煤矿井下紧急避险系统压风供气压力波动分析细则

煤矿井下紧急避险系统压风供气压力波动分析细则一、压力波动的技术标准与安全阈值煤矿井下紧急避险系统压风供气压力波动分析需以《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范》及MT390标准为核心依据。根据规范要求，压风自救系统主管路（矿井一翼主压风管路）直径应不小于150mm，采区分管路不小于100mm，采掘工作面管路不小于50mm，管路系统在0.3～0.7MPa工况下需保持稳定运行。压风自救装置在0.3MPa压力时，单台供气量需控制在100～150L/min范围，同时满足每人每分钟不低于0.3m³/min的生存需求，噪声需低于85dB(A)。压力波动的安全阈值设定需考虑双重维度：静态压力波动允许范围为±0.05MPa，动态压力响应时间应小于2秒。当系统压力低于0.25MPa时，可能导致供气量不足，无法维持避难硐室正压环境（规范要求硐室气压需保持100～500Pa正压）；而压力超过0.8MPa时，可能造成管路接口泄漏、减压阀失效等风险。在灾变情况下，压风系统需保障在96小时额定防护时间内，压力波动幅度不超过±0.1MPa，且单次波动持续时间不得超过10分钟。二、压力波动的成因分析体系（一）气源端波动因素空气压缩机的运行稳定性直接影响供气压力基准值。地面固定式空压机需关注油气分离器滤芯堵塞情况，当滤芯压差超过0.1MPa时，会导致排气量下降15%～20%，引发周期性压力波动。对于深部矿井采用的井下移动式空压机（仅限供风水平以上2个水平的进风井井底车场安装），需重点监测冷却系统效能，环境温度每升高10℃，空压机排气压力将降低3%～5%。储气罐容积配置不足是压力骤变的关键诱因。按照规范要求，空压机配套储气罐容量应不小于10m³，若实际容积仅为设计值的60%，在多工作面同时用风时，压力波动幅度可达0.2MPa以上。此外，安全阀整定压力偏差（标准要求为工作压力的1.1倍）、压力调节器响应滞后（正常应小于0.5秒）等因素，均会加剧气源端压力波动。（二）管路传输系统扰动管路沿程阻力损失是压力衰减的主要原因。以φ150mm主管路为例，当风速达到15m/s时，每千米管路压力损失约0.08MPa，若存在90°弯头数量超过设计值的30%，局部阻力损失将增加2倍。采掘工作面的柔性风筒连接不规范（如存在长度超过5mm的破损），会导致局部压力损失达0.15MPa/m。阀门调节特性对压力波动的影响具有双向性。减压阀输出压力调节范围应≤0.9MPa，若阀芯磨损导致调节精度下降（超过±0.03MPa），会引发下游压力持续震荡。自动排气阀在硐室压力100～500Pa区间内的响应灵敏度不足时，可能造成压力超调，实测数据显示，当排气阀开启延迟超过3秒，硐室压力波动可达±80Pa。（三）末端用风负荷变化避难硐室的用气负荷突变是动态压力波动的典型场景。当避险人数从设计值的50%突增至100%时（如10人增至20人），供气量需求从3m³/min跃升至6m³/min，若供气系统未配备变频调节装置，压力将在15秒内下降0.12～0.15MPa。气幕喷淋系统启动瞬间（喷头微缝喷射压力0.4MPa），会产生0.2MPa的瞬时压降，持续时间约3～5秒。季节性用风差异同样影响压力稳定性。冬季矿井进风温度低至5℃时，压缩空气露点降低，管路内壁易形成冰堵，导致局部管径缩小20%～30%，压力损失较夏季增加40%。而夏季高温环境下，空压机吸气效率下降，额定排气量减少8%～10%，系统压力基准值普遍降低0.05～0.08MPa。三、压力波动监测与诊断技术（一）实时监测系统构建压力监测点布设需遵循“三级监测”原则：一级监测点（气源端）设置在空压机出口、储气罐进出管，采用0.2级精度压力变送器，采样频率不低于1Hz；二级监测点（管路中段）布置在采区分叉口、长距离管路每隔500m处，配置带温度补偿的压力传感器；三级监测点（末端）安装于避难硐室供气总管、自救装置前端，需同时监测压力（精度±0.25%FS）与流量（浮子流量计量程0～300L/min）。数据传输采用矿用本安型总线系统，传输速率不低于1Mbps，确保压力波动数据在100ms内上传至地面中心站。系统需具备压力波动趋势分析功能，当连续3个采样周期（3秒）压力变化率超过0.02MPa/s时，自动触发声光报警，并显示波动位置、幅度及持续时间。（二）波动类型诊断方法周期性波动诊断通过傅里叶变换将压力时域信号转换为频域特征，若在0.5～2Hz频段出现明显峰值，可判定为空压机活塞运动引发的机械性波动；若频谱峰值集中在0.1Hz以下，则可能是管路积水引发的气液两相流脉动。某矿实测数据显示，当主管路积水深度达管径1/5时，会产生0.08Hz的低频压力波动，幅度达0.06MPa。突发性波动定位采用负压波法与声波检测结合的定位技术。当管路发生泄漏时，压力波以1200m/s的速度传播，通过分析上下游传感器的压力突变时差，可实现泄漏点定位精度±5m。对于气阀故障导致的压力骤降（如减压阀卡涩），其压力曲线特征表现为：0.5秒内压力下降幅度超过0.2MPa，且伴随持续低频震荡。系统性波动评估引入压力波动系数（PFC）作为综合评价指标，计算公式为：PFC=（最大压力-最小压力）/平均压力×100%。根据现场统计，正常工况下PFC应≤8%，当PFC超过15%时，需启动系统检修。某突出矿井在采面推进至800m时，因管路累计变形导致PFC升至22%，供气量波动达±25L/min，需通过管路更换恢复系统稳定性。四、压力波动控制与优化策略（一）气源端稳压技术改造空气压缩机应优先选用变频调速机型，当用气量变化率超过10%时，变频器需在1.5秒内完成频率调节（范围30～50Hz），实现排气压力波动控制在±0.03MPa内。储气罐设计需采用“一用一备”双罐配置，单罐容积不小于15m³，并安装压力平衡管路（直径不小于50mm），通过气体缓冲作用降低短时负荷波动影响。压力调节系统需采用三级串联控制：一级压力调节器设定在0.75MPa（安全阀起跳压力0.8MPa），二级减压阀输出压力0.5MPa，末端微调阀根据避难人数动态调节（每增加1人，压力提升0.015MPa）。某矿通过该方案改造后，灾变情况下压力波动幅度从0.18MPa降至0.07MPa。（二）管路系统动态平衡设计长距离管路需采用“分段减压”设计，每隔1000m设置压力补偿站，配置电动调节阀和压力反馈装置，当检测到下游压力低于0.35MPa时，自动开启补偿支路（管径50mm），提升压力0.05～0.1MPa。对于采掘工作面移动管路，应采用钢丝增强聚氨酯软管（工作压力1.0MPa），并限制单根长度不超过100m，接头处使用双环卡箍连接，确保密封压力不低于0.9MPa。管路支架间距需符合规范要求：φ150mm管路支架间距≤6m，φ100mm管路≤5m，φ50mm管路≤3m，避免管路振动引发的压力波动。在温度变化剧烈的井筒段，应安装波纹管补偿器（补偿量±100mm），减少热胀冷缩导致的管路应力，降低接口泄漏风险。（三）末端用气智能调控避难硐室应配置动态供气调节系统，核心由PLC控制器、涡街流量计（精度±1%）和电动球阀组成。当系统检测到硐室压力低于100Pa时，自动开大供气阀门，提升供气量至设计值的120%；当压力超过500Pa时，联动开启手动排气阀（直径25mm），确保压力稳定在300±50Pa区间。某避难硐室通过该系统实现压力波动控制在±30Pa，较传统手动调节精度提升60%。自救装置需采用双回路供气设计，主回路配置定压减压阀（设定压力0.35MPa），备用回路设置压力触发阀（开启压力0.28MPa），当主回路压力低于0.3MPa时，备用回路自动投入，保障每人供气量不低于0.3m³/min。同时，在装置进气端安装微型过滤器（过滤精度5μm），防止杂质进入减压阀导致卡涩，该措施可使阀门故障率降低75%。五、压力波动应急处置与维护规范（一）应急处置流程当监测系统发出压力低报警（＜0.25MPa）时，应立即启动备用空压机，开启井下环形风路，通过管路切换将压力恢复至0.4MPa以上。若发生管路破裂导致压力骤降（10秒内下降＞0.3MPa），需执行三级关断程序：首先关闭事故区段上游阀门，其次启动硐室备用气瓶（压力15MPa，容积40L），最后通过压风管路与供水施救系统的应急连接装置，利用水泵压力临时维持硐室正压。针对压力超高（＞0.8MPa）情况，应优先开启储气罐安全阀旁路阀（直径32mm），同时关闭空压机进气阀，通过分级卸压将系统压力控制在0.6MPa。某矿在2023年压力失控事件中，采用该方法使系统降压时间从常规15分钟缩短至3分钟，避免了管路爆裂风险。（二）预防性维护要点建立“三级过滤”维护体系：空气压缩机吸气口安装初级过滤器（过滤精度20μm），每季度更换；储气罐出口设置次级过滤器（10μm），每月检查压差；自救装置前端安装精密过滤器（5μm），每周清洁。过滤器压差超过0.07MPa时必须更换，否则将导致压力损失增加15%～20%。定期开展压力波动模拟测试，每年进行1次全系统联动调试：模拟最大用气量（同时开启8台自救装置）、突然停气（切断气源后监测压力衰减曲线）、阀门故障（关闭30%管路阀门）等工况，记录压力恢复时间、波动幅度等参数。测试数据显示，经过规范维护的系统，压力恢复时间可控制在90秒内，较维护缺失系统缩短60%。管路腐蚀监测采用超声波测厚技