小青礦密閉壓差與大氣壓關(guān)系的研究分析

1、    小青礦密閉壓差與大氣壓關(guān)系的研究分析    路鵬+呂巍+闞占和摘 要：地面大氣壓變化引起井下風(fēng)流絕對靜壓同步變化，使密閉內(nèi)氣體呈“膨脹-收縮”的“呼吸”狀態(tài)，從而導(dǎo)致密閉內(nèi)有毒有害氣體異常涌出，造成瓦斯超限；或含氧量高的氣體進(jìn)入密閉空間內(nèi)，增加密閉自然發(fā)火危險(xiǎn)。通過分析這一過程的變化原因和規(guī)律，及時(shí)采取相應(yīng)措施，從而有效控制閉前瓦斯超限和防治密閉內(nèi)自燃等問題。關(guān)鍵詞：大氣壓變化；井下密閉；密閉壓差；瓦斯防治前言大氣壓亦稱“大氣壓強(qiáng)”，是由于地球周圍大氣的重力而產(chǎn)生的壓強(qiáng)。其大小與高度、溫度等條件有關(guān)。對于同一地區(qū)，在一天之內(nèi)的不同時(shí)間，地面的大氣

2、壓值也會(huì)有所不同。大氣壓變化是人力不可控制的自然現(xiàn)象，然而其變化并非無規(guī)律可循，探索大氣壓變化影響密閉壓差的變化規(guī)律，探索大氣壓變化影響密閉瓦斯涌出的原因和其間的關(guān)系，采取合理的技術(shù)措施就可以有效地抵御或消除這種影響，保障煤礦安全生產(chǎn)。1 基本情況小青煤礦開拓方式為立井、多水平、分區(qū)、集中運(yùn)輸大巷、采區(qū)石門、上下山開拓，整個(gè)礦井劃分為兩個(gè)水平開采，分別為一水平和二水平；一水平為現(xiàn)生產(chǎn)水平，水平標(biāo)高為-447米，主采4-2、7煤層。二水平尚未開拓。工作面采用走向或傾斜長壁后退式綜合機(jī)械化采煤方法，全部冒落法管理頂板。小青礦為兩翼對角通風(fēng)方式，主要通風(fēng)機(jī)工作方法為抽出式，中央主、副井入風(fēng)，東、南風(fēng)

3、井排風(fēng)。小青礦布置有主要入風(fēng)巷和主要回風(fēng)巷，各采區(qū)均采用分區(qū)通風(fēng)，布置有入風(fēng)中巷和專用回風(fēng)巷，采煤工作面均采用u型通風(fēng)方式。礦井絕對瓦斯涌出量為45.16 m3/min，礦井相對瓦斯涌出量為10.81m3/t。2 大氣壓變化與井下密閉壓差變化關(guān)系分析2.1 大氣壓變化與井下風(fēng)流絕對靜壓變化關(guān)系分析礦井主要通風(fēng)機(jī)的機(jī)械風(fēng)壓是克服井巷通風(fēng)阻力的主要?jiǎng)恿?，在抽出式通風(fēng)方式下表現(xiàn)為主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng)靜壓（忽略自然風(fēng)壓，主要通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口的速壓較小且相對穩(wěn)定，也視為定值忽略不計(jì)），即礦井通風(fēng)負(fù)壓，如圖1所示。其值應(yīng)等于風(fēng)硐外地表大氣壓與主要通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口風(fēng)流絕對靜壓之差。則有：h通靜=h阻 （1）h通靜= p0

4、-p入 （2）式中：h通靜-主要通風(fēng)機(jī)負(fù)壓，（pa）；h阻-井巷通風(fēng)阻力，（pa）；p0 -出風(fēng)井口地表大氣壓，（pa）；p入-主要通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口風(fēng)流絕對靜壓，（pa）。礦井正常通風(fēng)過程中，井巷通風(fēng)阻力是相對定值，則通風(fēng)負(fù)壓也為相對定值，而地表大氣壓是隨時(shí)變化的，由式（1）、（2）可以看出，h通為定值而p0隨時(shí)變化，則p入必須與p0同步變化，則：主要通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口風(fēng)流絕對靜壓應(yīng)隨大氣壓變化而同步變化。同理可以推斷：井下任意測點(diǎn)風(fēng)流的絕對靜壓也是隨大氣壓變化而同步變化的，直至礦井進(jìn)風(fēng)井口空氣絕對靜壓p0也是與出風(fēng)井口大氣壓p0同步變化的（忽略進(jìn)出風(fēng)井口間的高差，則p0=p0）。還可從另一方面理解這一

5、觀點(diǎn)：井巷風(fēng)流流動(dòng)是因兩端存在相對壓差，各段井巷兩端相對壓差的累加和即為礦井總風(fēng)壓，使井巷風(fēng)流穩(wěn)定流動(dòng)，礦井通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須保持相對壓差不變，因此地面大氣壓變化時(shí)井下各點(diǎn)絕對靜壓必然同步變化，否則礦井總風(fēng)壓將發(fā)生變化而引起通風(fēng)系統(tǒng)紊亂。礦井通風(fēng)管理中主要通風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)也說明了這一點(diǎn)，不論地表大氣壓如何變化，礦井主要通風(fēng)機(jī)機(jī)房中安設(shè)的水柱計(jì)或負(fù)壓傳感器顯示值為相對定值，并未隨大氣壓變化而變化。2.2 大氣壓變化與密閉壓差變化之間的關(guān)系地表大氣壓變化引起井下風(fēng)流絕對靜壓同步變化，密閉內(nèi)氣體的絕對壓力比較穩(wěn)定，使密閉內(nèi)氣體呈“膨脹-收縮”的“呼吸”狀態(tài)，從而導(dǎo)致密閉內(nèi)有毒有害氣體異常涌出，

6、造成瓦斯超限；或含氧量高的氣體進(jìn)入密閉空間內(nèi)，增加密閉自然發(fā)火危險(xiǎn)。3 大氣壓變化和密閉壓差變化實(shí)測分析3.1 觀測點(diǎn)的布置情況為充分了解地面大氣壓變化與井下密閉壓差變化之間的關(guān)系，小青煤礦在地面、井下設(shè)置的多組測點(diǎn)，地面安設(shè)壓力傳感器，井下在密閉觀察管上安設(shè)壓差傳感器，地面、井下數(shù)據(jù)傳至地面kj2000煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，連續(xù)觀測大氣壓、密閉內(nèi)與密閉外的壓差變化情況。3.2 大氣壓變化實(shí)測數(shù)據(jù)分析現(xiàn)選取w2-401運(yùn)順聯(lián)絡(luò)道、n1-2#材料上山兩道永久密閉，以及地面大氣壓值進(jìn)行分析，現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)如表1所示。通過圖2可直觀看出，大氣壓穩(wěn)定時(shí)，無論大氣壓較高或較低，只要處于穩(wěn)定狀態(tài)，密閉的壓差也處

7、于穩(wěn)定狀態(tài)，如3月5日16時(shí)至3月5日22時(shí)；大氣壓處于由高到低的變化狀態(tài)，密閉的壓差則處于由小到大的變化狀態(tài)，如3月5日10時(shí)至3月5日14時(shí)；大氣壓處于由低到高的變化狀態(tài)，密閉的壓差則處于由大到小的變化狀態(tài)，如3月6日8時(shí)至3月6日14時(shí)。大氣壓變化越快，密閉壓差也隨之變化越快。3.3 密閉壓差變化的應(yīng)對措施3.3.1 防治瓦斯措施調(diào)度每2小時(shí)對地面大氣壓力進(jìn)行一次檢查，發(fā)現(xiàn)地面大氣壓力下降及時(shí)通知井下采取抽放、風(fēng)排等有效措施進(jìn)行處理。井下受大氣壓影響變化大的密閉前安設(shè)瓦斯傳感器，監(jiān)視閉前瓦斯?jié)舛?，并在密閉前安設(shè)自動(dòng)抽放閥門，當(dāng)閉前瓦斯?jié)舛瘸噬蠞q趨勢時(shí)，遠(yuǎn)方操作開啟自動(dòng)抽放閥門進(jìn)行抽放。3

8、.3.2 防治自然發(fā)火措施保證封閉質(zhì)量，防止漏風(fēng)。采煤工作面封閉要先充填砂帶，后砌永久密閉、噴混凝土，并有補(bǔ)充充填措施管。加強(qiáng)密閉的檢查維護(hù)，保證嚴(yán)密。密閉損壞或圍巖壓裂要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，采用注白泥、加固劑進(jìn)行封堵。抽放密閉內(nèi)氣體時(shí)必須控制好抽放負(fù)壓和流量，不得長期抽放，并加強(qiáng)取樣化驗(yàn)分析，防止密閉內(nèi)自然發(fā)火。采取以上措施后，有效杜絕了井下各地點(diǎn)密閉瓦斯超限和自然發(fā)火現(xiàn)象。4 結(jié)束語（1）大氣壓變化導(dǎo)致密閉內(nèi)瓦斯異常涌出，這一現(xiàn)象的根本原因是大氣壓變化引起井下風(fēng)流絕對靜壓同步變化，使密閉內(nèi)氣體體積發(fā)生“膨脹-收縮”的“呼吸”態(tài)變化。（2）根據(jù)長期觀察得出，導(dǎo)致大氣壓變化的原因主要有以下幾點(diǎn)。一是大氣的運(yùn)動(dòng)；風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)時(shí)氣壓較低，風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)時(shí)氣壓較高。二是大氣溫度和濕度的變化；經(jīng)過觀察，低壓和陰天，降雨、降雪天氣相關(guān)，溫度變化較小，高壓和干燥晴朗的天氣相關(guān)，氣溫變化較大。（3）通過采取抽放、風(fēng)排等有效措施進(jìn)行處理，可有效防止瓦斯超限事故發(fā)生；通過控制抽放負(fù)壓和流量，加強(qiáng)取樣化驗(yàn)分析，可有效防止自然發(fā)火事故發(fā)生。