《煤矿采煤工作面“u+u”型与“u+l”型通风方式对比》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤矿采煤工作面“u+u”型与“u+l”型通风方式对比（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、煤矿采煤工作面“U+U”型与“U+L”型通风方式对比（1中国矿业大学，安全工程学院，江苏徐州，221008）摘要：瓦斯问题的本质就是其随风流流动的浓度分布问题，而矿井通风系统及采煤工作面通风方式于流体力学有着密切的关系，风流沿着一维巷道连续流动，在流动中涉及能量方程的转换和消耗、压力在不同地点的分布、瓦斯浓度随风流的变化等，所以认识这些问题的本质规律并准确地用流体力学语言表达出来。文章结合流体力学知识分析 U+L 型通风方式的优缺点，并提出新的“U+U”型通风方式，对于改进煤矿工作面的通风方式、减少瓦斯超限频率和存在盲巷等问题有一定的借鉴意义。关键词：煤矿 通风方式 流体力学分析 Resear
2、ch on“U+U” Type Ventilation of Coal Face （1China University of Mining and Technology ，Faculty of Safety Engineering ，xuzhou221008 ）Abstact：Gas nature problem is its concentration with the romantic movement, and mine ventilation systems and ventilation at the coal face is closely related to fluid mec
3、hanics, romantic roadway along the one-dimensional continuous flow, flow involved in the conversion of the energy equation and consumption, the pressure distribution at different locations, the gas concentration changes with the romantic, so understanding the nature of these problems with the law an
4、d accurately express language of fluid mechanics. In combination with knowledge of fluid mechanics analysis of U + L-type ventilation system advantages and disadvantages, and propose new U+U type ventilation, for the improvement of coal face of ventilation to reduce the frequency and the presence of
5、 gas gauge issues such as Blind Lane some reference.Key words: Mine Ventilation type Fluid mechanics analysis0 引言瓦斯问题是困扰高瓦斯矿井实施高产高效生产的一大难题。实践表明，工作面采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的 60%以上，传统的“U”型、“U+L”通风方式，由于采空区漏风携带采空区高浓度瓦斯汇集至工作面上隅角并由风流排出。无论采用高位钻孔、埋管抽放，还是利用高抽巷，都不能从根本上解决上隅角瓦斯超限和瓦斯积聚问题，严重影响采煤工作面的安全、高效生产 1。瓦斯问题的本质就是其随
6、风流流动的浓度分布问题，而矿井通风是典型的稳定流，风流流动过程中会出现层流和紊流。稳定流指流体在某点的速度 v、压力 p、密度 和温度 t 不随时间而变化，层流是指流体各层的质点互不混合，质点流动的轨迹为直线或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。紊流是指流体的质点强烈互相混合，质点的流动轨迹极不规则，除了沿流动总方向发生位移外，还有垂直于流动总方向的位移，且在流体内部存在着时而产生、时而消失的旋涡。风流沿着一维巷道连续流动，在流动中涉及能量方程的转换和消耗、压力在不同地点的分布、瓦斯浓度随风流的变化等，所以认识这些问题的本质规律并准确地用流体力学语言表达出来，是非常重要的。用流体力学的
7、观点分析现在煤矿常用的“U+L”型通风方式存在的问题，提出“U+U”通风方式以满足现代矿山高产高效的要求 2。1 通风基本方程分析矿井通风系统所以用到的方程由能量守恒方程和连续方程等。1.1 能量守恒方程能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的变化规律，是能量守恒的转换定律在矿井通风中的应用，而矿井基本上某点的速度 v、压力 p、密度 和温度 t 不随时间而变化，所以采用不可压缩方程 8。（1-221121uuZgPZgPh1）或 （1-2122112h2）公式 1-1、1-2 即不可压缩单位质量流体常规的伯努利方程表达式。1.2 连续方程流出微团的净质量流量必须等于微团内质量的减少
8、，则连续性方程的偏微分方程如公式 1-3 所示。（1-0VDt3）而采空区变密度混合气体非线性渗流的连续方程则可表示为公式 1-4 所示。（1-)(Vtr4）式中 为混合气体密度；瓦斯密度；单位时间、单位采空区内冒落煤体解析出的瓦斯体积量。公式 1-1、1-2、1-3 和 1-4 都是分析矿井通风方式及采空区煤体解析瓦斯流动的基本方程。2 “U+L”型通风方式合理性评价U+L 型通风方式由一条进风巷、一条回风巷、一条专用排瓦斯尾巷所组成，尾巷与回风巷之间每隔一定距离施工联络巷并予以封闭，随着工作面的推进，再将滞后于工作面的联络巷依次打开，使得采空区及邻近层卸压瓦斯通过联络巷排至尾巷，如图 1-
9、1 所示。设图 1-1 中的进风巷风流速度 v1、密度 1、压力 P1 及高度 Z1；回风巷风流速度 v2、密度 2、压力 P2 及高度 Z2；专用排瓦斯巷风流速度 v3、密度 3、 压力 P3 及高度 Z3。则能量守恒公式（1-5）知：（1-221 23221321123 zQzQphg 5）式中 Q1、Q 2 和 Q3 分别为进风巷、回风巷及专用排瓦斯巷风量，单位m3/min。由上式知：风流自进风巷流入采空区然后携带瓦斯进入回风巷和专用排瓦斯巷，能量逐渐减弱，若能量不足，无法将瓦斯从专用排瓦斯巷带出，则专用排瓦斯巷的瓦斯浓度就会增加，甚至超过规程，具有潜在危险。图 1-1 “U+L”型通风
10、方式由以上的分析可以看出 U+L 型通风方式适用于瓦斯涌出量大的采煤工作面，其优点为：（1）可减少采煤工作面回风流中的瓦斯排放量和防止上隅角瓦斯超限；（2）尾巷不作回风用时可用于钻孔施工、铺设管路抽放瓦斯，还可用于下一邻近工作面的进风巷。其缺点为：当尾巷作专用排瓦斯巷用时，会有盲巷出现，一旦出现管理不到位或采空区漏风等因素，此巷道的风量就会减少低于规程规定，瓦斯浓度就会增大超过规程规定，存在很大安全隐患。3 问题的提出基于以上流体能量方程分析可知采用 U+L 型通风系统的效果是显而易见的，但是在工作面正常推进过程中，排瓦斯尾巷的回风利用回风巷和排瓦斯尾巷之间的贯眼回风，当回采工作面推进到快靠近
11、下一个贯眼（该贯眼还未打开）时，由于排瓦斯尾巷的风量仍然需要靠上一个贯眼回风，但上一个贯眼随着回采工作面的推进顶板冒落后，严重影响贯眼回风，造成瓦斯尾巷内风量减少，风速低于规定要求，与煤矿安全规程 （2011 年版）第 137 条规定相抵触。瓦斯尾巷瓦斯浓度超限或经常处于临界状态，严重影响工作面的安全生产。因此采用 U+L 型通风系统的采煤工作面，存在一定的安全隐患，故需对其合理性进行改造设计。4 “U+U”型通风系统的基本原理采煤工作面的瓦斯治理是矿井通风瓦斯管理的一个重要部分，采煤工作面应当有独立的通风系统，并达到合理、可靠、安全的要求。在通风瓦斯管理上，首要目的是要保证采煤工作面人员呼吸
12、和排除瓦斯的需要，因此在选择采煤工作面通风系统时，治理瓦斯是必然考虑的因素。采用 U 型通风系统的采煤工作面，其上隅角是最易积聚瓦斯的地方，故如何防治上隅角瓦斯积聚超限 35，一直是防止瓦斯事故的重点，而采煤工作面 UL 型通风方式的应用，极大地提高了瓦斯处理能力。但现有大多数煤矿综采工作面现用 UL 型通风方式存在一定的不足，其主要就存在专用排瓦斯巷回风流的瓦斯浓度超过 2.5%，风速低于 0.5m/s，留有盲巷等危险因素。4.1 概念及基本原理为消除开采过程中出现的专用排瓦斯巷瓦斯超限及风量降低的问题，在工作面的另一侧开掘一条配风巷，或在工作面后部保留一条巷道，从而使工作面系统形成专用排瓦
13、斯巷掺新风的“两进两回”或“三进两回”的新型通风系统，有效提高了工作面专用排瓦斯巷的配风量，减少了工作面开采过程中的瓦斯超限问题，并且消除了盲巷，这种通风方式就是 U 套 U、U 并 U 型通风系统，我们可以把这二者统一定义为“U+U”型通风系统。4.2 U 套 U 型通风方式分析回采工作面仍然采用一进两回的通风方式，只是在回采工作面布置双切眼，第一切眼留设在工作面后部，该切眼与瓦斯尾巷相通，第二切眼与回风巷相通，瓦斯尾巷除仍然利用贯眼通风外，还利用第一切眼通过全负压给瓦斯尾巷配风，这样将会大大提高瓦斯尾巷的配风量，提高风速，从而有效稀释了瓦斯浓度，确保了工作面安全生产（见图 1-2） ，实质
14、是 U 套 U 型通风方式。胶 带 顺 槽轨 道 顺 槽 瓦 斯 尾 巷回 风 顺 槽 综采工作面 进 风 配 巷采 空 区图 1-2 “U 套 U”型通风方式设图 1-2 中的轨道顺槽风流速度 v1、密度 1、压力 P1 及高度 Z1；胶带顺槽风流速度 v2、密度 2、压力 P2 及高度 Z2；回风顺槽风流速度 v3、密度 3、 压力 P3 及高度 Z3；瓦斯尾巷风流速度 v4、密度 4、压力 P4 及高度 Z4。 （1-4221 2423221 4311234 vvzQzQpphg6）式中 Q1、Q 2、Q 3 和 Q4 分别为轨道顺槽、胶带顺槽、回风顺槽和瓦斯巷风量，单位 m3/min。
15、4.3 U 并 U 型通风方式分析采用三进两回的通风方式，在方案一的基础上，瓦斯尾巷处开掘进风配巷，专门给瓦斯尾巷配风（见图 1-3） 。排瓦斯尾巷除仍然利用贯眼通风外，还利用新开的专用配风巷通过全负压给其掺新配风，达到加瓦斯尾巷的配风量，稀释其内的瓦斯浓度的目的，使其内的瓦斯浓度始终保持在煤矿安全规程规定以下，确保工作面安全生产，实质是 U 并 U 型通风方式 6。图 1-3 “U 并 U”型通风方式设图 1-2 中的轨道顺槽风流速度 v1、密度 1、压力 P1 及高度 Z1；胶带顺槽风流速度 v2、密度 2、压力 P2 及高度 Z2；回风顺槽风流速度 v3、密度 3、 压力 P3 及高度 Z3；瓦斯尾巷风流速度 v4、密度 4、压力 P4 及高度 Z4；进风配巷风流速度 v5、密度 5、压力 P5 及高度 Z5。则由能量方程可得：（1-42521 242325221 435112345 vzQzQzQpphg 7）式中 Q1、Q 2、Q 3、Q 4 和 Q5 分别为轨道顺槽、胶带顺槽、回风顺槽、瓦斯巷风量和进风配巷，单位 m3/min。4.4 U 套 U 及 U 并 U 型通风方式对比U 套 U 及 U 并 U 型通风方式均能够实现对瓦斯尾巷的掺新配风，且系统稳定可靠。但方 U 套 U 及 U 并 U 型通风方式相比，随着采空区的加大，其绕采空区的线路增长，经过的采空密闭墙
