井下危險區域選擇救援基地的重要原則

程 巖,程允科

(1.山西焦煤集團杜爾坪煤礦,太原 030022;2.運城職業技術學院,山西 運城 044000)

井下危險區域選擇救援基地的重要原則

程 巖1,程允科2

(1.山西焦煤集團杜爾坪煤礦,太原 030022;2.運城職業技術學院,山西 運城 044000)

井下救援基地是一線搶險人員生命保障的重要支撐,基地位置選擇不當將受到二次沖擊波破壞效應的影響。以掘進工作面產生的二次沖擊波歷經掘進巷、聯絡巷和兩個回采工作面多路傳播為實例進行了衰減估算,分析了二次沖擊波經不同分岔或拐彎巷道時衰減程度和破壞效應對基地選擇的影響,找出了災區周圍受沖擊波影響較小的巷道作為基地,為一線搶險指揮員選擇基地提供了方法與思路。

井下安全;救援基地;二次沖擊波衰減

設置井下基地的目的是災區救援人員的裝備儀器發生故障或災區發生二次爆炸待機小隊能以最短時間進入救援,故要求基地距災區較近且又能避開二次沖擊波破壞效應區域,而靠近災區的某些巷道或硐室能具備這些基本要求。這些巷道或硐室的位置與二次沖擊波起源地及在直線、分岔和拐彎巷道中傳播、衰減有密切關系,如何確定這些巷道或硐室將非常重要。井下救援基地位置的選擇有以下幾個基本要素:支護良好;離災區內部救援人員最近;風流中有害氣體符合規定;有供水施救、壓風自救兩個生命線時最好;能快速進入增援或撤退時路徑短并且減少其他障礙物。

1 沖擊波與不同分岔或拐彎巷道的碰撞傳播和衰減

沖擊波在不同介質與不同約束條件下具有不同的傳播規律。巷道有直線、拐彎、分岔、斷面突變(漸變)等情況,造成沖擊波衰減相應發生變化[1]。表現在:1)沖擊波在直線巷道中傳播是單調衰減,衰減到不產生破壞效應的距離和爆源性質有關。2)當遇到巷道分岔或轉彎處時反射疊加,由平面波變成曲面波,壓力分布復雜。3)沖擊波在轉彎的外壁處出現加大的壓力峰值,破壞較大。4)遇巷道截面突然增大或變小時壓力相應發生變化。

沖擊波與不同角度巷道碰撞后出現衰減,衰減系數越大,沖擊波受到阻礙就越大,強度削弱就明顯[2]。削弱后的沖擊波對巷道、設備和人員的傷害就相應減小,對基地的選擇就有利。沖擊波經過不同分岔和拐彎巷道后衰減系數,如表1所示。

表1沖擊波通過不同分岔和拐彎巷道衰減系數
Table 1 Attenuation coefficient when shock wave passing different fork and curve roadways

2 巷道截面變化對沖擊波衰減的影響

沖擊波衰減與巷道截面突變或漸變有關。當沖擊波沿固定斷面直線巷道傳播突然進入小斷面巷道時增加了沖擊波壓力,截面處壓力峰值瞬間超壓,單位能量增大,造成的破壞就大;遇斷面逐漸變小的巷道時,壓力峰值和波速逐漸增大,變化幅度不大;遇巷道斷面突然加大或逐漸變大時,壓力峰值、波速出現降低趨勢。因此,應盡可能選取較大斷面巷道作為基地也是考慮因素之一。

3 待機人員在基地空間的安全位置

圖2 內外壁與沖擊波傳播方向圖Fig. 2 Spreading direction of shock wave with inside and outside walls

4 基地選擇案例

圖3為二次沖擊波串并聯傳播示意圖。二次沖擊波起源于掘進工作面火災或瓦斯事故處理過程A處。一路經AB—BC—CI—IG—GF—F點,一路經AD—DE—DH—HF—F點,兩路先后或同時到達F處。假設:巷道長度較短,斷面相同,壁面光滑,沖擊波在巷道中傳播的衰減不計,僅考慮在分岔或拐彎處衰減,A處產生的沖擊波強度值設為1個單位,試確定基地位置。

將沖擊波遇各種分岔和拐彎巷道衰減系數計算列于各巷道段沖擊波衰減強度一覽表,如表2所示。從表中各巷道衰減對比看出,CI巷道段沖擊波強度衰減程度較大,已降低到0.121個單位,并且該巷道離災區A處救援人員較近,因此,該段應作為首選基地。

圖3 二次沖擊波串并聯傳播示意圖Fig.3 Parallel spreading direction of shock wave

巷道分段衰減前強度強度單位彎道形式衰減系數衰減后強度AB1個2.90.344BC0.344個1.30.264CI0.264個2.20.121AD1個1.60.625DI0.625個2.90.215DE0.625個1.60.391EH0.391個2.90.134

注:沖擊波進入彎道前的強度稱為衰減前強度,經過彎道后的強度稱為各巷道的衰減強度。

5 結束語

1)開采易燃煤層時,若將表1中沖擊波衰減系數較大的分岔或拐彎巷道形式運用在采掘工作面,能夠在第一時間削弱沖擊波的破壞效應,有助于救援人員的安全。

2)井下救援基地應選擇在離災區最近且二次沖擊波破壞效應較小的區域。

3)從沖擊波衰減實例計算看出,沖擊波繞過的彎道(或障礙物)越多,強度削弱就越大,破壞效應區域就越小。以災區最近為目標,對災區內部緊急增援有非常重要意義。

4)待機人員應處在基地空間內側壁下方位置(按沖擊波在基地傳播方向的右手側),避免處于斷面中部或外側壁,同時盡量避免基地斷面突然小于沖擊波傳播方向的巷道斷面。

[1] 江丙友, 林柏權,朱傳杰,等.瓦斯爆炸沖擊波在并聯巷道中傳播特性的數值模擬[J]. 燃燒科學與技術,2011,17(3):250-254.

JIANG Bingyou,LIN Baiquan,ZHU Chuanjie,etal.Numerical Simulation on Shock Wave Propagation Characteristics of Gas Explosion in Parallel Roadway[J].Journal of Combustion Science and Technology,2011,17(3):250-254.

[2] 王海燕,曹濤,周心權,等.煤礦瓦斯爆炸沖擊波衰減規律研究與應用[J].煤炭學報,2009(6):778-782.

WANG Haiyan,CAO Tao,ZHOU Xinquan,etal.Research and Application of Attenuation Law about Gas Explosion Shock Wave in Coalmine[J].Journal of China Coal Society,2009(6):778-782.

PrinciplesofRescueBaseSelectionforDangerousRegioninMines

CHENG Yan1; CHENG Yunke2

(1.DuerpingMine,ShanxiCokingCoalGroup,Taiyuan030022,China; 2.TeachingMine,YunchengPolytechnicCollege,Yuncheng044000,China)

Rescue base is of importance to guarantee the safety of emergency rescue personnel. Wrong location of the rescue base is liable to be damaged by the second shock wave. Attenuation was estimated to study the effect of attenuation degree and fracturing on the base selection when the second shock passing through fork and curve roadways, taking multi-path spread of the second shock through driving roadway, crossheading, and two caving faces. The roadway affected by smaller shock waves was selected as the rescue base. The study could provide commanders one selection method for the emergency rescue base.

safety in mine;rescue base;second shock attenuation

TD79

A

呂梁學院青年基金項目(ZRQN201607)

1672-5050(2017)02-0062-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.017

2016-12-13

程巖(1988-),男,山西運城人,大學本科,助理工程師,從事煤礦綜采工作。

(編輯:武曉平)

文章編號:1672-5050(2017)02-0065-03

DOI：10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.018

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2017-01-16