高海拔矿井创建适宜生产环境.ppt

3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,4,3.1 总体研究思路 要改善高原低压、低氧、寒冷、干燥的恶劣环境，在井下创建一个适宜的生产环境主要思路是增压、增氧、加热、加湿、减少有害气体，以达到有效降低海拔高度、提高人员吸入气体氧分压的目的。同时，加大对人员的适应性、对设备的适应性研究，共同作用于井下生产环境。,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,创建适宜生产环境技术路线图,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,4,3.2 娘姆特煤矿创建适宜生产环境的方案设计 根据娘姆特煤矿所处的客观环境，提出如下可能的设计方案： 方案一：抽出式通风方式+增加矿井风量(主)+人员选拔(辅) 方案二：抽出式通风方式+局部增压(主)+人员选拔(辅) 方案三：压入式通风方式(主)+人工增压(主)+局部补氧(辅)+人员选拔(辅) 方案四：压入式通风方式(主)+逐次增压(主)+局部补氧(辅)+人员选拔(辅),3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,4,3.3 设计方案优化选择 方案一：抽出式通风方式+增加矿井风量（主）+人员选拔（辅） 该方案存在理想化的误区，认为增加了矿井风量，矿井中的氧气量也随之增加，人就能呼吸进更多的氧气。但人吸入的氧气量是与氧分压和呼吸频率有关的，呼吸的频率是随作业强度增加而增加的，并且只能维持很短的时间。解决井下缺氧问题主要是提高氧分压，也就是提高空气压力。因此在高原矿井中依靠增加风量是不能井下缺氧问题的。 由于抽出式通风方式是负压通风，因此抽出式通风矿井内部的空气压力小于外部环境的大气压力，井下空气压力的降低更不不利于解决井下缺氧问题。 因此，方案一在技术上是不可行的。,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,4,方案二：抽出式通风方式+局部增压(主)+人员选拔(辅) 方案二也采用抽出式通风，通过在工作面建立调压气室并使用局部通风机供压的方法来提高工作面的压力。 虽然该方法能够提高工作面空气压力，但存在明显缺陷： （1）整个矿井采用抽出式通风方式，降低了矿井内部的空气压力，在工作面又采用局部通风提高工作面的空气压力，这就浪费了大量的能量。 （2）该方案可以提高工作面的空气压力，但井下其他地点的空气压力并没有得到提高。 （3）在每一个工作面需要使用局部通风机大幅度提高压力，对局部风机压力及风机数量要求较高。 因此，方案二在技术上是不可行的。,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,4,方案三：压入式通风方式（主）+人工增压（主）+局部补氧（辅）+人员选拔（辅） 方案三采用压入式通风，压入式通风是正压通风，可以提高井下空气压力，但是空气压力提高的幅度有限，因此，要充分改善矿井的工作环境，可以采取人工增压技术。人工增压技术通过控制矿井阻力的分布，实现对矿井空气压力的控制，提高矿井内部的空气压力。 局部补氧措施，可以起到缓解煤矿工人机体疲劳，以及起到临时救助站的作用，可以极大地保障矿井工人身体的健康。对人员进行选拔和训练，提高了井下工人对环境的适应性。 因此，方案三在技术是可行的。,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,4,人工增压设计图,人工增压技术主要是在回风巷道中人工增加阻力，使矿井总阻力增加，并将矿井总阻力大部分人为地设计在总回风巷中，使工作面等用风地点形成较高的空气压力，提高工作面空气压力。,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,方案三的技术指标分配 根据娘姆特煤矿实际条件在巷道中实现与海拔2700m左右的环境参数（气压、氧含量等）及人员最大做功量相同的矿井环境。针对这一技术指标，对方案三进行了具体的指标分配，方案三指标分配下图所示。,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,方案三技术路线图,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,4,方案四：压入式通风方式（主）+逐次增压（主）+局部补氧（辅）+人员选拔（辅） 方案四也采用压入式通风，并在原有压入式通风增压的基础上采用了逐次增压技术继续提高井下空气压力。逐次增压技术是在在巷道内逐次增设通风机，并在回风巷道逐次增设调节风门，从而使井下空气压力逐渐提高，最终提高工作面空气压力。 局部补氧措施，可以起到缓解煤矿工人机体疲劳，以及起到临时救助站的作用，可以极大地保障矿井工人身体的健康。对人员进行选拔和训练，提高了井下工人对环境的适应性。 因此，方案三在技术是可行的。,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,4,逐次增压设计图,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,方案四的技术指标分配 根据娘姆特煤矿实际条件在巷道中实现与海拔2700m左右的环境参数（气压、氧含量等）及人员最大做功量相同的矿井环境。针对这一技术指标，对方案四进行了具体的指标分配，方案四指标分配下图所示。,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,方案四技术路线图,3 高海拔矿井创建适宜生产环境的对策研究,4,本章小结 本章为创建娘姆特煤矿适宜的生产环境，设计了四种解决方案。经过初步论证，方案三和方案四在技术上是可行的。在高原矿井采用压入式通风以及人工增压或者逐次增压技术，可以大幅度提高井下空气压力，有效的改善了井下环境，局部补氧和人员的选拔、训练也可以有效的改善井下环境以及提高井下工人对环境的适应性。 人工增压技术和逐次增压技术是方案三和方案四和核心，第五章和第六章将对其进行重点介绍。,4 娘姆特煤矿压入式通风系统设计,4,4.1 娘姆特煤矿通风系统的确定 根据娘姆特煤矿的设计要求以及娘姆特煤矿的实际情况，娘姆特矿井选择中央并列式通风，井筒的位置布置在井田的中部，有利于各个采区的通风。在主、副井之间打一风硐安装风机，风硐分别与主、副井贯通，在副井井口建立密闭设施，在主井井筒建两道风门，来防止风流未经利用直接从主、副井口排出。主井是皮带运输巷，副井是轨道运输巷，矿井生产时主斜井、副斜井均兼做进风井，风井专门用于整个矿井的回风。,4 娘姆特煤矿压入式通风系统设计,4,4.2 娘姆特煤矿矿井风量计算 根据煤矿安全规程第103条规定，矿井总需风量按下列要求分别计算，并采取其中最大值。 （1）按井下同时工作的最多人数计算； （2）按采煤、掘进、硐室及其它用风地点实际需要风量的总和计算。 通过计算娘姆特煤矿矿井总风量为130m3/s。,4 娘姆特煤矿压入式通风系统设计,4,4.3 娘姆特煤矿矿井风量分配和通风阻力计算 娘姆特煤矿矿井风量分配时既要满足井下用风地点的需要又要符合煤矿安全规程的要求。 当井下风流路线较多时，应当选出通风阻力最大的一条风流路线的通风阻力作为整个矿井的通风阻力。 通风阻力计算公式：h=h摩+h局 h局=10%h摩。,4 娘姆特煤矿压入式通风系统设计,4,前期（3580水平）风量分配及阻力分布表,4 娘姆特煤矿压入式通风系统设计,4,中期（3380水平）风量分配及阻力分布表,4 娘姆特煤矿压入式通风系统设计,4,4.4 娘姆特煤矿工作面末端空气压力计算,抽出式和压入式通风3580水平初采工作面末端空气压力对比表,经过计算娘姆特煤矿3580水平初采工作面末端空气压力为下表所示：,4 娘姆特煤矿压入式通风系统设计,4,抽出式和压入式通风3580水平初采工作面末端空气压力对比表,经过计算娘姆特煤矿3380水平初采工作面末端空气压力为下表所示：,4 娘姆特煤矿压入式通风系统设计,4,3580水平： 抽出式通风情况下3580水平初采工作面末端的空气压力为62549.59pa，大约相当于地面海拔3858m的大气压力；压入式通风情况下3580水平初采工作面末端的空气压力为64028.47pa，大约相当于地面海拔3671m的大气压力。大气压力仍然比较低，还不能从根本上解决问题。,4 娘姆特煤矿压入式通风系统设计,4,3380水平： 抽出式通风情况下3380水平初采工作面末端的空气压力为63172.83pa，大约相当于地面海拔3779m的大气压力；压入式通风情况下3380水平初采工作面末端的空气气压力为65892.06pa，大约相当于海拔3441m的大气压力，仍然不能达到海拔3200m的压力，但与前期开采3580水平初采工作面时相比，增压效果更加明显。,5 矿井井下人工增压技术的设计,5.1 矿井井下人工增压的技术原理 压入式通风压力坡度线如图所示，该图清楚的反映了风流在流动过程中，沿程各断面上压力与通风阻力之间的关系。压力沿风流流动逐渐下降，从入风口至某断面的通风阻力就等于该断面上压力的下降值，任意两断面间的通风阻力等于这两个断面压力之差。坡度线的坡度反映了流动路线上的通风阻力分布状况，坡度越大，单位长度井巷上的通风阻力越大。,5 矿井井下人工增压技术的设计,为了实现在矿井工作面附近形成较高的压力，将整个通风过程分为如下六个阶段，即加压端、稳压段、需压段、憋压段、释压段、还原端。通风阻力根据不同需要分布在各个阶段，将通风阻力大部分人为地设计在憋压段, 使需压段等用风地点形成较高的空气压力，实现了人工增压的目的。,5 矿井井下人工增压技术的设计,因此根据高海拔矿井的具体环境，通过人为在总回风巷增加阻力的措施，使工作面的空气压力得到大幅提高。人工增压后，压力坡度线如下图所示。从图中可以看出，人工增压后矿井工作面末端空气压力得到较大的提高。,5 矿井井下人工增压技术的设计,5.2 娘姆特煤矿人工增压技术的设计 人工增压技术的核心在于主要通风机的选取和憋压段的设置，只有风机选型得当、憋压段设置合理，才能使工作面压力提高，实现人工增压的目的。 根据计算要在3580水平初采工作面达到海拔3200米的大气压力，需要在憋压段人工增加阻力3877.72Pa，要在3380水平初采工作面达到海拔3200米的大气压力，需要在憋压段人工增加阻力2014.13Pa。,5 矿井井下人工增压技术的设计,（1）人工增压设计矿井主要风机的选取 如果仅仅使用一台普通低压风机，采用人工增压措施能增加的井下空气压力有限，并且在增加井下空气压力的同时矿井风量也相应减小。因此在采取压入式通风及人工增压时首先要考虑风机的选型问题，特别是针对高原海拔3800多米的特殊环境，应该选择或者设计一种高压高风量风机或在一台风机难以满足要求的情况下选择两台相同型号风机串联，在保证井下风量不变的情况下，提高井下工作面的空气压力。,5 矿井井下人工增压技术的设计,使用高压高风量风机人工增压时风机运行工况点变化,人工增压前运行普通低压风机时矿井风阻特性曲线为R1，风机性能曲线为，风机运行工况点为M1，风机静压为H1，风量为Q1。风机在此工况点运行时，工作面压力不能满足需求，不能达到海拔3200的大气压力。因此为了增加工作面末端空气压力可以选用高压风机（其风机性能曲线为）并实施人工增压（阻力特性曲线为R2），风机运行工况点为M2，并在矿井风量Q1不变的情况下风机静压上升为H2，工作面末端空气压力提高hR（hR=H2-H1，即人工增加的阻力），使工作面末端空气压力最终达到目标压力。,5 矿井井下人工增压技术的设计,两台风机串联运行人工增压时风机运行工况点变化,人工增压前运行一台普通低压风机时矿井风阻特性曲线为R1，风机性能曲线为（），风机运行工况点为M1，风机静压为H1，风量为Q1。风机在此工况点运行时，工作面末端空气压力不能满足需求，不能达到海拔3200的目标压力。因此为了增加工作面末端空气压力可以将两台同型号风机串联运行（其风机性能曲线为）并实施人工增压（阻力特性曲线为R2），风机运行工况点为M2，并在矿井风量Q1不变的情况下风机静压上升为H2，工作面压力提高hR（hR=H2-H1，即人工增加的阻力），使工作面最终达到目标压力。,5 矿井井下人工增压技术的设计,（2）人工增压设计憋压段的布置 根据娘姆特煤矿的实际情况以及其初步设计，人工增压憋压段的布置可以通过在总回风巷设置一道或者几道调节风门来实现，通过调节风门控制矿井的通风总阻力。 在总回风巷道增设调节风门后，矿井的通风阻力会在风门前骤然增加，从而使工作面等用风地点形成较高的空气压力，达到了人工增压的目的。,5 矿井井下人工增压技术的设计,5.3 人工增压的实验研究 为了验证在压入式通风的条件下人工增压技术的增压效果，课题组于1月23日在山东科技大学泰山科技学院模拟实验矿井内进行了人工增压技术的增压效果验证实验。 实验结果表明：采用压入式通风及人工增压的通风方案完全可以大幅度的提高工作面空气压力。因此，压入式通风及人工增压的通风设计完全可以达到大幅度提高高海拔矿井工作面空气压力的设计效果。,12 娘姆特煤矿中后期通风系统设计,4,娘姆特煤矿设计使用压入式通风方式，并且经过论证压入式通风可以取得较好的增压效果，随着开采深度的不断加大，压入式通风管理越来越困难以及矿井内部的空气压力不断增大，当开采深度达到一定范围时，矿井工作面末端空气压力达到或者接近目标海拔压力，就可以把通风方式改为抽出式。 由插值法估算