高瓦斯礦井以風定產(chǎn)及其技術(shù)途徑

高瓦斯礦井以風定產(chǎn)及其技術(shù)途徑遼寧工程技術(shù)大學2003年11月5日一、以風定產(chǎn)技術(shù)道路1、以風定產(chǎn)的含義與要處理的問題〔1〕含義：礦井的開采強度越大，亦即產(chǎn)量越大，那么礦井的絕對瓦斯涌出量越大，回風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)，礦井的配風量也就越大。然而礦井的供風才干是有限制的，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)的拓撲關(guān)系、風路風阻、風路斷面、及用風點的分布及用風量的大小，等等〕，這就闡明礦井的開采強度是有限制的，它取決于礦井的配風才干，這就是以風定產(chǎn)。〔2〕以風定產(chǎn)要處理的問題A.現(xiàn)有的礦井及任務(wù)面通風系統(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，從通風的角度找出通風系統(tǒng)瓦斯?jié)舛热€達標的方案。C.從通風的角度處理不了瓦斯問題時，確定瓦斯的非風排量〔包括抽放量、抽放位置、尾排量等等〕。2以風定產(chǎn)應(yīng)思索的幾個要素〔1〕任務(wù)面瓦斯超限普通發(fā)生在任務(wù)面回風隅角，所以不能根據(jù)任務(wù)面回風流瓦斯含量確定任務(wù)面通風系統(tǒng)、通風方式、方法及其配風量。〔2〕要確定回風隅角的瓦斯?jié)舛?，必需對以任?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展解算。采空區(qū)氣體流動微分方程及其定解條件笛卡爾坐標系中瓦斯?jié)舛确植挤匠虖浬⑾禂?shù)經(jīng)過適當?shù)耐負渥儞Q，上述方程可以模擬：回采任務(wù)面推進速度、回采任務(wù)面長度、采煤高度、采空區(qū)外形、任務(wù)面配風量、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)舛确植肌！?〕風機才干與網(wǎng)絡(luò)可調(diào)理性和配風才干是兩回事A.高瓦斯礦井產(chǎn)量僅在一定范圍內(nèi)與風機才干呈正相關(guān)。B.風機才干受限于網(wǎng)絡(luò)通風才干，即受限于網(wǎng)絡(luò)最大流。C.許多礦井存在著“有風，但是配不上去〞的問題。上述問題歸結(jié)為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)理問題，即調(diào)理位置和調(diào)理量的問題。〔4〕要思索任務(wù)面風流穩(wěn)定性與可靠性3高瓦斯礦井以風定產(chǎn)的技術(shù)道路3.1確定礦井需風量〔1〕確定掘進任務(wù)面的瓦斯涌出量及其所需風量。〔2〕確定回采任務(wù)面的瓦斯總涌出量。〔3〕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。〔4〕以回采任務(wù)面落煤瓦斯涌出量為基準，確定任務(wù)面配風量Qlm?！?〕以Qlm為邊境條件，確定任務(wù)面回風隅角瓦斯?jié)舛?，并以任?wù)面回風隅角瓦斯?jié)舛炔怀?lt;煤礦平安規(guī)程>規(guī)定為規(guī)范，經(jīng)過采空區(qū)滲流和彌散方程的解算，反求任務(wù)面實踐應(yīng)配風量。任務(wù)面通風系統(tǒng)〔即風巷布置系統(tǒng)，例如：一進二回，多進多回，Y型，W型，有無尾巷，有無抽放系統(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，利用該方法確定的任務(wù)面配風量，同時包含著任務(wù)面的通風方式的選擇，以及瓦斯抽放方式、方法和抽放量的選擇?！?〕確定其它用風點的風量?！?〕將上述個用風量累加獲得礦井總用風量.3.2確定礦井的總阻力3.3確定礦井最大通風才干〔1〕經(jīng)過測試扇風機的特性曲線，確定扇風機的最大通風才干。〔2〕確定通風網(wǎng)絡(luò)的最大保送風才干，也就是網(wǎng)絡(luò)的最大流問題?！?〕扇風機最大通風才干與網(wǎng)絡(luò)最大保送風才干的最小值為礦井最大通風才干。3.4將主扇提供的風流分配到指定需風地點由于消費礦井普通都采用增阻法進展調(diào)風，這里不僅存在一個優(yōu)化調(diào)理問題，而且當通風系統(tǒng)比較龐大時，人工很難找到合理的調(diào)理位置和調(diào)理量。<礦井通風仿真系統(tǒng)MVSS>可以確定指定需風方案下的最有調(diào)理位置和調(diào)理量。3.5分析通風系統(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)筑物和風路。4技術(shù)手段由遼寧工程技術(shù)大學研制完成的<礦井通風仿真系統(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)的漏風分布、風速分布、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。<礦井通風仿真系統(tǒng)>的主要功能(1)模擬新井巷開掘貫穿和舊井巷報廢后的通風情況；(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、模擬井下機站的位置及其工況；(5)確定礦井通風網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化調(diào)理；(6)風網(wǎng)特征圖自動繪制、角聯(lián)風路自動識別與分析、通風網(wǎng)路的極值流、網(wǎng)絡(luò)自動簡化等等；(7)通風系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、平安性綜合評價等一系列功能。假設(shè)礦井具有監(jiān)測系統(tǒng)，并有數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，<礦井通風仿真系統(tǒng)>可以與礦井監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。推行<礦井通風仿真系統(tǒng)>及以風定產(chǎn)所需的物質(zhì)、技術(shù)條件〔1〕對現(xiàn)場工程師只需求熟習通風系統(tǒng)，不需求具有專門的通風網(wǎng)絡(luò)知識。對仿真系統(tǒng)的操作就是日常對通風系統(tǒng)的管理?！?〕需求的礦井提供的數(shù)據(jù)：A.快速簡單分析礦井風機風量、風壓；主要巷道的風量、阻力；簡單的通風網(wǎng)絡(luò)B.中等復(fù)雜分析扇風機風量、風壓；重點分析網(wǎng)絡(luò)的風量和部分阻力。對于簡單分析和中等復(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〕，自動確定仿真所需的通風參數(shù)。C.詳細準確分析通風系統(tǒng)普查；采掘工程平面圖〔通風系統(tǒng)圖〕；測試扇風機性能曲線；測試全部巷道的風量值；最大阻力道路阻力測試；主要巷道的阻力測試；主要構(gòu)筑物的壓差測試。大規(guī)模軟件運轉(zhuǎn)時間：1.0版小于5分鐘；2.0版〔20小時左右〕；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1、將巷道畫在屏幕上就可以，不需求進展相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)解算處置。雙擊巷道、節(jié)點、構(gòu)筑物、風機雙擊風機鼠標右鍵優(yōu)化調(diào)理無參數(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；〔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)整通風參數(shù)的防滅火效果；〔12〕模擬密閉的漏風量及其防滅火效果；〔13〕模擬任務(wù)面推進速度、配風量及回采巷道布置方式的防滅火效果；〔l4〕模擬火災(zāi)時期自然發(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)層面漏風是影響采空區(qū)風流變化和氧氣濃度分布變化的主要要素。采空區(qū)層面漏風導致采空區(qū)漏風嚴重，氧氣濃度分布范圍很大，采空區(qū)自然發(fā)火危險增大。〔2〕在供風量2172m3/min的情況下，自燃氧化帶寬度在300m，最低的推進度要求在12m/d以上。在任務(wù)面保證推進度500m/月的情況下，那么恣意一次推進300m范圍內(nèi)，累計允許的消費停頓時間不應(yīng)超越7天，否那么，將有能夠產(chǎn)生采空區(qū)自然發(fā)火。〔3〕采空區(qū)內(nèi)部漏風改動了采空區(qū)風流運動，自