掘进巷道隔热分流排热降温技术的理论与实践研究

随着矿井开采深度的不断增加,热害已成为了继矿井五大灾害后的又一灾害,高温矿井中掘进工作面的热害最为突出。惯用的加大通风量的方法已无法满足降温要求,而采用空调降温电耗成本又太高,因此,采用绝热方法降温很有必要。运用流体力学和传热学的理论,在掘进巷道设置主、副巷道以改变巷道的传热结构和风流结构,实现了非人工制冷降温。得出选用性能良好的隔热材料、合理设置副巷道的宽度和对副巷道风流进行层流控制,是获得良好降温效果的关键,并给出了实现副巷道风流为层流状态的准则判别式及范围,导出了设置隔热板前后的热阻计算公式。唐洞煤矿的实践证明,掘进巷道采用隔热分流排热降温技术后,局部通风机送入掘进工作面的风流温度降低了2.5℃;单个人体获得的辐射热从得热56 W变成了失热27W;由隔热板、副巷道及围岩形成的复合传热结构的热阻增加了42.64%;主巷道中的风流温度降低了5.5℃。这表明掘进巷道隔热分流排热降温效果很好,有推广价值。     

扁平型峒室采场的烟尘排出过程及风量计算方法

扁平型蜩室采场中的风流属于受限射流,它是由主风流和反向回流构成的,其风流结构特性已有详细论述。本文对扁平型峒室中爆破后烟尘排出过程进行理论分析和试验验证,所得结论可作为峒室采场爆破后通风风量计算和改善通风方法的理论依     

乌兰木伦矿辅运上山雾气成因分析及解决措施研究*

为研究神东集团乌兰木伦煤矿1-2煤辅运上山内雾气成因,采用数值模拟方法研究进风温度、湿度、风流量等对巷道气候参数的影响。研究结果表明:不同工况下巷道内空气温度均趋近于围岩温度;冬季工况沿巷道走向相对湿度先增加后减小,随进风温度的升高巷道内相对湿度变化幅度减小;夏季工况巷道内相对湿度增加后趋于稳定,随进风相对湿度的升高而升高;巷道内相对湿度随进风速度的增加略有减小。1-2辅运上山起雾是由于风流从进风井至巷道距离过长,造成风流大量吸湿,当风流在1-2辅运上山上行时风流温度降低,风流中携带的水蒸气析出,出现雾气;通过在风路分支设置风窗,风流方向由上行改为下行,可有效解决巷道起雾现象。     

用空气幕代替风门

现用风门中用得好的并不多,以致经常造成压入式通风系统大量漏风。为此,我厂在井下试用空气幕代替风门阻断风流,取得了一些经验。将扇风机产生的风流,通过供风器形成扁平幕状的高速射流(空气幕),用以阻断需要截断或减弱的风流。我厂历时一年的试用结果表明,供风器安装角(指供风器喷出口方向与巷道走向的交角)为35～50°时,可在巷道内形成喷射夹角为78～25°的空气幕;巷道内通风压力的大小对空气幕的影响很大,在高压区,空气幕喷出1米就离开了     

巷道风流动压的通风作用

当一条穿脉入风道以一定角度与沿脉巷道交叉时,由于风流动压具有方向性,在顺着风流方向的一侧,造成一个附加的通风压力,并在此通风压力作用下,改变原来风流分配状况,使顺着风流方向的一侧,风量增大,而另一侧风量减少。如图1,当主要入风道与沿脉巷道以θ角交叉连接时,风流在断面Ⅰ处开始分离,向两翼自然分配,两翼分配风量的多少,除与巷道风阻有关外,还受风流方向的影响。对巷道风流动压的通风作用,可做如下分     

矿井风流温度预测分析研究

随着煤矿机械化程度不断提高,特别是随着开采深度逐渐增加,矿井热害问题日益突显,高温环境不仅影响生产效率而且严重危害着工作人员的健康。为了更好地降低高温矿井开采时期巷道风流温度,确定合理的巷道布置方案和矿井通风系统,提出矿井巷道风流温度预测方法。以矿井通风和热力学为基础,结合网络解算,对矿井风流温度分布进行研究,总结各种类型巷道风流温度的计算方法,提出多点风流混合温度计算模型。结合具体矿井进行实际预测分析,预测结果中显示风流温度可能超限的巷道,对通风系统进行优化设计。     

利用导风板引风防漏

压入式通风系统的矿井,由专用入风井送入井下各中段的新鲜风流是通过主要运输巷道送到采区的。由于主要运输巷道行车频繁,安设隔断风流或限制风流的通风设施,在管理上非常不便。不少压入式通风系统的矿井,井底车场漏风严重,有效风量率很低。有些矿山在入风石门与中段沿脉巷道的交叉口处,安设引导风流的导风板,使风流面向采区,背向井底车场,并提高出风口风流的速度,利用风流动压的方向性,使风流分配状况得到很大     

上行卸压开采顶板裂隙带巷道失稳过程物理模拟

为解决上行卸压开采顶板裂隙带巷道大变形问题,采用物理模拟方法,研究上覆岩层活动特征及裂隙发育破坏过程,分析锚杆支护条件下巷道围岩应力变化过程及变形破坏特征。结果表明:顶板裂隙带巷道随着上覆岩层有整体下沉特征;上行开采采动影响阶段,在采动应力与巷道掘进围岩应力叠加形成的应力场和采动裂隙场共同作用下,顶板裂隙带巷道围岩强度大幅降低,巷道断面收敛变形强烈,采动影响稳定阶段围岩应力低,用锚架联合支护或注浆加固围岩技术手段能维护巷道断面,保证其安全使用。     

高温采矿场的通风

银山铅锌矿属井下开采的中型有色金属矿山,矿石主要为硫化铅锌矿、硫化铜铅锌矿和硫砷铜矿,绝大部分矿体用浅孔留矿法开采。矿井已建立了分区通风系统,利用先行通风天井(通上部水平)将新风送入采场进行通风。没有先行通风天井的采场,可用局扇将新风从采场上风侧的顺路天井送入,污风从采场下风侧的顺路天井排入回风段(见附图)。近年来,开采含硫较高的矿体的采场中,出现35～38℃的高温,虽采取了多种措施,如增加采场中的局扇、将风简直接送至工作面等,但收效都不大,致使回采工作面作业条件恶化,采矿台班效率下降。采场中出现高温,是含硫较高(10～13％)的矿石被崩落后,矿石表层的硫化矿     

地下铀矿山留矿法采场受限空间内氡迁移的数值模拟

为研究铀矿山留矿法采场氡迁移规律,依据留矿法采场的构造和物理几何尺寸,建立了受限空间内颗粒堆积型射气介质气体流动的数学模型和氡迁移方程,以10 m和20 m高爆破矿堆为对象,采用计算流体力学(CFD)方法,研究了不同通风条件下采场中氡的迁移规律。结果表明:1)采场下行通风方式降低矿堆上部作业空间氡浓度的效果优于上行通风方式,但对采场运输巷道氡浓度的效果相反;采场排风氡浓度与采场通风风量成反比,氡析出份额与通风风量成正比;2)在相同通风风量下,10 m高爆破矿堆与20 m高爆破矿堆氡析出份额之差随通风风流量增长而逐渐缩小;3)均压通风对渗透率高(k=1×10-8m2)的采场排风氡浓度、矿堆氡析出份额有明显影响。     

掘进巷道瓦斯分布数值实验研究

根据局部通风流场特点确定适合矿井局部通风掘进巷道工作面瓦斯与风流质量交换的数学模型,在近壁面使用标准壁面函数法解决近壁面的流动,在湍流充分发展区,使用RNG k-ε双方程湍流模型;讨论考虑巷道支护的情况下壁面粗糙度的影响,确定矿井掘进工作面局部通风模型网格划分的方法、掘进头瓦斯涌出的边界条件;利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对掘进工作面的风流与瓦斯的混合过程进行了模拟;得出不同瓦斯涌出量情况下掘进巷道工作面风流分布和瓦斯浓度的分布规律。研究表明:瓦斯涌出量和风速对流场分布有影响,随着瓦斯涌出量的增大和风速的降低,瓦斯对流场的影响越来越明显。     

综采工作面系统巷道布置对声场分布特性的影响

研究综采工作面系统不同巷道布置的声场分布及噪声积聚规律对矿井噪声防治及个体防护具有重要意义。利用有限元法和射线声学法分别建立综采工作面系统的声场仿真模型，经与现场试验巷道实测结果对比，验证了模型可靠性，进而分析了不同巷道布置类型、采场空间宽度、拐弯角度等参数影响下的声场分布特性。结果表明：近声源区、拐弯巷道及分岔巷道分支起始端口的左右两侧为声能量积聚区域，拐弯角与分岔角对近场声压级无明显影响；在L形巷道结构中各巷道宽度一致时，其内部低频噪声的声压级衰减速率最快，而高频噪声传播不受宽度变化的影响；拐弯巷道及分岔巷道分支内部的声压级衰减幅度随着角度的增大而增大，二者声场分布相似，分岔巷道中声压级衰减速率更快。     

良庄煤矿使用井下无人值守压风机效果好 井下分散移动就近供风替代传统地面集中供风方式

山东新汶矿业集团良庄煤矿安装使用移动式井下防爆无人值守压风机 ,改变煤矿传统的地面集中供风方式为井下分散就近供风 ,效果明显。传统的地面集中供风方式适合于浅部开采矿井 ,随着开采深度的增加 ,供风管路会不断延长 ,从而降低供风效率。良庄煤矿是个开采 40多年的矿井 ,在对 - 35 0m水平供风过程中 ,地面集中供风方式风量管路损耗高达 2 0 %,全年约有371万m3 的风量损耗在管路上。今年 2月份 ,这个矿安装使用了 3台移动式井下无人值守压风机 ,因设备体积小、无固定基础 ,所以直接安装于矿井巷道内。由于实现了就近供风 ,管路损耗仅为 4…     

减少金属矿山井下开采粉尘危害

正井下粉尘危害是金属矿山开采重大职业危害之一,粉尘治理的好坏直接关系到企业的安全生产及职工的身体健康。近年来,一些金属矿山开采企业由露天开采转为地下开采,在巷道掘进及挂帮矿回采过程中产生的粉尘过大。针对不同尘源采取相对应的治理措施,有效降低粉尘浓度,扼制粉尘量,减少粉尘危害,是金属矿山转井下开采的当务之急。下面,笔者将结合攀钢集团矿业有限公司兰尖铁矿尖山采场露天转井下开采的实践经验,阐述在巷道掘进及挂帮矿回采过程中如何减少粉尘危害,以供同仁参考。     

深部巷道围岩变形的数值模拟和模型试验

为研究煤柱宽度和煤层倾角对深部沿空巷道围岩的变形影响规律,采用数值模拟对沿空巷道煤柱宽度和煤层倾角的变化对围岩的变形影响规律进行分析,结果表明,煤柱宽度的变化对巷道围岩变形的影响十分明显。随着煤层倾角的增大,巷道围岩变形曲线呈现凹槽形状,表现出在煤层倾角中间值的巷道围岩变形值小于煤层小倾角和大倾角对应的巷道围岩变形值。然后,用模型试验验证数值模拟结果。验证结果表明,煤柱宽度和煤层倾角对应的巷道围岩变形较敏感期发生在开采深度600 m和900 m左右,开采深度在600～900 m之间时,巷道围岩变形与煤柱宽度和煤层倾角的大小基本上呈线性增长关系,而当开采深度超过900 m后,应适当加宽护巷煤柱宽度,以确保深部巷道围岩的稳定。     

采场低压通风控制有害气体涌出量新技术的研究与应用

基于空气动力学观点,将回采工作面与其后相随的采空区分成两大组成部分:一部分称为通风空间,其风流是有组织的,另一部分称为漏风空间,其风流是非组织性的。两空间相互敞开,又紧紧相邻、存在着密切的风流联系。当开采工作面上、下两端存在着风压差,就可以带动相邻的采空区陷落岩石的孔隙与裂隙中的气体流动,构成采空区中、深部区域的漏风源、汇。笔者提出的采场低压通风系统,采用砌隔漏风墙的方法,切断两空间联系。经现场井下多年应用实践研究后表明,其对于开采瓦斯含量大、煤与瓦斯突出严重的复杂煤层的矿井,尤其是对采空区瓦斯及有害气体涌出量大、且无条件进行瓦斯抽放的回采工作面,能有效地抑制和减少采场瓦斯和有害气体涌出量,且措施费用很低,很值得推广应用。     

采场爆破冲击波的测定及减少冲击波对通风设施破坏的途径

梅山铁矿采用无底柱分段崩落采矿法,在每个回采分层需要建筑密闭和调节风窗等通风构筑物,在回采进路内要安装局扇和风筒等通风设施。由于采场回采中深孔爆破和工作面破碎大块的二次爆破产生强烈的冲击波,使密闭和局部通风设施遭到严重的破坏。因此,分层内风流紊乱,回采工作无新鲜风流,作业卫生条件很差。为此,我们对采场爆破冲击波进行了测定,分析了影响冲击波大小的主要因素,提     

综放孤岛工作面采空区自燃与爆炸危险区监测及数值模拟

针对高瓦斯矿井自燃煤层综放孤岛工作面开采时采空区漏风导致的采空区自燃和瓦斯爆炸灾害综合防治的技术难题,以天池煤矿102孤岛工作面为例,进行采空区自燃"三带"及爆炸危险带现场监测及数值模拟研究。监测结果表明,102工作面采空区氧气体积分数随与工作面距离增加而下降,工作面进风侧采空区氧化升温带宽度较大,工作面中部到回风侧采空区氧化升温带宽度逐渐减小。利用COMSOL软件模拟采空区风流速度场、氧气体积分数场、甲烷体积分数场和自燃"三带"分布。数值模拟结果表明,102工作面采空区进风侧切顶线20~70 m范围内氧气体积分数大于8%,风速小于0.004m/s,存在自然发火危险;工作面回风侧采空区没有自燃危险带;工作面进风端头后部采空区的自燃危险带内瓦斯体积分数也处于爆炸范围5%~15%内,此重合部分即为瓦斯爆炸危险区。     

高温高湿巷道内不稳定换热系数影响因素分析及模型建立*

为研究高温高湿巷道不稳定换热系数的变化规律,采用Fluent软件对高温高湿巷道内的热湿交换进行数值模拟,通过单因素和正交模拟实验探讨风流温度、风流速度、岩石导热系数、原岩温度以及巷道当量直径对高温高湿巷道不稳定换热系数的影响。研究结果表明:高温高湿巷道不稳定换热系数随时间的变化规律与普通巷道一致,均与通风时间呈负相关,但通风时间为1 a的高温高湿巷道不稳定换热系数较普通巷道增加了12.5%。通过单因素分析得到风流速度、岩石导热系数和当量直径与不稳定换热系数呈正相关。通过极差分析得到各因素对不稳定换热系数的影响程度为:岩石导热系数>当量直径>风流速度>风流温度>原岩温度。利用SPSS软件对正交实验数据进行拟合,建立不稳定换热系数的计算模型,拟为高温高湿巷道内热负荷计算及井下风温预测提供参考。     

露天矿场小平台开采与孔内无雷管爆破法

露天矿场小平台开采与孔内无雷管爆破法湖北黄冈地区劳动局丰义思湖北黄冈地区露天矿场的形式主要是山坡露天矿，少数是凹陷露天矿，采矿方法主要是采用“一面墙”高阶段开采法，形成“山有多高，宕有多高”的开采面。采场高度一般６０～８０ｍ，最高达１２０余米。边坡角...