淺談肖家洼煤礦21采區輔運上山霧氣成因及治理

王定國

山西錦興能源有限公司 山西呂梁 033600

自肖家洼煤礦21采區正常生產以來，每年夏季21采區輔運上山均會出現霧氣現象，嚴重影響該條巷道的能見度，嚴重影響行車安全。為從根本上解決這一問題，特對霧氣形成原因進行研究，并提出可行性解決方案。

1 霧氣的出現規律

（1）霧氣的出現隨著季節的變化而變化。霧氣出現基本在夏秋季節且夏季尤為明顯，冬春季節基本無霧氣現象。

（2）霧氣的出現與21采區輔運上山的繞道有關。21采區輔運上山繞道處霧氣比直巷大。

2 霧氣形成機理

所謂“霧氣”，就是在一定條件下，飽和濕空氣的空氣溫度降低到低于露點溫度，使得有水蒸氣凝結出來，呈現出水霧與飽和濕空氣交融的“霧氣”現象。

衡量濕空氣的狀態參數主要有：絕對濕度和相對濕度

t-空氣溫度℃

d-空氣的含濕量，g/kg干空氣

1．01-干空氣的平均定壓比熱，kj/(kg．K)

1．84-水蒸氣的平均定壓比熱，kj/(kg．K)

2500-0℃時水的汽化潛熱，kj/kg

當濕空氣從巷道下口流向上口時，由熱力學穩定能量方程可以得出：

式中G-濕空氣質量流量，kg/min；

ΔH-上山上下口垂高，m；

Q-風流與巷道壁之間的總交換熱量與上山內其它局部熱源總放熱量之和，Kg/KJ。因上山距離比較長且沒有其它局部熱源，風流與巷道圍巖之間的熱量交換可近似為零。

ρ-上山之間的平均空氣密度，kg/m3；

VA、VB—分別是A、B兩點各自的風速，m3/min；

上式可改寫為：

將式（2）代入上式子可得：

dA-dB=1000×

由上式可以看出，當dA-dB＞0時，即為有水分析出，此時就會使巷道中形成霧氣。

令Δm=ma(dA-dB)

當Δm＞0時，巷道空氣中就會有水分析出，就會形成霧氣，且Δm越大，霧氣就越大。當Δm＜0時，巷道空氣中不會有水分析出，不會產生霧氣。

從上式可以看出，霧氣的形成主要受以下幾個方面的影響：

巷道上下口的空氣溫度影響，當tA大于tB時，及巷道空氣在流動過程中溫度逐漸降低，此時如果巷道兩端風量差距不大，就會保證Δm＞0時，此時就會有霧氣析出[1]。另外21采區輔運上山存在一條水溝，水溝內水分的蒸發也會降低巷道空氣的溫度，同時蒸發的水分增加了空氣的含濕量，使巷道空氣更易達到飽和狀態析出水分，形成霧氣。霧氣出現之所以存在季節性規律，是因為冬春季節地面溫度較井下溫度較低，巷道風流由地面進入井下過程中溫度上升，即tB大于tA，，故不會出現霧氣，而夏秋季節地面空氣溫度明顯高于井下空氣溫度，巷道風流由地面進入井下過程中溫度下降，即tA大于tB，故會導致出現霧氣[2]。

巷道垂直高差影響，當巷道垂直高差ΔH遠大于0時，此時可保證Δm＞0時，此時也會有霧氣出現。肖家洼煤礦21采區輔運上山垂直高差約為260m，當巷道風量變化不大的情況下，完全可以保證Δm＞0時，故會有霧氣析出。

巷道風速影響，當VB與VA的差值不大時，此時（ρBVB2-ρAVA2）/2接近于0，此時可保證Δm＞0，此時就會有霧氣出現，而當巷道兩端風速差增大時，此時（ρBVB2-ρAVA2）/2遠小于0，此時可保證Δm＜0，此時就不會有霧氣析出，但對于井下巷道來說，只有在巷道有分支分流時，才會出現巷道前后風速差距較大現象，如果把每一段都單獨作為巷道的兩端來進行考慮，則巷道前后風速差距不大，故此因素對霧氣形成影響不大，但當巷道兩端空氣溫度變化不大，而巷道風流只受到水溝蒸發水蒸氣加濕作用影響時，增加巷道風速，使水蒸氣加濕無法達到其飽和水蒸氣分壓時，也可緩解或消除霧氣的產生[3]。

3 結語

經過理論計算以及現場實際觀察分析，肖家洼煤礦21采區輔運上山霧氣成因如下：

（1）肖家洼煤礦21采區輔運上山水溝流水對巷道空氣起到了降溫加濕作用，導致巷道空氣含濕量增加，同時空氣溫度下降導致空氣飽和水蒸氣分壓降低，從而使水分析出形成霧氣。

（2）肖家洼煤礦21采區輔運上山盤圈繞道處風阻突然增加，導致巷道風流壓力減小，從而使空氣含濕量降低，水分析出形成霧氣。

4 處理霧氣建議采取的措施

（1）安裝空調，提高巷道或降低空氣溫度。在21采區輔運上山上部及中部安裝空調系統，提高該段空氣溫度，減緩或消除巷道空氣溫度下降，從而使空氣濕度保持在不飽和狀態。

在進風進口安裝空調系統，使入井空氣低于井下溫度，這樣巷道空氣在流動過程中不斷升溫，保證濕空氣一直處于不飽和狀態，避免水分析出形成霧氣。

（2）降低空氣相對濕度。在21采區輔運上山水溝加蓋板，減少巷道風流與水流的接觸，從而降低水溝流水對巷道空氣的降溫加濕作用。將21采區上山水溝改道至21采區皮帶上山。

（3）在繞道處增加射流風機增加巷道風速，從而提高巷道空氣壓力，防止因壓力降低而出現水分析出形成霧氣。

（4）增加21采區輔運上山的照明度，增加照明燈的數量，采用穿透力強的、具有一定發熱量的燈進行照明，提高能見度的同時起到一定的增加空氣溫度的作用。

（5）根據濕空氣的不飽和狀態判斷，適當增加巷道風速，如巷道空氣的不飽和程度較高的話，風量加大可使水溝的降溫加濕作用削弱，及時巷道風流溫度下降濕度增加，但仍未達到飽和狀態，也可避免巷道空氣析出水分形成霧氣。