店坪煤矿巷道断面风流速度分布研究_乔安良.pdf

煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 1工程概况 霍州煤电集团有限责任公司方山店坪煤矿采用 斜井 - 立井混合开拓方式， 采用中央并列式通风， 属 低瓦斯矿井， 有煤尘爆炸性， 自燃倾向性为Ⅱ类自燃， 该矿的主要支护方式有如下几种 锚网索支护、 锚喷 支护、 平整壁面支护等。巷道内风流速度的分布会对 粉尘及有害气体的积聚造成影响， 而不同的支护方式 会对巷道内的风流速度的分布造成一定影响。 因此为 了避免不同支护方式下巷道内粉尘及有害气体的积 聚， 需要对不同支护方式下巷道中的风流速度分布进 行现场实测并分析。 2巷道断面风速分布实测方法 2.1测量设备[1] 考虑到现场井下环境对监测设备的要求， 本次风 速监测选用 CFJ 系列机械式风速表 （4 个） 、 卷尺、 计 时器、 机械手表、 和支撑杆等， 该系列风速表性能突出 精确度高， 具有防尘、 防水、 防爆的功能， 能够充分满 足井下恶劣环境对实际测量的要求， 重量较轻便于携 带，体积较小不会对巷道内的风流分布造成影响。4 个风速表中有 2 个 CFJ5 低速风表，适用于巷道内风 速较低时进行风速测量的情况； 另 2 个为 CFJ10 中速 风表，适用于巷道内风速较高时进行风速测量的情 况。 2.2测量方案设计 为了研究不同支护形式下巷道中的风速分布规 律， 选取店坪煤矿锚网索支护的主进风巷、 锚喷支护 的西翼回风上山巷道及平整壁面支护的测风站内进 行巷道断面风速的测量， 具体测量步骤如下。 第一步 精确测量并记录要进行风速测量的巷道 的断面参数、 支护参数及巷道断面上的障碍物尺寸及 位置等。 第二步 沿巷道断面的竖直方向和水平方向将断 店坪煤矿巷道断面风流速度分布研究 乔 安 良 （山西焦煤集团霍州煤电集团安全监察局 ， 山西 霍州 031400 ） 摘要 为了有效避免矿井巷道内的有害气体和粉尘的体积聚， 现对锚网索支护、 锚喷支护、 平整壁 面支护 3 种不同支护形式下的巷道内进行巷道断面风速的测量，研究不同支护方式下巷道断面风流 速度分布规律。 通过现场实测发现 巷道壁面的粗糙度越大， 巷道内低风速区域越大； 巷道壁面及障碍 物附近的风速较低， 巷道中部的风速较高； 巷道内的平均风速越大， 低风速区域越小。因此， 对于顶板 及两帮较为粗糙的支护形式下的巷道， 应认真评估其低风速区域， 避免造成有害气体的积聚， 必要时 应采区加大风量或修整壁面来保证矿井的安全生产。 关键词 矿井通风 ； 低风速区域 ； 支护方式 ； 风速分布 中图分类号 TD724文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0157- 03 Research and application of mechanical properties of static breaker QIAO Anliang （Shanxi cokingCoal Group Huozhou Coal Power Group SafetySupervision Bureau , Shanxi Huozhou 031400 ） Abstract In order to effectively avoid the accumulation of harmful gases and dust in the mine roadway, the wind speed measurement of the roadway section in the roadway with three different support s, such as anchor cable support, anchor spray support and flat wall support, is studied. Distribution lawofwind flowvelocityin roadwaysection under different support modes. Through on- site measurement, it is found that the greater the roughness ofthe roadway wall, the larger the lowwind speed region in the roadway; the wind speed near the wall and obstacles of the roadway is lower, the wind speed in the middle of the roadway is higher; the average wind speed in the roadway is larger, and the low wind speed region The smaller. Therefore, for the roadway under the top plate and the two rougher support s, the low wind speed area should be carefullyuated toavoid the accumulation ofharmful gases. Ifnecessary, the miningarea should increase the air volume or repair the wall toensure the safe production ofthe mine. Key words Mine ventilation ； Lowwind speed zone ； Support ； Wind speed distribution 157 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 面的高度和宽度等分为 10 分， 共 100 个小断面。 采用 机械式风表依次在每一个小断面的中心进行风速测 量并进行记录，若某一小断面内有障碍物遮挡测量， 则放弃该点的风速测量进行下一测点的测量，直至 100 个小断面内风速测量完成。 巷道断面等分小断面 示意图如图 1 所示。 第三步 在进行风速测量的巷道内布置一个固定 的测点， 将小断面的风速测量结果与该点的测量结果 对比后进行校核并修正， 来避免巷道中风速不稳定造 成的测量误差[2]。上述测量方法是在理想的风流稳定 的巷道内进行的，实际情况下巷道内的风流并不稳 定， 但是在短时间内通风系统是基本稳定的， 因此为 了减少巷道内风流不稳定造成的误差， 风速测量时需 要在每个测点进行 3 次读数取平均值， 要求 3 次读数 时间间隔小于 1min。 图 1巷道断面等分小断面示意图 3不同支护方式下巷道断面风速实测及分析[3-4] 3.1锚网索支护巷道断面风速实测及分析 该矿的主进风巷支护方式为锚网索支护， 设计为 矩形断面， 巷道宽 4.7m， 高 3.2m， 巷道表面极不规整， 两帮壁面的凹凸度约为 250mm。电缆、 单轨吊、 顶板 锚索及抽放管道是该巷道断面上的主要障碍物， 其具 体位置及断面风速测量结果如图 2 所示。 图 2锚网索支护下巷道断面风速分布图 观察图 2 可发现 该巷道断面风速分布基本上为 上下及左右对称且中心风速大、 边界风速小， 平均风 速为 2.46m/s。确定 y1.6m时， 巷道断面风速从两帮 到中心逐渐升高， 当风速升高至最高风速的 80， 即 2.51m/s 时， 距离最低风速处约 1.3m， 说明主进风巷 巷道断面两帮壁面附近的低风速区域厚度较大， 这是 由于该巷道的支护方式为锚网索支护并且巷道表面 粗糙度较大所致； 确定 x2.35m 时， 巷道断面风速从 顶底板到中心迅速升高后继续缓慢升高， 当风速升高 至最高风速的 80时， 距离最低风速处约 0.217m； 沿 巷道断面的对角线观察发现 巷道断面风速从顶角到 中心逐渐升高， 到达极值后有所下降， 后又逐渐升高， 当风速升高至最高风速的 80时，距离最低风速处 约 0.9m， 说明巷道实际风速分布并不与理论相同， 多 种因素导致了对角线上风速的上下波动而不保持线 性变化。通过对比发现锚网索支护条件下， 确定 x2. 35m 时从巷道边界到中心风速升高至最高风速的 80时的距离最短为 0.217m， 断面对角线方向上的距 离较长为 0.9m，确定 y1.6m时的距离最长为 1.3m， 说明顶底板附近低风速区域厚度最小， 断面顶角附近 次之， 巷道两帮壁面低风速区域厚度最大。 3.2锚喷支护巷道断面风速实测及分析 该矿的西翼回风上山巷道设计为矩形断面， 支护 方式为锚喷支护并且底板平整，巷道宽 4.8m， 高 3.4m，巷道表面不平整，两帮壁面的凹凸度约为 150mm。 电缆及抽放管道是该巷道断面上的主要障碍 物， 其具体位置及断面风速测量结果如图 3 所示。 图 3锚喷支护下巷道断面风速分布图 观察图 3 发现 由于风筒的影响导致巷道断面上 部的风速较小， 不受其影响的下部风速较大， 断面内 没有明显的高风速区域并且分布均匀左右对称， 这是 锚喷支护下巷道表面的凹凸度较小所致， 巷道断面的 平均风速为 1.8m/s。 确定 y1.7m时， 巷道断面风速从 158 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 顶底板到中心先迅速升高， 到达一定值后又有少量的 增加， 当风速升高至最高风速的 80， 即 1.89m/s 时， 距离最低风速处约 0.543m，与锚网索支护下的主进 风巷对比可发现， 由于该巷道两帮壁面的凹凸度小于 主进风巷，所以该巷两帮壁面的低风速区域厚度较 小； 确定 x2.4m时， 巷道断面风速从顶板到中心迅速 升高后继续缓慢升高，当风速升高至最高风速的 80时， 距离最低风速处约 0.88m， 巷道断面风速从底 板到中心迅速升高后继续缓慢升高， 当风速升高至最 高风速的 80时， 距离最低风速处约 0.127m， 说明顶 板附近的低风速区域厚度远大于底板附近低风速区 域； 沿巷道断面的对角线观察发现 巷道断面风速从 顶角到中心先迅速升高， 然后趋于平缓， 随后又升高， 当风速升高至最高风速的 80时，距离最低风速处 约 1.871m，由于巷道顶板较粗糙及风筒的阻碍导致 巷道顶角的低风速区域较厚。 对比后发现锚喷支护的 巷道中， 顶角附近的低风速区域厚度最大， 两帮壁面 低风速区域厚度较薄， 底板附近的低风速区域厚度最 薄。 3.3平整壁面巷道断面风速实测及分析 测风站所在巷道为矩形巷道， 宽 3m， 高 4m， 支护 方式为锚喷支护， 测风站内巷道壁面处理为平整的水 泥壁面。抽放管道是该巷道断面上的主要障碍物， 其 具体位置及断面风速测量结果如图 4 所示。 图 4平整壁面巷道断面风速分布图 观察图 4 发现 测风站上下及左右风速分布基本 对称， 断面中部偏下风速较高， 边界风速较小， 断面上 部受风筒影响致使风速相对较小，平均风速为 2.02m/s。确定 y1.5m 时， 巷道断面风速从顶底板到 中心先迅速升高， 后缓慢升高， 当风速升高至最高风 速的 80， 即 2.08m/s 时， 距离最低风速处约 0.303m， 与之两种支护方式下断面风速对比可发现， 由于测风 站两帮壁面的凹凸度最小， 所以测风站两帮壁面的低 风速区域厚度最小； 确定 x2.0m时， 巷道断面风速从 顶板到中心迅速升高并趋于稳定，后继续缓慢升高， 当风速升高至最高风速的 80时，距离最低风速处 约 0.406m，巷道断面风速从底板到中心迅速升高后 继续缓慢升高， 当风速升高至最高风速的 80时， 距 离最低风速处约 0.217m，说明顶板附近的低风速区 域厚度远大于底板附近低风速区域， 这是由于风筒造 成一定的风阻所致；沿巷道断面的对角线观察发现 巷道断面风速从顶角到中心先缓慢升高， 然后快速升 高， 当风速升高至最高风速的 80时， 距离最低风速 处约 0.919m，说明测风站断面内顶角的低风速区域 厚度最大， 这是由于风筒的风阻及顶角的粗糙度较大 等多种影响所致。 4结论 本文通过在锚网索支护、 锚喷支护、 平整壁面支 护的矩形巷道中进行断面风流速度分布实测发现 巷 道壁面及障碍物附近的风速较低， 巷道中部的风速较 高， 但是并不是所有支护方式下巷道内的最高风速区 域都在巷道的中心位置；巷道壁面的粗糙度越大， 巷 道内低风速区域越大并且巷道内的平均风速越大， 低 风速区域越小。因此， 对于顶板及两帮较为粗糙的支 护形式下的巷道， 应认真评估其低风速区域， 避免造 成有害气体的积聚， 必要时应采区加大风量或修整壁 面来保证矿井的安全生产。 参考文献 [1] 孟小红. 矿用风速测量仪表检定装置测量不确定度评定 [J].计量与测试技术,2004 （10） 40- 42. 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