東榮二礦井下霧氣成因分析

1、東榮二礦井下霧氣成因分析1 前言 煤礦是一個復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，存在著很多影響煤礦安全生產(chǎn)的因素。 東榮二礦井下出現(xiàn)的霧氣不僅易導(dǎo)致礦井提升運(yùn)輸事故，影響安全生 產(chǎn)，而且加重了工作環(huán)境污染，有害于人體健康。 東榮二礦開拓方式為立井主要運(yùn)輸大巷采區(qū)上山分區(qū)式開拓，開拓水 平標(biāo)高-500m,地面標(biāo)高為66.8m。中一上采區(qū)2條暗絞車道、主要入 風(fēng)石門， 在每年的部分時期 （尤其是在夏季） 霧氣騰騰， 能見度很低， 嚴(yán)重時不足2m。霧氣迷漫的環(huán)境，影響人們的視野和心情，使勞動效 率下降,使行人、運(yùn)輸受到嚴(yán)重干擾,形成潛在的事故隱患。由于受 影響巷道都是運(yùn)輸行人比較頻繁的主要生產(chǎn)巷道,為了保證礦井的安 全

2、生產(chǎn)和正常的工作環(huán)境,必須查清井下霧氣的成因,以確定治理霧 氣的措施。2 霧氣的出現(xiàn)規(guī)律（1） 霧氣的出現(xiàn)隨著季節(jié)的變化而變化。中一上采區(qū)2 條暗絞車道、 主要入風(fēng)石門出現(xiàn)的霧氣夏季較大,秋季次之,冬季較小甚至沒有。（2）霧氣的出現(xiàn)與巷道高度有關(guān)。進(jìn)風(fēng)大巷內(nèi)沒有霧氣,起霧點(diǎn)位于 進(jìn)風(fēng)大巷主、輔絞車道分岔點(diǎn)以上約 20m 處,直到 -325m 標(biāo)高的高一 工作面入風(fēng)順槽中變電站止都是霧氣迷漫。（3）霧氣出現(xiàn)與巷道風(fēng)流的溫度有關(guān)。在-325m標(biāo)高的高一工作面入 風(fēng)順槽中變電站處,由于變電站和泵站產(chǎn)生的溫度較高,變電站處霧 氣明顯減少，變電站后 20m 完全消失。風(fēng)流經(jīng)過工作面和回風(fēng)巷后進(jìn) 入回風(fēng)上

3、山時又出現(xiàn)霧氣。（4）霧氣的出現(xiàn)與巷道風(fēng)門的開啟有關(guān)。在礦井進(jìn)風(fēng)大巷與中一上采 區(qū)輔助絞車道（回風(fēng)上山）之間有二道風(fēng)門，若風(fēng)門同時打開，回風(fēng) 上山巷道內(nèi)的霧氣立即增大。3 霧氣現(xiàn)場氣象參數(shù)的測定現(xiàn)場取樣進(jìn)行氣體分析。 分析結(jié)果表明霧氣成分與正?？諝夥浅＝咏?，無有毒有害氣體及其他特殊成分，并且在燈光下呈乳白色。因此，為 了分析霧氣的成因，在夏、秋兩季對東榮二礦井下霧氣出現(xiàn)地點(diǎn)的氣 象參數(shù)進(jìn)行了測定。4 霧氣成因的影響因素分析通常，空氣中的水蒸氣接近飽和，當(dāng)氣象參數(shù)（如空氣溫度、大氣壓 力）變化時，使空氣的飽和能力降低，當(dāng)空氣中實(shí)際所含水分大于空 氣對水分的飽和極限時，多余的水分將凝結(jié)成細(xì)小水滴，

4、即形成霧。 隨著溫度的進(jìn)一步下降，水分的析出量加大，細(xì)小水滴聚集成較大小 珠，附著于巷壁或金屬設(shè)備的表面。根據(jù)上述觀測數(shù)據(jù)分析霧氣形成 影響因素。4.1 圍巖溫度的影響根據(jù)東榮二礦的精查地質(zhì)報(bào)告，該礦區(qū)的恒溫帶深度為20m，恒溫帶溫度為+ 5.6C，地溫梯度為2.8C /hm，地溫率35.7m/C。根據(jù)地溫預(yù) 測計(jì)算式tvr二tO+（z zO）/g，可計(jì)算出500m平均地溫為19OC。本地 區(qū)使地溫變化的主要因素是自然增溫率，沒有地?zé)岙惓，F(xiàn)象影響，因 此地溫預(yù)測值不應(yīng)有大的誤差。根據(jù)對 -500m 南翼巖巷掘進(jìn)工作面測 溫孔的實(shí)際測定，原巖溫度為18.819.0C，與計(jì)算值基本相符。 雖然巖壁

5、溫度隨地面季節(jié)變化呈周期性變化，但長期通風(fēng)的巷道壁面 溫度變化不象風(fēng)流溫度變化幅度那樣大，在時間上也要滯后一段。這 是由于巷道圍巖的熱容量非常大，要有長時間的熱交換才能使其溫度 有明顯的變化，這也就是通常所說的巷道圍巖的調(diào)熱作用。 4.2圍巖傳熱特性影響 根據(jù)傳熱學(xué)基本原理，導(dǎo)熱介質(zhì)存在溫度差，熱量將從高溫區(qū)域向低 溫區(qū)域傳遞，直到溫度相等為止。原始巖體在開鑿巷道并通風(fēng)后，巷 道徑向圍巖內(nèi)各點(diǎn)的溫度將隨通風(fēng)時間加長而遞減，但距井巷中心某 一距離的圍巖深部，圍巖仍保持著原始巖溫，未受通風(fēng)降溫的影響。把原始巖溫等溫線所包圍的范圍稱為井巷圍巖調(diào)熱圈（又稱冷卻帶） ， 調(diào)熱圈內(nèi)的溫度分布稱為調(diào)熱圈溫度

6、場。從井巷中心到調(diào)熱圈極限邊 界（原始巖溫等溫線）的距離稱為調(diào)熱圈半徑rt，其大小除受原始巖溫、風(fēng)溫、巖石熱物理性質(zhì)、通風(fēng)量等多種因素影響外，還決定于通 風(fēng)經(jīng)過的時間T因此，調(diào)熱圈的大小是變化的，新掘進(jìn)巷道T小，調(diào)熱圈半徑rt小；隨著通風(fēng)時間t增長，井巷圍巖受冷卻范圍擴(kuò)大，rt 變大；如果通風(fēng)時間足夠長（約 2a以上）,可以認(rèn)為圍巖與風(fēng)流已充 分完成熱交換， rt 接近最大值而達(dá)到相對穩(wěn)定，而在原始巖溫相同的 同一水平巷道中，由于入風(fēng)段風(fēng)流與圍巖的溫差比下風(fēng)側(cè)大，所以下風(fēng)側(cè) rt 逐漸變小。4.3 風(fēng)流溫度的影響 當(dāng)巷道表面溫度高于風(fēng)流溫度時，巷道向風(fēng)流散熱，風(fēng)流在流動過程 中是增溫加濕的。即

7、隨著溫度的升高，風(fēng)流飽和能力加大，更多的水 分蒸發(fā)進(jìn)入風(fēng)流中，使風(fēng)流的含濕量增加。在冬季地面空氣溫度較低，空氣進(jìn)入井下后，因溫度升高，空氣的飽 和能力加大，使相對濕度降低，所以沿途要使井巷中的水分蒸發(fā)，進(jìn) 風(fēng)路線的井巷就顯得干燥，不易產(chǎn)生霧氣；春夏秋季地面空氣溫度較 高，地面空氣進(jìn)入井下后，因溫度降低，空氣的飽和能力變小，使相 對濕度升高，此時空氣中的一部分蒸汽就可能凝結(jié)成水珠， 形成霧氣。 根據(jù)上述分析，該礦霧氣是沿程溫度下降導(dǎo)致風(fēng)流飽和能力降低造成 的。風(fēng)流在流動過程中與圍巖的換熱量，即風(fēng)流在被冷卻的過程中損 失的熱量。該換熱量與風(fēng)流的溫度、濕度、原巖溫度、風(fēng)量、巷道斷 面、水力周長、 巷

8、道長度及風(fēng)流與圍巖間的傳熱的不穩(wěn)定傳熱系數(shù) （實(shí) 效系數(shù)）等有關(guān)。4.4 濕度的影響由于東榮二礦周圍地表為水田，在春夏秋 3 個季節(jié)水田充水導(dǎo)致礦井 周圍空氣濕度較大，其一般相對濕度在 70 %80%。較該地區(qū)平均大20%30%,且其入風(fēng)副井井筒圍巖含水量大、井筒深、淋水大。風(fēng) 流在入井過程中沿途吸收水分，到達(dá)井底時含濕量大大增加，其相對 濕度可達(dá) 93% 98%,接近飽和。由于夏季風(fēng)流的溫度高于進(jìn)風(fēng)大巷、 絞車道和入風(fēng)石門的巖壁溫度，而且圍巖的原始溫度從 -500m-400m -380m-325m 是逐漸降低的，巖壁溫度也是依次下降的。 也就是說， 風(fēng)流沿程是逐漸降溫的，其飽和能力一直呈下降

9、趨勢，因此不斷有水 分析出，形成霧氣。4.5 壓力的影響（1）地面空氣進(jìn)入礦井時，經(jīng)過 600m 深的立井，如不考慮熱交換等 因素的影響，由于大氣壓力的增加，風(fēng)流將被壓縮增溫，使空氣的吸 濕能力增加。（2）當(dāng)突然打開進(jìn)風(fēng)大巷與輔助絞車道間的控制風(fēng)門時，輔助絞車道 巷道壓力突然降低，空氣絕熱膨脹，溫度下降，使空氣的吸濕能力降 低使空氣中的水分進(jìn)一步凝結(jié)，從而產(chǎn)生更大的霧氣。（3）當(dāng)空氣沿進(jìn)風(fēng)上山向上流動時，氣壓下降，溫度下降，使得空氣 中的水分凝結(jié)形成霧氣。5 結(jié)論（1）東榮二礦井下出現(xiàn)的霧氣不僅形成潛在的事故隱患，易導(dǎo)致礦井 提升運(yùn)輸事故，使勞動效率下降，影響礦井安全生產(chǎn)，而且加重了工 作環(huán)境污染，有害人體健康。（2）周圍地表為水田，在春夏秋季節(jié)水田充水導(dǎo)致礦井周圍空氣濕度 較大，且其入風(fēng)副井井筒深、上部淋水大，風(fēng)流在入井過程中沿途吸 收水分，空氣濕度接近飽和。3）該礦風(fēng)流在流動過程中與圍巖交換熱量，即風(fēng)流在被冷卻的過程 中損失熱量。風(fēng)流沿程溫度下降，導(dǎo)致風(fēng)流飽和能力降低造成的。（4）由于大氣壓力的增加， 風(fēng)流將被壓縮增溫使空氣的吸濕能力增加。 隨著巷道壓力突然降低，空氣絕熱膨脹，溫度下降，使空氣的吸濕能 力降低使空氣中的水分凝結(jié)，產(chǎn)生霧氣。（5）東榮二礦周圍地表為水田，在春夏秋季節(jié)水田充水