到 全 矿 的 通 风 质 由 而 比较 稳 定 ， 且 变 化 不 大 ， 以我 们 可 以 只 量 和 安 全 指 标 。 而 所 对 变化 较 大 的 采 区 段 和 回风 段 进 行 重 点 研 采 区通 风 系统 包 括 通 风 网络 、通 风 设 究 ， 析 其风 流稳 定 性 ． 据 巷 道所 在 通 风 备 和 通 风 构 筑 物 （ 其 有 关 的 动 力 回 路 ） 分 根 及 以 系统中的位置不同 ， 重要性也不 同。 其 及 通 风 参 数 的 检 查 和 白控 装 置 等 部 分 。 其 中 任 一 组 成 部 分 发 生 故 障 ， 会 不 同 程 度 都 ３通风 系统 的稳定性 地 破坏 采 区 通 风 系 统 。 当 各部 分具 有 替 换 在 矿 井 内风 流 质 量 符 合 《 程 》 要 求 件 时 ， 规 则可 提 高 系 统 的 可靠 性 。 时 ， 井 通 风 系 统 的 不 稳 定 就 直 接 表 现 为 矿 分支 中 风流 的 不稳 定 。数 随 时 间发 生波 动 ，
统。
１ ２矿井通 系统 的动态 性 矿 井通风 系统结 构随 着煤 矿生 产的进 行 而 不断 地发 生 变化 。采 掘 工作 面 不断 推进 、 接替 ， 区的准备 、投产 、结 束与接 替 ； 井 采 矿 开 拓延 伸等 工程 的 不断 进 展 ， 使通 风 系统 在 网络 结 构上 随时 间 发生 变化 ， 引起 通风 系 也 统正 常运 行 的 各个 因素 ， 如瓦 斯 、温 度 、煤 尘等 发 生变 化 ； 此外 ， 由于 采矿 活 动的 影 响 ， 通 风巷 道受 压 变形 、断 面 缩 小 ， 冒顶 事故 时 有 发生 ； 风设 施受 压 变形 ， 通 漏风 率增 大 ； 各 种通 风设 备也 因磨 损 、锈蚀性 能 衰退 、通风 机 性能也 逐渐衰退 。从而 使系统 的通风 参数 发生 变 化 ， 且 各 种 参数 的变 化是 随机 的 。 而 可 见通 风 系统 是一 个 动态 的 随机 的 系统 。
２通分系பைடு நூலகம் 稳定性概述
矿井 通 风 系统不 仅 包括 矿 井通 风方 式 、 通 风 方 法 和 通 风 网络 等 静 态 系 统 ， 且 还 而 包 括 井 下 空 气 的 物 质变 化 ， 流 的 能 量 变 风 化 和 状 态 的 信 息 变 化 等 动 态 系 统 ， 包 括 即 井 下 环境 检 测 系 统 和风 流 控 制 系统 。 矿 井 通 风 网络 内空 气 的流 动 ， 守 伯 努 利 方 程 遵 所反映 的能量 守恒 定律 ， 合 阻力定律 、 符 风 量 平 衡 和 风 压 平 衡 定 律 。 同时 ， 风 网 通 络 内 风 流的 变 化 还 取 决于 风 网的 状 况 及 其 动 力状况 。众所周知 ， 无论是风 网内分支风 阻 变 化 ， 如 ， 巷 延 伸 、贯 通 或 密 闭 ， 井 例 井 矿 内部 与 外 部 漏 风 等 的 变 化 ， 是 扇 风 机 及 还 自然 风 压 的变 化 或 矿 井 发 生 灾 害 ， 会 引 都 起 矿 井 内风 流 的 变 化 。 所 以 对 通 风 系统 的 要 求 主要 是 安 全 可 靠 和 风 流 稳 定 。 因 此 ， 要 对 通 风 系统 的 稳 定 性 进 行 分 析 。 根 据 矿 井 通 风 测 压 系统 理 论 、矿 井 通 风 系统 中 空 气成 分 的 物 理 化 学 变化 巷 道 的 特 征 、通 风 巷 道在 通 风 中的 作 用 及对 用 风 地 点 风 流 稳 定 性 的 影 响 ， 把 矿 井 通 风 系 常 统 分 为进 风 段 、采 区 段 和 回 风 段 三 段 。 （ ） 风 段 该 段 为 从 进 风 井 口 （ 井 底 １进 或