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长距离掘进工作面通风技术

更新时间:2009-03-28

近年来,由于我国钢铁煤炭能源产能大幅过剩以及境外资源进口的冲击,导致我国钢铁能源行业面对着巨大的挑战[1]

You aren’t a rich man or a famous person. But in my heart, you are one of the greatestin the world. I’myou.

我国对井下煤田的开采方面,采煤技术、掘进技术、安全技术已经非常成熟。然而长距离[2-6]、超长距离[7-12],大断面[2-6]、超大断面[7-12]掘进工作面通风距离的加长,带来了一系列对井下生产和人员安全造成重大影响的问题。如风筒漏风多,掘进面新鲜风流不足,风机有效性低等,因此长距离超长距离掘进工作面的通风问题是一个急需解决的技术难题[2-14]

3.恐龙化石。二连浩特是亚洲最早发现恐龙及恐龙蛋化石的地区之一,是世界最大的白垩纪恐龙化石埋藏地,境内拥有134平方公里国家级地质公园。近百年来,先后有俄、美、瑞典、加拿大、日本、比利时、意大利等国的古生物学家来二连进行科学考察,发现了大量的恐龙化石,取得了重要研究成果。二连盆地的恐龙化石生物群是晚白垩纪恐龙生物群的代表,恐龙化石种类多、分布广、保存完好,反映了晚白垩纪恐龙生物群的主要特征。这些恐龙化石虽然不能直接产生经济效益,但是作为一份来自远古历史的礼物它们成为了二连浩特一张独特的名片,吸引着世界范围内游客的目光,这真是一种取之不尽、用之不竭、绿色生态可持续的经济产业。

当然,民主选出“带头人”以后,还必须通过民主管理实现村民对“带头人”的“授权控制”,重大支出和事项都必须通过“说明情况—答辩解疑—民主表决”的方式最终决定.相比于从本村人员中用“海选”方式选举,上述选举方式更符合目前农村情况,更容易选出一村“带头人”和全体村民共同利益的代理人.

1 长距离掘进面局部通风方案主要形式

当掘进形式为双巷掘进,且掘进距离超过4 500 m,巷道断面积达到18 m2以上,可以采用2阶段大功率风机(2×55 kW及以上)联合大直径长风筒(φ800~φ1 600 mm)风库接力通风技术解决。当采用此方法时,局部通风机和大直径风筒将新鲜风流送入风库中,然后在利用风库中的风机连续接力分别输送至2个掘进工作面,接着污风会经掘进巷道风筒外的部分排至回风巷,这可以保证工作面新鲜风流的供应,且有利于掘进面瓦斯和粉尘排出。

1.1 单巷掘进长距离局部通风方法

一般认为,当掘进距离小于3 000 m时,采用大功率局部通风机(2×28 kW及以上)和大直径风筒(φ1 000 mm及以上)配合使用即可解决。由于该技术通风设施增加少,效果明显,能有效排出掘进面巷道中的瓦斯粉尘,因此当掘进距离小于3 000 m时应用较多。

1.1.1 风机联合风筒及多级风库接力通风技术

当掘进距离超过5 000 m,可以采用大功率风机(2×55 kW 及以上)联合大直径风筒(φ800~φ1 600 mm)及多级风库(每隔700~1 500 m设置1个风库)接力通风技术解决。当采用此方法时,新鲜风流是通过风筒与风库连续接力输送至掘进工作面的,而污风是通过风筒外的巷道排至回风大巷的,这可以保证工作面新鲜风流的供应,且有利于掘进面瓦斯和粉尘排出。

潼金矿业西潼峪矿的斜井单巷独头掘进长度达到5 728 m,巷道断面积17 m2,这在历史上是非常罕见的[12]。针对该矿超长距离通风困难的现状,选用上述技术,在地表斜坡口处安装2台大功率局部风机配合大直径风筒向风库供风,每个风库内布置2台风机,利用多级风库联合向工作面供风(潼金矿业西潼峪矿相关参数见表1,布置方式如图1),保障了掘进面的正常推进。

 

表1 潼金矿业西潼峪矿长距离局部通风相关参数表

  

风量/(m3·min-1)风阻/(N·s2·m-8)风压/Pa 516 74.36 5 500

  

图1潼金矿业西潼峪矿长距离局部通风布置示意图

龙首矿有1单巷独头掘进距离2 600 m,埋藏深度858 m,巷道断面积19.32 m2,经分析对比后,采用上述技术解决[5]。首先地面安装1台通风机经钻孔向风库供风,接着经风库内1台通风机联合风筒向一级和二级的掘进面供风(龙首矿相关参数见表4,布置方式如图4),最终满足供风需求。

当掘进距离超过3 000 m,断面相对较大,可以采用大功率多台局部风机(2×28 kW及以上)配合风库多条长风筒通风技术即可解决。采用此方法可将风机输出的风量进行分流,不仅满足掘进面生产的风力需要,还解决因风机风量过大而造成的风筒膨胀断裂的问题。如果经过合理计算更换风机与风筒,也可应用于4 000 m以上的掘进面局部通风。

七台河新兴煤矿单巷独头掘进长度达到3 380 m,巷道断面积16 m2,绝对瓦斯涌出量1.04 m3/min[7]。通过分析现场情况和不断改进,最终采用上述技术,在1 700 m之前安装2台局部通风机,经3趟风筒向风库供风,在风库另一侧安装2台风机,经3趟风筒向掘进面供风(七台河新兴煤矿相关参数见表2,布置方式如图2),达到了很好的效果。

 

表2 七台河新兴煤矿长距离局部通风相关参数表

  

风量/(m3·min-1)风阻/(N·s2·m-8)风压/Pa 600 109.51 10 951.2

  

图2 七台河新兴煤矿长距离局部通风布置示意图

1.1.3 大功率局部通风机配合长风筒通风技术

本文通过引入二极管—电感并联网络实现了一种改进型文氏桥混沌振荡器。所提出的混沌电路最显著特征是,简化了经典文氏桥混沌振荡电路的复杂度,借助于二极管含寄生电容的分段线性模型,有效解决了该电路的动力学建模问题。开展了基于数学模型的数值仿真与电路参数相关的动力学行为研究,最后制作了硬件实验装置对其数值仿真结果进行验证,结果表明改进型文氏桥混沌振荡器呈现了周期、混沌等非线性动力学行为。本文通过对经典文氏桥振荡器进行改进,实现了一种新型的混沌信号源,其结构简单,极易物理实现,可广泛地运用于信息工程领域。

单巷掘进长距离局部通风是应用于独头掘进工作面的一种通风方法。根据目前各大矿山企业的工程应用现状,介绍了以下5种常用于单巷局部通风的典型技术。

成庄矿单巷掘进距离2 830 m,绝对瓦斯涌出量0.51 m3/min[6],通过现场试验和不断改进,采用上述技术,在局部安装2台大功率局部通风机配合大直径风筒,向3208巷供风(成庄矿相关参数见表3,布置方式如图3),解决了掘进面局部通风问题。

 

表3 成庄矿长距离局部通风相关参数表

  

风量/(m3·min-1)风阻/(N·s2·m-8)风压/Pa 640 36.82 5 600

  

图3 成庄矿长距离局部通风布置示意图

大同集团同忻煤矿主副斜井双巷掘进距离达到4 500 m以上,主副斜井巷道断面积超过18 m2,绝对瓦斯涌出量0.57 m3/min,为满足通风需要,采用上述技术[10]。在副斜井口外20 m处安装2台大功率通风机连接风筒,分别向主副斜井的各自风库送风,然后每个风库内安装1台通风机连接风筒,向主副斜井掘进工作面送风(大同集团同忻煤矿相关参数见表6,布置方式如图6),满足了掘进面用风需要。

多巷掘进局部通风方法是指在1个工程项目中,局部通风机所服务的巷道有多条,各掘进面依旧是单独向前延伸,但风流流入后会有多条分支的通风方法。目前,大功率通风机配合风库多条长风筒接力通风技术常用于多巷掘进中。

1.1.2 多台局部风机配合风库多条风筒通风技术

 

表4 龙首矿长距离局部通风相关参数表

  

风量/(m3·min-1)风阻/(N·s2·m-8)风压/Pa 357 196.59 6 760.9

  

图4 龙首矿长距离局部通风布置示意图

1.1.5 间隔串连通风技术

从理论上,当单巷掘进距离不超过5 000 m时,为避免高风压对风筒造成损坏形成循环风,宜采用间隔串联方法,将第2台风机安装在第1台风机的正压处,2台局部通风机的间距一定不得大于风筒全长的1/3,且2台通风机风量、负压要相匹配[14]

在如今电动网联化的大趋势下,轻量化显得尤其的重要。减轻汽车车身的质量能在一定程度上增加电动车的里程,降低能耗。由于在汽车零部件的结构件中,常用的材料是玻纤增强型的复合材料,将振动力场引入复合材料注塑的全过程,能够增强和优化玻纤的取向,降低剪切力场对玻纤的破坏,从而达到提高制品力学性能的目的,给结构设计师提供了对制品进行优化的空间,实现制品的轻量化。

河南永华能源嵩山煤矿单巷独头下山掘进距离1 910 m,结合矿建工程需要确定采用上述技术[3]。首先在地面安装2台通风机配合风筒送入下山上部联巷,然后在联巷砌筑风仓,风仓内安装3台通风机向下山和车场工作面送风(河南永华能源嵩山煤矿相关参数见表5,布置方式如图5),最终使各工作面风量满足生产需要。

 

表5 河南永华嵩山矿长距离局部通风相关参数表

  

风量/(m3·min-1)风阻/(N·s2·m-8)风压/Pa 340 130.8 4 200

  

图5 河南永华嵩山矿长距离局部通风布置示意图

1.2 双巷掘进局部通风方法

双巷掘进局部通风是指在1个工程项目中,局部通风系统所服务的巷道有2条,各巷道掘进面单独向前延伸。根据目前各大矿山企业的工程现状,常用于双巷的局部通风方法为2阶段大功率风机联合大直径长风筒风库接力通风技术。

一般认为,井下掘进面局部通风的动力实现形式有局部通风机通风和巷道全风压通风[15]。其中局部通风机通风是目前井下掘进局部通风系统中应用最广和最基本的一种方式。为了更加安全、高效满足用风地点的需求,各矿山企业、设计院、高校等部门相互合作,对3种基本的局部通风方法[15]进行改进,研究出多种适用于长距离和超长距离掘进面的有效局部通风方案。这些方案,根据巷道布置特点分为单巷[3-7,11-12]、双巷[2,10]、多巷[8-9]掘进形式。

1.1.4 通风钻孔与风库中转联合供风通风技术

 

表6 大同集团同忻煤矿长距离局部通风相关参数表

  

位置风量/(m3·min-1)主斜井副斜井605 629风阻/(N·s2·m-8)风压/Pa 44.26 41.77 4 500 4 590

  

图6 大同集团同忻煤矿长距离局部通风布置示意图

1.3 多巷掘进局部通风方法

当掘进面埋藏深度较浅,地面地形适宜,且地企关系较好的条件下,可以采用通风钻孔与风库中转联合供风通风技术,通过从其他水平巷道或地表向井下施工巷道掘出1路通风钻孔,然后在地面或其他水平巷道安装风机,接着钻孔联合井下巷道中构筑的风库,经风库内风机和风筒连续衔接后,为施工巷道实施通风。采用此方法,可大幅缩短通风路径,保证掘进面通过的风流为新鲜风流,增大掘进工作面的风量,改善掘进面环境,局部通风效果明显。

由于创新创业实验的兴起,高校为了提升实验班办学质量和培育更多优质人才,一方面在实验班投入大量教学资源和教学设备,引起教育资源的重心侧重于实验班,使得普通班和实验班教学资源差距较大,一定程度上造成了教育的不公平性。另一方面由于创办实验班的经验不足,对于教育资源的配置也存在一定问题,虽然实验班获得更多教学资源,但具有创新创业精神的教师资源还显得尤为薄弱,现有教师对于学生学科竞赛、创新实验计划项目的指导能力不足。

当井下掘进巷道为多条,掘进距离超过3 000 m,巷道断面积达到15 m2以上时,可采用大功率通风机配合风库多条长风筒接力通风技术来解决,该方法与双巷掘进常用的局部通风技术相似,不同的地方在于风库内输送至掘进面的风机变为2台以上的局部通风机群,服务的掘进面也增加了,同时不可避免的噪声危害和风机间的影响是要被解决的主要问题。

磁西一号矿井峰峰矿多巷掘进距离3 417 m,巷道断面积16.1 m2,绝对瓦斯涌出量1.3 m3/min,经对比后采用上述技术[8]。在地面井口附近10 m处安装2台通风机,在副井井底车场处同时安装4台局部通风机,通过风筒分别向主井井底北绕道侧构筑的风库送风形成通风机站,然后在风库内安装4台大功率局部通风机群吸风后,经风筒向各个掘进面供风(磁西峰峰矿相关参数见表7,布置方式如图7),最终实现4巷长距离掘进面局部供风。

 

表7 磁西峰峰矿长距离局部通风相关参数表

  

位置风量/(m3·min-1)主井副井工作面1 072 1 277 510风阻/(N·s2·m-8)风压/Pa 21.22 17.2 89.64 6 800 7 800 6 500

  

图7磁西峰峰矿长距离局部通风布置示意图

2 局部通风方法的选取流程

通过对以上工程分析,每种局部通风技术都有其应用的条件和优缺点,在不同的环境参数、巷道开采形式、矿山工程地质地形特征等因素的影响下,局部通风系统的设计绝对不是盲目的。

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由于局部通风技术选定是通过全面准确技术经济比较后确定的最优方案,所以经过反复分析论证多个局部通风系统设计过程,设计了一套全面的局部通风方法选取流程,这样根据掘进面局部通风方法选取流程图,就能够快速方便选出合适的局部通风方案。掘进面局部通风方法选取流程图如图8。

对全部纳入患者心动情况应用彩色多普勒超声仪进行检查,调节探头参数为2.5MHz,对患者进行二尖瓣水平短轴、大动脉水平短轴切面、左心室长轴切面等检查,然后观察患者心脏边缘规整情况以及钙化程度,同时对心脏内部心房室腔瓣膜厚度以及大小等进行测量[2]。

3 结语

随着我国高产、高效大型煤矿逐渐增多,掘进面长度逐渐加大,5 000 m以上的掘进面已经成为新的阶段,无论在单巷、双巷、多巷掘进或其他复杂条件下,都可以通过大功率风机、大直径风筒、风库、多级风机、钻孔导风、间隔串联等主要技术得到有效的解决,即便是大断面或超大断面掘进巷道的通风问题也不再受距离的限制。因为现有的通风方案都为解决局部通风问题提供了可靠的思路,所以矿山企业应根据自身条件,在充分考虑安全经济高效等多方面因素后,结合掘进面局部通风方法选取流程,选择出最佳方案,接着利用流体力学的几何、运动、动力相似理论制作模型简化实参,在计算机模拟软件辅助下进行相似模拟实验,这样就能更好地看出所选通风方案的前期和后期效果。

  

图8 掘进面局部通风方法选取流程图

因此掘进面局部通风方法选取流程和相似模拟理论必将得到快速的发展和广泛的应用。为我国矿山企业蓬勃发展,提供进一步的技术保障。

参考文献:

[1] 范允奇.我国煤炭行业发展现状分析[J].科技论坛,2014(26):158-169.

[2] 王文才,楚鹏辉,韩路,等.全风压与局部通风机相结合的长距离局部通风技术的应用[J].煤炭技术,2013,32(3):102-103.

[3] 张润生.嵩山煤矿矿建期间超长距离掘进通风实践[J].中州煤炭,2010(11):70-71.

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[6] 张新全,张财全.综掘巷道长距离局部通风的实践[J].山西煤炭,2002,22(4):27-28.

[7] 唐杰伟,王炳富.掘进超长距离大断面供风方法的改进-多风机-风库联合供风办法的初探[J].煤炭技术,2004,23(4):75-76.

[8] 杨本生,刘杰,赵利涛,等.千米深井建井期间风库接力通风技术应用[J].中国煤炭,2012,38(9):98-101.

[9] 丁光辉,尹经梅,李学勇.大断面长距离掘进工作面通风技术研究应用[J].山东煤炭科技,2013(6):54-55.

[10] 易香保,徐思凌.斜井施工长距离接力通风技术的应用[J].江西煤炭科技,2014(1):9-11.

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[12] 刘绍君.长距离斜坡道掘进风库机站接力通风技术的应[J].黄金,2014,35(3):46-48.

[14] 李建华.五种超长距离局部通风技术[J].山西焦煤,2011(2):56-59.

[15] 张国枢.通风安全学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2011:117-137.

 
王文才,邓连军,张培,张伟,陈阳
《煤矿安全》 2018年第05期
《煤矿安全》2018年第05期文献

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