胜利煤矿阻力测定总结报告.docx
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胜利煤矿阻力测定总结报告
一、矿井概况
山东泰山能源有限责任公司翟镇煤矿(以下简称翟镇煤矿),地处山东省新泰市翟镇境内。
其地理坐标东经117°40′,北纬35°54′;井口坐标为:
X=3979330.00、Y=20559820.00、Z=+180.7。
矿井北以翟镇煤矿工业广场保护煤柱线及F23断层与望新井田为界;东北以320#、313#钻孔与座标点(X=3978080,Y=20563020)连线与王家寨井田为界;东南以第5勘探线,F16及F7断层与良庄井田毗邻;西南以F10断层与协庄井田相邻;西北以F22断层和33#、35#、7#、340#、343#钻孔连线及泉189、23#钻孔连线与小港井田相邻,井田东西平均长约4.75Km,南北宽约3.1Km,面积约14.7Km2。
本井田位于小汶河北岸,小汶河纵贯凹地中部,由东向西流向大汶口与大汶河汇流。
井田东南边缘地形稍高,构成了南北东三面高,中间低的丘陵地形。
本井田东距新泰市约9Km,西距泰安70Km,新泰至泰安的二级公路从井田中部穿过。
与磁莱线谷里站相距13Km,有铁路专用线相通,交通便利。
翟镇矿井为立、斜井混合、集中大巷、采区石门开拓方式。
采煤方法为走向长壁后退式,全冒落法。
目前矿井主要生产水平为-400水平;生产采区:
前组煤三采区及三采扩大区、七采区、后组采区。
开采煤层为2、4、11层煤。
矿井有4个正常生产采煤工作面,即:
3205面、31104W面、3408面、7205东面。
51101工作面里段已推至停采线准备回撤,7403面为充填试验工作面。
有11个独立通风的局部通风地点,分别为:
后一13.15轨道上山、后五下部水仓、31105轨道巷、51102轨道巷、7402运输巷、3203上
面运输巷、31103轨道巷、7402轨道巷、3203运输巷、31105运输巷、3203轨道巷。
矿井采用中央分列抽出式通风,主、副井进风,西风井回风,风井地面通风机房安设2台GAF-22.4-11.2-1型轴流式通风机,系上海鼓风机厂1991年10月出厂,风机电机型号为TD560-6型,功率为560KW,系上海电机厂1991年7月出厂,主要通风机一台工作,一台备用。
该矿井为低瓦斯矿井,2005年矿井瓦斯绝对涌出量为4.59m3/min、相对涌出量为1.26m3/t;二氧化碳绝对涌出量为6.06m3/min、相对涌出量为1.67m3/t。
煤尘有爆炸性,煤尘爆炸指数为39.6%~42.62%,煤层属于自燃煤层,自然发火期6~12个月。
二、测定的目的
掌握矿井通风阻力分布情况,为矿井通风网络解算提供技术数据,为矿井通风系统改造以及通风系统优化提供技术依据。
三、测前准备
测前准备是搞好通风阻力测定的一个重要环节。
为使测定工作顺利进行,并保证测定精度,本次测定在测前进行了周密细致的准备。
1.绘制矿井通风系统示意图
为了合理确定测定路线和布置测点,测前对矿井通风系统进行了认真的研究,并在采掘工程平面图的基础上,认真细致地绘制了矿井通风系统示意图。
2.选择测定路线
为保证测定结果的可靠性,主要测定路线应选择在风流路线长、风量
大,且包含采区(或采煤工作面),能反映矿井通风系统特征的风路上,其余的可作为辅助测定路线。
根据测定的具体目的和要求,结合崖头煤矿的生产布局和通风系统现状,本次测定选择了4条测定路线,共计23个测点。
本次测定选择北风井系统和东风井系统为主测路线,81105下面和炸药库为辅助测定路线。
(1)三采区主测路线
地面井口
(1)→副井底
(2)→调度站以西(3)→一采进风巷以东(4)→一采轨道下滑头以下(5)→一采轨道上山三采石门皮带偏口以下(6)→三采进风巷3203轨道巷风机前(7)→三采轨道下山三采进风反上山偏口以下(8)→三采四中车场三采回风下车场以里(9)→3408轨道巷偏口(10)→三采扩大区运输巷3407东轨道巷偏口(11)→三采扩大区回风反上山底部(12)→三采扩大区回风反上山上头(13)→西风井底(14)→西风井风峒(15)。
(2)七采区辅测路线
地面井口
(1)→副井底
(2)→调度站以西(3)→东大巷偏口(17)→七采上车场偏口(18)→七采轨道下山上滑头(19)→七采轨道下山下车场七采七中车场进风侧(20)→7205运输巷(21)→7205轨道巷(22)→七采五中运煤通道回风侧(23)→七采皮带机头回风侧(24)→七采回风下山八采回风偏口以上(25)→七采回风上车场(26)→七采回风平巷七采配电点进风侧(27)→采回风巷七采回风偏口(28)→一采回风巷七采回风偏口回风侧(29)→一采回风三岔门一采进风侧(30)→矿井总回风巷三采回风偏口进风侧(32)→矿井总回风巷风井底偏口(33)→西风井底(14)→西风井风峒(15)。
(3)后五采区主测定路线
地面井口
(1)→副井底
(2)→调度站以西(3)→一采进风巷以东(4)→
西大巷一采石门以西(43)→二采石门后五石门偏口(44)→后五轨道下山后五等候室以下(45)→后五轨道石门二中偏口以外(46)→51101运输巷(47)→51101轨道巷(48)→后五皮带下山后五回风联络巷以上(49)→后五回风道(通二采轨道上山通道)进风侧(50)→后五回风道二采配电点处(51)→(31)→矿井总回风巷三采回风偏口进风侧(32)→矿井总回风巷风井底偏口(33)→西风井底(14)→西风井风峒(15)。
(4)后三采区辅测路线
地面井口
(1)→副井底
(2)→调度站以西(3)→南石门后组大巷偏口
(2)→暗斜井上头三叉门(34)→后组大巷一采石门以外(35)→后三轨道二中车场以上(36)→后三轨道下山四中以上(37)→31104运输巷(38)→后三皮带平巷五中运煤通道回风侧(39)→后三回风联络巷上头(40)→后组回风巷后三回风联络巷偏口以里(41)→后组回风巷风井底偏口(42)→西风井底(14)→西风井风峒(15)。
具体布置地点见阻力测定测点布置图。
3.测点布置
测定路线选定之后,即可按照通风系统阻力测定的要求,结合本矿巷道布置的具体条件,在通风系统图上初步确定测点的位置和数量,并沿测定路线依次编号。
在每条测定路线上,测点的布置位置应能控制主要井巷和工作面的阻力分布情况。
一般在风流分、汇点之前和局部阻力大的地点前后以及在需要控制的典型巷道的首末端均设置了测点。
在井下实测过程中,也根据井巷的具体条件,将测点尽量布置在巷道平直、支护良好、断面规则、前后无杂物、风流稳定,且易于确定标高的地点,同时根据实际情况,也进行了适当的调整和增减少数测点。
4.人员组织与分工
人员组织与分工是做好测定工作的重要保证。
为使测定工作顺利进行,按照减少劳动量和方便快捷的原则,在测前对参测人员进行了认真的组织与安排,做到了分工明确、各尽其责、协调配合、统一指挥。
本次测定共分3个小组,其中井下2组,地面1组,除负责地面基点气压计读数1人外,井下每组参加测定人员分工如下:
(1)测压1人,负责各测点风流的绝对压力和相对压力的测定;
(2)测风2人,负责各测点风速以及巷道断面尺寸的测定;
(3)测干、湿温度1人;
(4)标高测量1人,负责各测点标高的确定;
(5)记录1人,负责各测点全部测定数据的记录。
5.使用的仪器、仪表
本次测定所使用的仪器、仪表见表1。
测定所用的仪器、仪表表1
仪器名称
规格型号
数量
精密数字气压计
BJ-1型
3
风表
高、中、微各2块
6
湿度计
DHM2型
2
秒表
2
皮尺
2
6.测定时间:
2006年7月23日~2006年7月24日。
四、测定方法
对全矿井进行通风阻力测定采用逐点测定法。
测定时,将一台BJ-1型精密气压计置于副井井口作为基点气压计,用来监视地表气压的变化情况,另两台气
压计携至井下,沿预先选定的路线按测点依次进行测定。
基点气压计每隔5分钟记录一次相对压力的数值,测点气压计在各测点逢5或10分钟时读数。
测点气压计和基点气压计读数时间相对应,目的是修正地面气压变化对井下气压计读数的影响,保证测定结果的可靠性。
在各测点测定风流压力的同时,还应测量各测点巷道断面的风速、断面尺寸、气象参数等数据,并做好记录。
如此依次测完全部的测点,待测点气压计回到井口时再重新校对仪器读数,以检查仪器的误差。
各测定路线的原始记录数据见附表。
五、资料整理
本次测定的全部数据,均采用计算机进行分析处理。
程序中所采用的计算公式如下:
1.空气密度
在矿井通风的范围内,空气的密度
可按下式近似计算:
Kg/m3
(1)
式中P──空气的压力,Pa;
t──空气温度,℃;
Ps──温度t时饱和水蒸气的分压,Pa;
──相对湿度。
2.巷道断面积
测点巷道断面积按下列公式计算:
梯形或矩形巷道:
,m2
(2)
半圆拱巷道:
,m2(3)
三心拱巷道:
,m2(4)
不规则巷道:
,m2(5)
式中S──巷道净断面积,m2;
B──巷道平均宽度,m;
H──巷道净高,m。
3.测点风速
测点风速由测出的表速按下式换算成真实风速:
,m/min(6)
式中x──表风速,r/min;
a、b──风表校正系数。
4.测点速压
测点速压按下式计算:
,Pa(7)
式中符号意义同前。
5.测点间风量的确定
两测点间巷道通过的风量按下述原则确定:
(1)当两测点间没有分支巷道时,如图1(a)所示,巷道通过的风量取两测点风量的平均值,即:
,m3/min(8)
式中下角标i表示测点编号。
(2)若两测点之间有一条分支巷道时,测段巷道风量取能代表该段巷道风量的测点风量。
如在巷道风流的分、汇点之前设置测点,如图1(b)所示,则测段巷道的风量取后一点的风量,即:
,m3/min(9)
如在巷道风流分、汇点之后设置测点,如图1(c)所示,则测段巷道的风量取前一点的风量,即:
m3/min(10)
该次测定,为了方便测定资料的处理,一般情况下将测点布置在风流分风点之前。
6.两测点间巷道的阻力计算
用精密气压计逐点测定时,两测点间的静压差、位压差和速压差按下列公式计算:
静压差:
位压差:
速压差:
按照矿井通风伯努利方程计算原理,则两点间的通风阻力为:
,Pa(11)
百米通风阻力为:
,Pa(12)
式中Bi、Bi+1──前后测点的气压计读数;
B’i、B’i+1──读取Bi、Bi+1时,基点气压计对应的读数;
L──测点间巷道长度,m。
7.两测点间巷道风阻及百米风阻的计算
两测点间巷道风阻:
,Kg/m7(13)
百米风阻:
,Kg/m7(14)
式中hr(I,I+1)为i,i+1两点之间的通风阻力。
8.两测点间巷道摩擦阻力系数的计算
,Kg/m3(15)
U(i,i+1)──测点间巷道周长,m。
其余符号意义同前。
9.两测点间巷道风流的功率消耗和百米功率消耗的计算
功率消耗:
,KW(16)
百米功率消耗:
,KW(17)
式中各符号意义同前。
10.矿井通风总阻力
,Pa(18)
式中j──巷道号,j=1,2……n
11.矿井自然风压
矿井自然风压可按下式测算:
,Pa(19)
式中
──地面空气平均密度,Kg/m3
──风峒测压断面处标高与进风井口标高之差,m。
根据上述公式,对测定数据进行了分析处理。
测定记录及计算结果详见附表1~20。
六、测定结果误差检验
1.误差计算
由于仪器本身的精度以及受其他各种因素的影响,在测定过程中难免存在一定的误差,只有将这种误差控制在一定的范围内,测定结果方才准确有效。
因此,必须对测定结果进行误差检验。
(1)全系统通风阻力测定误差
全系统通风阻力测定误差是指按通风机房水柱计读数计算出的理论通风阻力与实测通风阻力相比较而得出的相对误差,其值按下式计算:
(20)
式中
──全矿井实测通风阻力,Pa;
──由通风机房水柱计读数计算出的全矿井理论通风
阻力,Pa。
全矿井理论通风阻力可按下式计算:
,Pa(21)
式中
──通风机房水柱计读数,Pa;
──风峒内测压断面的速压,Pa;
──矿井自然风压,Pa。
一般要求
﹤5%。
根据上述计算公式,见后面矿井测定结果检验表。
(1)并联路线的测定误差
并联路线的测定误差是指两条并联线路由于存在测定误差造成阻力不等而计算的相对误差,其值可按下式计算:
δ2=
(22)
式中m,n----巷道数
j,k----巷道号,j=1,2……,m;k=1,2,……n。
根据公式(22)计算得出:
两条并联路线的测定误差见后面表。
由以上误差计算表明,本次测定的精度符合要求,各系统的测定误差值均在允许范围内,因此可以认为本次测定的数据有效,计算结果可靠。
2.误差分析
本次测定采用了精度较高、稳定性较好的精密数字气压计,参测人员认真负责,而且一次测完一个系统。
因此本次测定的结果精度较高。
但在测定过程中,由于受井下测定条件的限制以及测定仪器、仪表读数等多种因素的影响,测定结果仍存在一定的误差,造成测定误差的原因主要有以下两个方面:
(1)部分巷道的断面不规则,局部地点的风流不稳定,造成仪器读数波动较大,造成仪器读数误差;
(2)极少数测点的标高不准确,致使个别巷道的阻力计算结果出现误差。
七、测定结果分析
阻力测定结果分析详见附表。
1.矿井通风系统阻力分布
根据测定结果,翟镇煤矿三采区主测路线进风段阻力占系统总阻力的49.1%,采区段阻力占系统总阻力的12.57%,回风段阻力占系统总阻力的38.33%;七采区辅测路线进风段阻力占系统总阻力的32.06%,采区段阻力占系统总阻力的12.11%,回风段阻力占系统总阻力的55.83%;后五采区主测路线进风段阻力占系统总阻力的35.75%,采区段阻力占系统总阻力的14.5%,回风段阻力占系统总阻力的49.75%;后三采区辅测路线进风段阻力占系统总阻力的38.33%,采区段阻力占系统总阻力的9.26%,回风段阻力占系统总阻力的52.41%;具体阻力分布情况见附表。
2.通风机工作风阻特性曲线方程和工况点分析
根据实测数据,可求得通风机的工作静压为:
(23)
工作风阻为:
(24)
通风机的工作静压为:
工作风阻为:
则通风机的工作风阻特性曲线方程为:
3.矿井等积孔
用一个与井巷风阻值相当的理想孔的面积来衡量井巷通风的难易程度,这个孔的面积就称为等积孔。
它是一个衡量井巷通风难易程度的参考指标,该指标是1893年由缪尔格根据当时矿井的生产情况而提出的,其值按下式计算:
m2(27)
式中A──矿井等积孔,m2
Q──矿井总风量,m3/s
hr──矿井总阻力,Pa
从等积孔来看,本矿井通风状况容易。
但是必须指出,等积孔这个指标带有较大的局限性,因它没有反映矿井漏风的影响,如当矿井存在较大的外部或内部漏风时,其等积孔数值可较大,但井下实际的通风状况不见得就好。
所以单纯用等积孔这个指标来衡量矿井通风难易程度,可能掩盖矿井通风状况的真实性。
而且当时提出的矿井等积孔划分标准已与现在的矿井生产情况不相符,故该指标只能作为一个参考指标。
八、建议
根据矿井通风阻力测定的结果,提出如下建议:
西回风井阻力为826Pa,占全矿井阻力的35%,为矿井主要高阻力巷道,建议加大西回风井的扩修和维修维护力度,确保矿井通风系统安全。
九、附则
1、本次矿井通风阻力测定依据为煤矿通风阻力测定方法MT/T440-1995和《煤矿安全规程》。
2、本次通风阻力测定及结果分析仅对矿井现有通风系统状况负责。
矿井通风阻力测定技术数据以及数据分析结果祥见附表。
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