高瓦斯礦井以風(fēng)定產(chǎn)及其技術(shù)途徑

高瓦斯礦井以風(fēng)定產(chǎn)及其技術(shù)途徑遼寧工程技術(shù)大學(xué)2003年11月5日一、以風(fēng)定產(chǎn)技術(shù)道路1、以風(fēng)定產(chǎn)的含義與要處理的問(wèn)題〔1〕含義：礦井的開(kāi)采強(qiáng)度越大，亦即產(chǎn)量越大，那么礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量越大，回風(fēng)流中瓦斯的濃度就越高，為了把瓦斯?jié)舛认♂尩?lt;煤礦平安規(guī)程>允許的范圍內(nèi)，礦井的配風(fēng)量也就越大。然而礦井的供風(fēng)才干是有限制的，它取決于礦井的主扇才干以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)〔包括網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系、風(fēng)路風(fēng)阻、風(fēng)路斷面、及用風(fēng)點(diǎn)的分布及用風(fēng)量的大小，等等〕，這就闡明礦井的開(kāi)采強(qiáng)度是有限制的，它取決于礦井的配風(fēng)才干，這就是以風(fēng)定產(chǎn)?！?〕以風(fēng)定產(chǎn)要處理的問(wèn)題A.現(xiàn)有的礦井及任務(wù)面通風(fēng)系統(tǒng)、方式、方法、網(wǎng)絡(luò)及調(diào)理系統(tǒng)不變，任務(wù)面的產(chǎn)量是多少？B.維持任務(wù)面產(chǎn)量不變，從通風(fēng)的角度找出通風(fēng)系統(tǒng)瓦斯?jié)舛热€達(dá)標(biāo)的方案。C.從通風(fēng)的角度處理不了瓦斯問(wèn)題時(shí)，確定瓦斯的非風(fēng)排量〔包括抽放量、抽放位置、尾排量等等〕。2以風(fēng)定產(chǎn)應(yīng)思索的幾個(gè)要素〔1〕任務(wù)面瓦斯超限普通發(fā)生在任務(wù)面回風(fēng)隅角，所以不能根據(jù)任務(wù)面回風(fēng)流瓦斯含量確定任務(wù)面通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)方式、方法及其配風(fēng)量?！?〕要確定回風(fēng)隅角的瓦斯?jié)舛龋匦鑼?duì)以任務(wù)面為邊境條件之一的采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植紡浬⒎匠踢M(jìn)展解算。采空區(qū)氣體流動(dòng)微分方程及其定解條件笛卡爾坐標(biāo)系中瓦斯?jié)舛确植挤匠虖浬⑾禂?shù)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)耐負(fù)渥儞Q，上述方程可以模擬：回采任務(wù)面推進(jìn)速度、回采任務(wù)面長(zhǎng)度、采煤高度、采空區(qū)外形、任務(wù)面配風(fēng)量、落煤瓦斯涌出量、采空區(qū)瓦斯涌出量、采空區(qū)煤壁瓦斯涌出量、瓦斯抽放方法、鉆孔位置、抽放量等一系列參數(shù)變化下的采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植??！?〕風(fēng)機(jī)才干與網(wǎng)絡(luò)可調(diào)理性和配風(fēng)才干是兩回事A.高瓦斯礦井產(chǎn)量?jī)H在一定范圍內(nèi)與風(fēng)機(jī)才干呈正相關(guān)。B.風(fēng)機(jī)才干受限于網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)才干，即受限于網(wǎng)絡(luò)最大流。C.許多礦井存在著“有風(fēng)，但是配不上去〞的問(wèn)題。上述問(wèn)題歸結(jié)為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)理問(wèn)題，即調(diào)理位置和調(diào)理量的問(wèn)題。〔4〕要思索任務(wù)面風(fēng)流穩(wěn)定性與可靠性3高瓦斯礦井以風(fēng)定產(chǎn)的技術(shù)道路3.1確定礦井需風(fēng)量〔1〕確定掘進(jìn)任務(wù)面的瓦斯涌出量及其所需風(fēng)量?！?〕確定回采任務(wù)面的瓦斯總涌出量?！?〕確定回采任務(wù)面落煤瓦斯涌出量和采空區(qū)瓦斯涌出量的比例?！?〕以回采任務(wù)面落煤瓦斯涌出量為基準(zhǔn)，確定任務(wù)面配風(fēng)量Qlm。〔5〕以Qlm為邊境條件，確定任務(wù)面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛?，并以任?wù)面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛炔怀?lt;煤礦平安規(guī)程>規(guī)定為規(guī)范，經(jīng)過(guò)采空區(qū)滲流和彌散方程的解算，反求任務(wù)面實(shí)踐應(yīng)配風(fēng)量。任務(wù)面通風(fēng)系統(tǒng)〔即風(fēng)巷布置系統(tǒng)，例如：一進(jìn)二回，多進(jìn)多回，Y型，W型，有無(wú)尾巷，有無(wú)抽放系統(tǒng)等等〕不一樣，解算滲流和彌散方程的邊境條件就不一樣。所以說(shuō)，利用該方法確定的任務(wù)面配風(fēng)量，同時(shí)包含著任務(wù)面的通風(fēng)方式的選擇，以及瓦斯抽放方式、方法和抽放量的選擇。〔6〕確定其它用風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)量?！?〕將上述個(gè)用風(fēng)量累加獲得礦井總用風(fēng)量.3.2確定礦井的總阻力3.3確定礦井最大通風(fēng)才干〔1〕經(jīng)過(guò)測(cè)試扇風(fēng)機(jī)的特性曲線，確定扇風(fēng)機(jī)的最大通風(fēng)才干?！?〕確定通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的最大保送風(fēng)才干，也就是網(wǎng)絡(luò)的最大流問(wèn)題?！?〕扇風(fēng)機(jī)最大通風(fēng)才干與網(wǎng)絡(luò)最大保送風(fēng)才干的最小值為礦井最大通風(fēng)才干。3.4將主扇提供的風(fēng)流分配到指定需風(fēng)地點(diǎn)由于消費(fèi)礦井普通都采用增阻法進(jìn)展調(diào)風(fēng)，這里不僅存在一個(gè)優(yōu)化調(diào)理問(wèn)題，而且當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)比較龐大時(shí)，人工很難找到合理的調(diào)理位置和調(diào)理量。<礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)MVSS>可以確定指定需風(fēng)方案下的最有調(diào)理位置和調(diào)理量。3.5分析通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性分析任務(wù)面能否處于角聯(lián)風(fēng)路上，假設(shè)是要分析任務(wù)面角聯(lián)構(gòu)造的穩(wěn)定性及其影響穩(wěn)定性的構(gòu)筑物和風(fēng)路。4技術(shù)手段由遼寧工程技術(shù)大學(xué)研制完成的<礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)MVSS>以及<采空區(qū)自然發(fā)火仿真系統(tǒng)>〔包括模擬采空區(qū)的漏風(fēng)分布、風(fēng)速分布、瓦斯?jié)舛确植?、氧氣濃度分布、穩(wěn)定分布〕可以完成上述內(nèi)容。<礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)>的主要功能(1)模擬新井巷開(kāi)掘貫穿和舊井巷報(bào)廢后的通風(fēng)情況；(2)模擬構(gòu)筑物的位置及調(diào)理量；(3)模擬井巷斷面大小、外形、支護(hù)方式、部分堵塞等變化；(4)模擬地面主扇及其工況、模擬井下機(jī)站的位置及其工況；(5)確定礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化調(diào)理；(6)風(fēng)網(wǎng)特征圖自動(dòng)繪制、角聯(lián)風(fēng)路自動(dòng)識(shí)別與分析、通風(fēng)網(wǎng)路的極值流、網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)簡(jiǎn)化等等；(7)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、平安性綜合評(píng)價(jià)等一系列功能。假設(shè)礦井具有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并有數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，<礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)>可以與礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。推行<礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)>及以風(fēng)定產(chǎn)所需的物質(zhì)、技術(shù)條件〔1〕對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程師只需求熟習(xí)通風(fēng)系統(tǒng)，不需求具有專(zhuān)門(mén)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)。對(duì)仿真系統(tǒng)的操作就是日常對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的管理。〔2〕需求的礦井提供的數(shù)據(jù)：A.快速簡(jiǎn)單分析礦井風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓；主要巷道的風(fēng)量、阻力；簡(jiǎn)單的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)B.中等復(fù)雜分析扇風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓；重點(diǎn)分析網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)量和部分阻力。對(duì)于簡(jiǎn)單分析和中等復(fù)雜分析，主要利用仿真系統(tǒng)的自我調(diào)理和自順應(yīng)功能〔湊數(shù)功能〕，自動(dòng)確定仿真所需的通風(fēng)參數(shù)。C.詳細(xì)準(zhǔn)確分析通風(fēng)系統(tǒng)普查；采掘工程平面圖〔通風(fēng)系統(tǒng)圖〕；測(cè)試扇風(fēng)機(jī)性能曲線；測(cè)試全部巷道的風(fēng)量值；最大阻力道路阻力測(cè)試；主要巷道的阻力測(cè)試；主要構(gòu)筑物的壓差測(cè)試。大規(guī)模軟件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間：1.0版小于5分鐘；2.0版〔20小時(shí)左右〕；3.0版小于5分鐘〔2004年3月推出3.0版〕仿真系統(tǒng)主要操作特點(diǎn)1、將巷道畫(huà)在屏幕上就可以，不需求進(jìn)展相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)解算處置。雙擊巷道、節(jié)點(diǎn)、構(gòu)筑物、風(fēng)機(jī)雙擊風(fēng)機(jī)鼠標(biāo)右鍵優(yōu)化調(diào)理無(wú)參數(shù)仿真平衡圖<采空區(qū)自然發(fā)火仿真系統(tǒng)>功能簡(jiǎn)介〔1〕模擬采空區(qū)內(nèi)部壓力分布；〔2〕模擬采空區(qū)內(nèi)部風(fēng)速分布；〔3〕模擬采空區(qū)內(nèi)部氧氣濃度分布；〔4〕模擬采空區(qū)內(nèi)部瓦斯?jié)舛确植?；?〕模擬采空區(qū)內(nèi)部CO、CO2等自然發(fā)火標(biāo)志氣體濃度分布；〔6〕模擬采空區(qū)內(nèi)部煤炭氧化放熱構(gòu)成的溫度分布場(chǎng)；〔7〕模擬采空區(qū)注N2位置及注N2量的防滅火效果；〔8〕模擬采空區(qū)瓦斯抽風(fēng)量及抽放位置；〔9〕模擬采空區(qū)注漿位置及注漿量；〔10〕模擬降低煤的活化能的防滅火效果；〔11〕模擬采空區(qū)采用均壓方法及調(diào)整通風(fēng)參數(shù)的防滅火效果；〔12〕模擬密閉的漏風(fēng)量及其防滅火效果；〔13〕模擬任務(wù)面推進(jìn)速度、配風(fēng)量及回采巷道布置方式的防滅火效果；〔l4〕模擬火災(zāi)時(shí)期自然發(fā)火位置和滅火手段的滅火效果。神東大柳塔08采面神東大柳塔08采面注氮神東大柳塔08采面防滅火模擬結(jié)論〔1〕08任務(wù)面采空區(qū)層面漏風(fēng)是影響采空區(qū)風(fēng)流變化和氧氣濃度分布變化的主要要素。采空區(qū)層面漏風(fēng)導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，氧氣濃度分布范圍很大，采空區(qū)自然發(fā)火危險(xiǎn)增大?！?〕在供風(fēng)量2172m3/min的情況下，自燃氧化帶寬度在300m，最低的推進(jìn)度要求在12m/d以上。在任務(wù)面保證推進(jìn)度500m/月的情況下，那么恣意一次推進(jìn)300m范圍內(nèi)，累計(jì)允許的消費(fèi)停頓時(shí)間不應(yīng)超越7天，否那么，將有能夠產(chǎn)生采空區(qū)自然發(fā)火?！?〕采空區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)改動(dòng)了采空區(qū)風(fēng)流運(yùn)動(dòng)，自