礦井外部漏風率精準測算方法的研究與應用

2019-01-30 09:10:00戴子棟

山東煤炭科技 2019年1期

戴子棟

(河南能源化工集團永煤公司陳四樓煤礦，河南永城 476600)

在礦井通風系統日常管理中，礦井外部漏風率是一個非常重要的指標，該指標既影響礦井通風系統是否合理運行，也是衡量礦井主要通風機運行狀況是否良好和通風管理水平是否到位的判定依據[1]。礦井外部漏風是指新鮮風流經地表裂縫或風井附近的通風設施漏入風硐，并經主要通風機排出地表的風量。《煤礦安全規程》第158條規定：“主要通風機必須安裝在地面，裝有通風機的井口必須封閉嚴密，其外部漏風率在無提升設備時不得超過5%，有提升設備時不得超過15%”[2]。因此，減小外部漏風率、提高礦井的有效風量，才能保證礦井通風安全工作的順利開展。

目前，有多種測定方法可以測定礦井外部漏風，針對具體礦井，需要對比各種測定方法的優缺點和適用條件，參考礦井通風系統、外部漏風通道、參數測定方法、主要通風機運行狀況等現場因素來制定具體實施方案[1，3-5]。因此，選擇適用于本礦的外部漏風測試方法，是現場進行外部漏風測定時首先要解決的問題。

1 礦井外部漏風率測算方法

1.1 礦井通風概況

陳四樓煤礦位于永城市陳集鎮境內，主采二2煤層，2015年礦井升級為煤與瓦斯突出礦井。根據2016年瓦斯等級鑒定報告，瓦斯相對涌出量為2.26m3/t，絕對涌出量為12.46m3/min，煤層自燃等級為Ⅲ類不易自燃，煤塵爆炸危險性鑒定結論為無爆炸危險性。陳四樓煤礦礦井目前有5個井筒，通風方式為兩翼對角式，主、副井及中央風井進風，南風井、北風井排風，通風方法為抽出式。南、北風井均裝有FBCDZ№28/2×355型對旋軸流式通風機2臺，一臺工作，一臺備用。

1.2 測算方法選取

目前，礦井外部漏風率測算方法有風表直接測定法、瓦斯等值法、示蹤氣體法、精密測風儀表法、漏風路線風阻法、風機房水柱計法[6]。通過對以上各種測定礦井外部漏風量的方法進行對比和分析，參考陳四樓礦主要通風機及附屬設施的實際布置位置，本次外部漏風測定采用風表直接測定法。

以陳四樓煤礦為例，其外部漏風主要來自風硐、防爆門、閘閥、備用風機本身及其附屬裝置的裂隙流入風機的風流。如果把整個礦井通風系統中的風流當做理想氣體，根據理想氣體狀態方程，礦井外部漏風率的理論計算公式為：

式中：

C-表示礦井外部漏風率；

Qt-表示主要通風機抽風量，m3/min；

Q1-表示礦井總回風量，m3/min。

由于在主要通風機的出風口的風流相對穩定處比較容易直接測定Qt，所以正確測算外部漏風率的關鍵是必須首先正確地測算出Q1。

對于井筒深度較大的立井，其井筒上口處的風量才是礦井的總回風量Q1，而直接使用礦井井下測量的總回風量就會使測量結果偏離真實值。

因此，在計算礦井外部漏風率時，Q1值應當使用回風井上口測得的風量值。而實際上這個Q1值在井口上部并沒有合適的位置測量。

圖1 考察礦井外部漏風率的通風示意圖

在圖1中，對于深度較大的回風井，由于其上、下兩端的風流狀態變化較大，所以其風流就不能視為理想氣體。流體力學中的風流連續性方程不能成立，即Q1≠Q2。必須將回風井看作是礦井通風系統中與井下其他所有巷道不同的一條特殊巷道。考慮到在回風井中的風流流動是一個熱力變化過程，應根據熱力學的基本原理來考察其狀態參數的變化。由于空氣從井下總回風道至風井上口與外界無熱量交換，可看作是一個絕熱膨脹過程，有以下方程成立:

式中：

Q2-回風井下口的風量，即井下總回風量，m3/s；

T1-回風井上口空氣溫度，K；

T2-回風井下口空氣溫度，K；

n-絕熱指數，礦井空氣屬雙原子氣體，取1.4。

1.3 計算礦井外部漏風率基本參數測定

采用風表風速法測定北風井、南風井總回風量及主要通風機的工作風量，即北風井、南風井井上、下約定在同一時間分別測定井下總回風量及主要通風機工作風量，南北風井地面測點為風硐內，井下測點為南北翼總回風巷。同時測定北風井、南風井井上、下溫度。要求各測點連續測定三次，且測定誤差在2%之內，取其平均值為該巷道的平均風速，同時測定測風斷面的巷道斷面積，按下式計算井下總回風量及主要通風機的工作風量。