采煤工作面上隅角瓦斯治理装置研制与应用.doc

平职学院2007年度优秀论文评奖申报表论文题目采煤工作面上隅角瓦斯治理装置研制与应用作者1、 彭新荣2、郑光相发表的刊物名称煤矿机械刊号ISSN 1003-0794 CN 23-1280/TD核心发表时间2007.8交流的会议名称（主办单位）交流日期交流获奖情况交流获奖级别论文摘要针对煤矿采煤工作面上隅角容易聚集瓦斯问题，研制出一种适合矿井特殊环境下使用的引风器，为采煤工作面上隅角瓦斯治理增加了一种新的途径和措施。通过煤炭企业应用，获得了良好的使用效果。专业评审组意见年 月 日附件：论文内容（必须和发表刊登的文章内容完全一致）：采煤工作面上隅角瓦斯治理装置研制与应用彭新荣 郑光相（平顶山工业职业技术学院，河南 平顶山467001）摘要：针对煤矿采煤工作面上隅角容易聚集瓦斯问题，研制出一种适合矿井特殊环境下使用的引风器，为采煤工作面上隅角瓦斯治理增加了一种新的途径和措施。通过煤炭企业应用，获得了良好的使用效果。 关键词：采煤工作面 引风器 研制 瓦斯治理 Application and Develop on Apparatus of Gas Control at Corners of a Coal Mine Face Worked Peng Xin Rong, Zheng Guang Xiang(pingdingshan Industrial College of Technology, Pingdingshan, Henan, 467001)Abstract: Aiming at Problems of easy accumulation of gas at corners of Coal mine face worked, the authors develop fan which is proper to keep work under the particularity environment, add a new of method for controlling the accumulation of gas at corners of coal mining face worked, gained all right result in the coal enterprise application.Key words: Coal mining face worked; fan; develop; gas control 1 问题的提出煤矿采煤工作面多采用“U”型通风方式，上隅角容易聚集瓦斯是其存在的主要问题。主要原因是进入采空区的漏风携带瓦斯从上隅角流出，与主风流汇合时形成漩涡区，不能及时被主风流带走，造成瓦斯聚集超限所致。一种简单有效的方法是及时将聚集的瓦斯躯散，由于存在瓦斯爆炸的安全隐患，对驱散使用的设备安全性要求很高。用水作动力的风流引射装置本身无机械运动部件，没有产生火花的隐患，为此，很早就有人研究应用于井下局部通风和除尘。早期出现的水射流引射装置，由于耗水量大或配套泵站庞大未能在井下推广应用。笔者在广泛调研的基础上，研制出了一种专用水射流引风器。引射器用旋转射流代替原来的普通射流，提高能量转换效率，缩短风机长度；设计配套了一台小巧的高压小流量泵站，用高压小流量水源（大于10MPa）代替原来的低压大流量水源（小于4MPa）,大幅降低用水量。引射器通过在多个矿井采煤工作面使用，收到良好效果。2 工作原理及理论特性(1)结构特点引风器主要由集流器、引风段、风筒、泵站和高压胶管等组成（如图1）。旋转雾化射流喷射组件（如图2）用流线型支撑固定于引风器中央，射流缓慢扩散至端部时到达风筒边缘，以尽可能多的将射流能量传给风流。风筒由钢板卷制而成，每节1250mm，两端分别焊接一特制的快速连接装置。尾段风筒设有风水分离器，将部分水流分离引出引风器。引风器可由井下高压水源供水，也可由专用泵站供水。 图1 引风器结构原理图Fig.1 diagram of structure principle图2 喷射组件结构图Fig.2 muzzle component construction (2)工作原理高压水通过固定在引风器内的特制喷头形成旋转雾化射流，高速雾粒与空气的动量交换和高压水射流的卷吸作用带动气流前进，形成风流，在进风口处产生负压，把含有瓦斯或粉尘的空气吸入风机，从而达到引射风流的目的。在处理采煤工作面上隅角积聚瓦斯时，引风器利用高压水作动力形成引射风流，可将积聚在上隅角的瓦斯抽放或吹散到回风巷，使其与主风流混合从而达到解决瓦斯积聚的目的。(3)理论特性我们把引风器的风量与供水压力间的关系，称为引风器的理论特性。假定高压水射流与风流能量交换时无能量损失，按能量守恒定律，输入给引风机的功率（1000pQ0/60）应等于水射流风机输出的功率（hQ/60），即： 1000pQ0/60=hQ/60 (1)式中：p 动力水源的水压，MPa Q0喷嘴出口流量， L/min h 为克服风筒中风流流动阻力而产生的风压，Pa Q 引风器产生的风量，m3/min风流流动阻力可由下式计算： h=LUQ2/S3 (2)式中：风筒的摩擦阻力系数，Ns2/m4 L引风器全长，m U风筒过风断面周界，m，圆形UD S风筒断面面积，m2喷头出口流量与动力水源水压关系：Q0=kd2p1/2 (3) 式中：k喷嘴流量系数，由实验确定。 d喷嘴直径，mm将(2)、(3)式代入(1)式得： Q=10(kd2S3/LU)1/3.p1/2=A.p1/2 (4)式中：A=10(kd2S3/LU)1/3风机结构参数。(4)式说明引风器的风量与供水压力的平方根成正比，与引风器结构参数成正比，如图3所示（实线为A=0.5时的特性，虚线为A=0.75时的特性）。引风器结构参数仅与风机几何尺寸有关，由风筒断面面积、风筒长度、喷嘴直径等决定。图3 引风器理论特性Fig.3 fan theory properties3 引风器主要技术参数及实际特性3.1 主要技术参数(1)引风器参数： 额定风量： 80 m3/s 额定水压： 10 MPa 额定水量： 12 L/min 喷嘴直径： 1.5 mm 引风器最小长度： 4.6 m 风筒直径： 320 mm(2)配套供水泵站参数： 额定压力： 10 MPa 最高压力： 15 MPa 额定流量： 15 L/min 电机功率： 4 kw 泵站重量： 75 kg 3.2 引风器实际特性引风器实际特性如图4所示（实线喷嘴直径d=1.5mm；虚线喷嘴直径d=2.5mm)。图4 引风器实际特性Fig.4 fan practice properties3.3 引风器的性能特点：(1)引风器利用高压水通过喷嘴形成的射流动力引射产生风量，本身无机械运动部件，没有产生火花的隐患。特别适合各种含有瓦斯及其他有害气体的环境通风除尘。(2)用水量仅相当一只转载点降尘喷嘴，井下使用可省掉水循环系统。(3)引风器既可引射风流引排瓦斯，又可除尘，除尘效率可达98%。(4)结构简单，安装、移动方便。(5)风量大小可调，改变水压即可调节风量。(6)在采面上隅角使用时，也可直接由高压乳化液提供动力。 4 安装布置及使用方式现场安装时，按图1所示的顺序用M1045螺栓连接集风器、引风段和风筒，将其用两根圆环链吊挂于顶梁上，用10mm的高压胶管连接泵站与引风器，用13mm的吸水管连接泵站与供水管路，用控制容量大于4Kw的磁力启动器（自备）控制泵站的开停。引风器引排上隅角瓦斯可采取三种布置方式：(1) 按图5（a）安装，引风器顺采面布置，出风口对准上隅角吹散瓦斯。(2) 按图5（b)安装，引风器顺回风巷布置，吸风口对准上隅角抽排瓦斯。吸风口可装一段骨架风筒，使排风口避开回风巷设备。(3) 按图5（c）安装，引风器顺回风巷布置，出风口对准上隅角吹散瓦斯。(a) (b) (c)图 5 引风器处理瓦斯时的布置方式Fig.5 distribution mode of fan treating gas5 应用情况及效果引风器在平煤集团、义煤集团和郑煤集团等多个矿井已推广使用40多台，获得了良好的使用效果，为煤矿采煤工作面上隅角瓦斯治理和掘进工作面除尘增添了一种新的途径和措施。现以义马集团公司某矿应用引风器治理采煤工作面上隅角瓦斯为例，说明其使用效果。5.1工作面概况。义马某矿12261综放工作面，走向长度652m，倾斜长度127m，煤层厚度0.58.0m，平均厚度4.0m，倾角490。媒质松软，呈粉末状。由于煤层厚度变化较大，瓦斯涌出不均匀，最大绝对瓦斯涌出量5m3/min，上隅角瓦斯经常超限，经常因为处理瓦斯而被迫停产。因此使用引风器处理上隅角瓦斯。5.2使用情况及效果。2004年7月5日，引风器布置在综放工作面上隅角回风巷，按图5（c）安装，引风器出风口朝向上隅角以吹散上隅角瓦斯。采用乳化液泵站供水，实测风量90m3/min。开机前，实测上隅角瓦斯浓度大于3%，开机后，上隅角瓦斯很快降低到0.60.8%