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矿井通风仿真系统的阻力测定及数据处理 赵春柱,李金财 鸡西矿业集团 通风部,黑龙江 鸡西158100 摘 要对矿井的通风系统进行全面科学系统的管理、 矿井通风阻力测定及数据处理是通风系统 仿真的基础工作。通风阻力测量采用气压计法和倾斜压差计法;用风表测出巷道的风速;用精密 气压计的测量通风构筑物两端的水柱值;现场数据测试完成校核后,录入到矿井仿真系统中后, 形成现代化的数据管理矿井通风工作。 关键词通风阻力;风速;测定;数据处理 中图分类号 TD724 文献标识码B 文章编号 1003 - 496X2008 06 - 0030 - 03 矿井通风仿真系统通过对矿井通风系统普查、 测试、 数据处理后,对矿井通风系统进行定性、 定量 的分析,使矿井通风系统得到优化,实现矿井主要通 风机的最优运转,指导矿井通风系统调整,发现和解 决矿井通风系统存在的问题,消除潜在隐患,满足安 全生产确定最优方案。对矿井的通风系统进行全面 科学系统的管理、 矿井通风阻力测定及数据处理是 通风系统仿真的基础工作。 1 矿井通风概况 杏花矿立井1976年建矿,现在年产量为180万 t/a,通风方式为分区式通风,通风方法为抽出式,全 矿共有4台主要通风机联合运转,矿井总入风量为 17 474 m 3 /min,总排风量19 390 m 3 /min,矿井总阻 力为4 018 Pa,矿井综合等积孔为6. 1 m 2 ,属高瓦斯 矿井。 2 阻力测试方法 通风阻力测量方法基本有2种,气压计法和倾 斜压差计法。根据这2种测阻方法特点,我们在阻 力测定时采用倾斜压差计法和气压法相结合的测量 方法。 倾斜压差计法铺设胶皮管的工作量大,费时较 多,但在测定中无需测点标高,测量精度高,数据整 理也较简单。如图1,根据矿井巷道的类型,支护形 式,断面大小,选取阻力测定段巷道,将测定段的阻 力转化为百米风阻。 根据能量方程,可得两断面间通风阻力 的测算 式为 hr1 - 29.8hreδCsinβρ 1V 2 1/2 -ρ2V 2 2/2 式中 hr1 - 2 倾斜压差计读值, mm; C 压差计的精度校正系数; m 7 减小到0. 701 kg/m 7 ,总排风量由原3 100 m 3 / min增加到5 017 m 3 /min,有效风量增加1 917 m 3 / min,主运胶带道由原入1 800 m 3 /min,风速5. 5 m /s 降为风量1 160 m 3 /min,风速3. 5 m /s。改善了采区 气候条件,也为2个接续采区创造良好的通风条件。 2改造后采区行车风门减少7道,辅助运输 及采区升入井人员处在新鲜风流中,增强了采区抗 灾能力应变能力,也增加了通风系统的可靠性。 3新型节能通风机BDK - 10 -№28在使用 阶段,运转平稳,噪声小,风量通过调整叶轮的叶片 角度很容易进行调节风量,调节能力大,反风方便, 反风效率高,反风效率能达到80。 6. 3 通风改造后经济效果 该通风改造前1 m 3 风量耗电量3. 0610 - 3 kW h,改造后1 m 3 风量耗电量2. 0910 - 3 kWh, 每1 m 3 风量减小耗电量9. 7010 - 4 kWh每年节 省电耗256万kWh,该系统可服务7. 5 a,共计可 节省电费845万元。改造该系统共投入资金321万 元,仅用2. 8 a时间就可以收回投入资金,其创造纯 经济效益为524万元,其通风技术改造后所创造的 间接经济效益、 社会效益、 安全效益会更加显著。 作者简介周同学,男,工程师,黑龙江矿业学院采矿工 程专业毕业,现在鸡西矿业集团杏花煤矿从事技术工作。 收稿日期 2008 - 03 - 18;责任编辑郭瑞年 03 煤 矿 安 全Total 403 一通三防 图1 倾斜压差计法布置示意图 δ 酒精的比重; ρ 1 、 ρ 2 井巷测段始末点密度, kg/m 3 ; V1、V2 井巷测段始末点速度, m /s。 上式同样适用于风流向下流的倾斜巷道和水平 巷道。利用上式算出hr1 - 2以后,再用实测的风量和 其它的巷道特征参数,计算出该测段间的摩擦风阻 R、 摩擦阻力系数α 。 气压计法的测量方法则省时省力,操作简便,但 这种测量需要测点的准确标高,测量业度较差,有时 由于测点标高不准确和精密气压计仪器本向性能等 因素而导致测定段的阻力出现负值,故在无法收放 胶皮管的巷道 井筒 构筑物我们均采用气压计 法,如图2。 图2 气压计法布置示图 3 风量测试方法 首先测量巷道断面,然后用风表测出巷道的风 速,根据下式算出 QVS 式中 Q 风量,m 3 /s; V 巷道的风速,m /s; S 巷道的断面,m 2。 4 通风构筑物测试方法 利用精密气压计在地面上读出当地此时的大气 压作为基准大气压,用精密气压计的测出通风构筑 物两端的水柱值,乘以9. 8即得出风门或者调节墙 两端的压差。 5 数据整理和计算 井下测试原始数据处理过程中,按下式计算各 参数 1空气密度 ρ 。 ρ0.003 484 p - 0.377 9Φps /T, kg/m 3 式中 p 大气压力, Pa; T 空气的绝对温度,T273.15 t, K; ps 温度为t时饱和水蒸气分压力, Pa; Φ 相对湿度, 。 2通风构筑物等效风阻值。见表1。 3井下测点处的大气压的值及巷道空气密度 精密气压计读数972. 2 Pa,见表2。 4巷道的百米摩擦风阻的计算。通过测量巷 道的阻力和长度以及通过风量,计算出巷道的百米 摩擦风阻。见表3。 表1 通风构筑物等效风阻值 序号名称压差/Pa风量/m3s- 1等效风阻/ Ns2/m8测试压差/Pa 1调节风门114. 800 091. 916 66531. 25124. 46 2调节墙543. 196 8123. 000 00160. 351414. 64 表2 测点的大气压及空气密度值 测点 精密气压计 读数/hPa 大气压 /Pa 干温度 /℃ 湿温度 /℃ 干湿温差 /℃ 相对湿 / 密度 /kgm - 3 饱和蒸气压 /Pa V1- 415. 893 156. 1619. 2190. 299. 11. 100 102 2822 224. 814 V2- 360. 393 689. 0621. 2210. 299. 11. 097 754 2452 520. 569 V3 - 19295 338. 422. 622. 40. 298. 21. 111 121 5742 741. 718 V4- 13295 926. 422. 622. 40. 298. 21. 118 048 3432 741. 718 V54. 697 265. 0824. 224. 201001. 126 260 1043 021. 484 V6 251. 699 688. 6226. 226. 201001. 145 289 5473 397. 17 V7216. 999 345 06226. 2260. 299. 21. 141 417 0563 397. 17 V8263. 499 801. 3224. 620. 6467. 61. 158 529 663 096. 088 V9560. 9102 716. 8226. 620. 6655. 61. 185 387 9983 477. 102 13 一通三防 煤 矿 安 全2008 - 06 表3 巷道的百米风阻值 序号 巷道 名称 始测 点 末测 点 压差计 读数/mm 系数 长度 /m 风量 测点 风量 /m3min - 1 百米风阻 / Ns2/m8 1东采总回风道A1A240. 485FA13 6650. 004 944 2东采总回风道A3A430. 2198FA23 5390. 000 854 3东采总回风道A5A6700. 2100FA53 1340. 050 287 4东采总回风道A7A870. 2200FA81 7180. 008 367 6 结 论 1经实测,东四采系统 整个闭合回路的总阻 力4 035 Pa,风机房的静压水柱为4 116 Pa,两者相 差81 Pa,相对误差为1. 97。东采系统整个闭合 回路的总阻力为3 955 Pa,风机房的静压为4 160 Pa,两者相差为205 Pa,相对误差为4. 91 ,西采系 统整个闭合回路的总阻力2 314 Pa,风机房的静压 为2 343 Pa,两者相差29 Pa,相对误差为1. 25。 西二采系统 整个闭合回路的总阻力为4 618 Pa,风 机房的静压水柱为4 745 Pa,两者相差为127 Pa,相 对误差为2. 68。证明测试的误差是完全在合理 范围内的。 2实测中发现,东采总回风道中,其中有一段 巷道冒落处阻力达到了600 Pa,总阻力为4 276 Pa, 此回风道冒落处阻力占到了总阻力的14。经计 算,如果大修这条巷道,每年可为矿井节约20万元。 3通过阻力测量,标定它们的标准风阻值和 标准摩擦阻力系数值指井下平均空气密度的对应 值 , 将其编集成册,作为矿井通风技术管理的基本 资料。 4此次矿井通风阻力测定是为杏花矿矿井通 风仿真系统做前期的数据准备工作,现场数据测试 完成校核后,录入到矿井仿真系统中后,形成现代化 的数据管理矿井通风工作。通过对生产矿井现场基 础参数的测试和通风系统综合分析发现生产矿井存 在的实际问题,并就这些实际问题提出整改方案,根 据整改方案的要求利用矿井通风系统仿真系统进行 方案的模拟和分析,找出最佳的通风方案。即使生 产矿井在通风方面没有问题,但由于开采的延伸、 生 产总局的调整也需要对系统进行改造,就可以利用 矿井通风系统仿真系统进行优化设计,对生产水平 延伸模拟,新采区设计,回采工作面设计,进回风设 计,风机选型,最佳调节位置、 调节量的确定,以及通 风系统降阻及通风系统的调整与新水平的开拓做出 最优的决策。 作者简介赵春柱1970 - ,男,工程师,毕业于抚顺煤 炭工业学校,现在鸡西矿业集团通风部工作。 收稿日期 2008 - 03 - 18;责任编辑郭瑞年 国外煤矿安全信息 数值模拟水力压裂裂隙的扩展和增大 文章介绍的数值模拟的水力压裂是采用现代化计算方法,即边界因素法。取得的研究结果是 以达到压裂压力后水力压裂发展的始初阶段和以延伸压裂阶段为基础的,其活动范围距钻孔达十 几米。取得的结果能够评定很重要的一些指标,如压裂压力和压裂增大的方向。该项工作能够大 大地简化图解的几何学形成直线裂隙的分解。这对于进一步研究水力压裂有重要的价值。下阶 段的研究打算过渡到水力压裂扩展的三维问题的模拟。 摘自 Ф Т П Р П И 2007 No. 1, 45 - 63 23 煤 矿 安 全Total 403 一通三防