2016.4.15川南巖溶區(qū)域快速金屬錨壁法治理總回風巷漏風關鍵技術匯編

瀘州市威鑫煤業(yè)有限公司科學技術報告

川南巖溶區(qū)域快速金屬錨壁法治理總回風巷漏風關鍵技術

瀘州市威鑫煤業(yè)有限公司四川師范大學2016.04.15匯報內容項目簡介1快速金屬錨壁法施工方法5效果檢驗與效益分析6快速金屬錨壁法工藝技術4總回風巷通風數(shù)值模擬3研究內容與技術路線2結論與創(chuàng)新71.項目簡介威鑫煤礦總回風平硐布置在二疊紀茅口灰?guī)r中，該地層巖溶發(fā)育，井口標高+1100m，井口以里平巷坡度為3‰，總回風平硐井口向里320.5m段巖溶、裂隙發(fā)育，穿過巖溶漏斗、溶洞等有9個之多.礦井風機運行時，在該段形成負壓，導致嚴重漏風，最大漏風量約1100m3/min。總回風巷漏風情況由來治理前的總回風巷1.項目簡介根據(jù)調研情況，礦井總回風量5462m3/min，但在總回風巷的300余米風量損失極大，據(jù)現(xiàn)場測定總回風巷道以內350米處風量銳減至4426m3/min，巷道外部漏風1163m3/min，外部漏風率達20.8%。1.項目簡介總回風巷漏風對威鑫礦安全生產(chǎn)威脅包括：1）造成用風點有效風量大量減少，使礦井井下某區(qū)域可能形成瓦斯等有毒有害氣體的積聚，還會使作業(yè)場所出現(xiàn)不良氣候條件。2）使通風系統(tǒng)復雜化，影響礦井通風穩(wěn)定性和可靠性，增加風量調節(jié)的困難。3）可能使采空區(qū)遺煤引起自然發(fā)火。4）大量漏風必將降低礦井有效風量率、增加礦井通風的電耗成本。1）收集威鑫礦的基礎地質資料、運行數(shù)據(jù)并進行現(xiàn)場實測調研，結合川南地區(qū)巖溶發(fā)育的特點，綜合分析+1100m回風巷道的漏風原因。2）針對該漏風巷道的實際情況，提出漏風治理備選方案，并通過實驗室實驗、數(shù)值模擬以及理論分析等手段來確定各種方案的優(yōu)缺點，并最終確定技術方案，以及該方案的關鍵點和重點技術。3）利用計算機輔助設計技術對確定的方案進行具體參數(shù)設計，內容包括工藝流程、計算機輔助工藝設計、材料選擇、現(xiàn)場施工、壽命評估、后期保養(yǎng)與維護等一整套技術，并力求達到先進、高效、經(jīng)濟的技術水平。4）將漏風治理具體方案在現(xiàn)場實施，并檢驗實施效果，通過反饋效果對計算機輔助設計進行完善和修改，并最終形成先進、高效、經(jīng)濟、安全的巖溶地區(qū)巷道漏風治理技術。2.研究內容及技術路線研究內容2.研究內容及技術路線基礎資料收集漏風原因分析實驗室實驗理論分析FLUENT模擬方案確定/關鍵參數(shù)計算機輔助設計方案實施效果檢驗最終技術方案完善通過理論分析、數(shù)值模擬、計算機輔助設計、現(xiàn)場驗證等方法研究總回風巷的漏風規(guī)律、選擇合理工程對策以及計算機輔助設計，在此基礎上確定工程技術具體參數(shù)，最后將該技術運用到總回風巷漏風治理中，通過最終的堵漏效果再對以上技術進行完善。

技術路線圖3.總回風巷通風數(shù)值模擬數(shù)學模型質量守恒定律——連續(xù)方程動量守恒定律——運動方程能量守恒——粘性流體的能量方程3.總回風巷通風數(shù)值模擬1.幾何模型與網(wǎng)格化

2.總回風巷剖面圖3.總回風巷通風數(shù)值模擬空氣進入巷道的云圖，可見巖層內部的氣流速度總體較為均勻，大致為1.5e-2m/s，在靠近巷道表面處氣流速度出現(xiàn)了明顯的不均勻，巷道頂部風速較大，兩幫及底面風速減小。該處斷面空氣以0.137m3/s的流量從地面穿過裂隙地層進入回風巷道。

右圖為主回風巷風流參數(shù)云圖。依次展示了風流壓力云圖，切應力云圖，風流沿X方向上的X方向加速度云圖。以第3圖為例，風流在巷道拐彎處的右上角加速度最大。3.總回風巷通風數(shù)值模擬3.總回風巷內部通風模擬上圖為主回風巷風流壓力云圖?；仫L口向里風流負壓逐漸降低。下圖為巷道內部風流速度矢量圖。3.總回風巷內部通風模擬4.漏風治理前后總回風斷面云圖對比治理前治理后漏風治理后現(xiàn)場實測風流損失約159-186m3/min，在風機功率不變的情況下，通風量在進口段提升至4093m3/min，比治理前的礦井通風量提升了554m3/min，非常明顯的改善了礦井通風條件。3.總回風巷通風數(shù)值模擬出風口斷面風流通量為4702m3/min，平均風速大約為7.84m/s，進風口風流通量為3539m3/min，平均風速大約為5.89m/s，風量損失為1163m3/min，基本與實際情況較為符合。4.快速金屬錨壁法工藝技術

總體設計如圖所示，金屬錨壁由端蓋、金屬錨壁主體、轉彎緩沖體、錨桿等構成，通過快速金屬錨壁法形成二次回風巷，能夠快速有效地防止漏風現(xiàn)象。其中端蓋由混凝土制作，與巖巷、金屬錨壁嵌合。金屬錨壁主體之間采用新型法蘭連接，而金屬錨壁與頂板采用間距750mm*750mm的特制錨桿聯(lián)接。巷道轉彎處、或者長距離巷道的中間處分別設轉彎緩沖體和端蓋緩沖體，由混凝土制作，中間填充柔性材料起到緩沖作用。1.總體設計2.裝配圖4.快速金屬錨壁法工藝技術端蓋組件側板組件蓋板組件（含錨桿組件）錨桿組件轉彎緩沖零件4.快速金屬錨壁法工藝技術3.零件圖4.快速金屬錨壁法工藝技術3.金屬錨壁變形圖表5-1設備、設施統(tǒng)計表序號設備材料名稱單位數(shù)量備注135mm2電纜m5002防爆開關臺23等離子切割機臺14打汽泵臺15滾板機臺16二氧化碳保護焊機臺27小焊機臺18平板車自制可移動操作平臺座110000元9平板車自制可移動手動叉車臺113000元10平板車臺311攪拌機350型臺112鏟車臺15.快速金屬錨壁法施工方法1.施工設備按20m一個點實測漏風數(shù)——掘進起底至設計標高并整平——裝運矸石至地面卸矸點——φ42鉆頭打錨桿聯(lián)接眼——制安連接錨桿——制安金屬錨壁側板并錨桿聯(lián)接——使用法蘭聯(lián)接相鄰側板——搭設操作平臺（安裝金屬錨壁蓋板用）——制安金屬錨壁蓋板并錨桿聯(lián)接——使用法蘭聯(lián)接相鄰蓋板、側板——澆筑底板砼——清理巷道浮渣——實測檢查封堵漏風數(shù)據(jù)（如達到要求）——竣工驗收。5.快速金屬錨壁法施工方法

2.施工工藝施工后的巷道5.快速金屬錨壁法施工方法3.現(xiàn)場圖片6.效果檢驗與效益分析地點斷面(㎡)風量（m3/min)堵漏前堵漏后堵漏前堵漏后1#機+6°2#風機+6°1#風機+6°2#風機+6°1#機0°1#風機-3°2#風機0°2#風機-3°引風硐12.412.455895466534252144375372441863584總風外部未漏風段11.111.154625342527750894282358440433436堵漏末端11.19.952445206521950644246356540283428堵漏80m10.89.5549144896521450784254357240363433堵漏150m11.610.147254644522150264261356240423424堵漏240m8.47.245614462527350444246354140543425堵漏始端7.66.644264106520350384216353940163416主平硐1500m101042644151503049764166344638693278主平硐600m10.410.438693816480047743894321236233064+1100m回風平硐漏風治理前后數(shù)據(jù)測試表——風量1.效果檢驗地點斷面(㎡)風速(m/s)堵漏前堵漏后堵漏前堵漏后1#機+6°2#風機+6°1#風機+6°2#風機+6°1#機0°1#風機-3°2#風機0°2#風機-3°引風硐12.412.47.517.357.187.015.884.925.634.82總風外部未漏風段11.111.18.208.027.927.646.435.386.075.16堵漏末端11.19.97.877.828.798.537.156.006.785.77堵漏80m10.89.557.587.569.108.867.426.237.045.99堵漏150m11.610.16.796.678.628.297.035.886.675.65堵漏240m8.47.29.058.8512.2111.689.838.209.387.93堵漏始端7.66.69.719.0013.1412.7210.658.9410.148.63主平硐1500m10107.116.928.488.296.945.826.455.46主平硐600m10.410.46.206.127.697.656.245.155.814.91+1100m回風平硐漏風治理前后數(shù)據(jù)測試表——風速地點斷面(㎡)負壓（pa）堵漏前堵漏后堵漏前堵漏后1#機+6°2#風機+6°1#風機+6°2#風機+6°1#機0°1#風機-3°2#風機0°2#風機-3°引風硐12.412.428982646244423181678122816231208總風外部未漏風段11.111.1堵漏末端11.19.9堵漏80m10.89.55堵漏150m11.610.1堵漏240m8.47.2堵漏始端7.66.6主平硐1500m1010主平硐600m10.410.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明：漏風治理前，+1100回風平硐外部漏風1163m3/min，外部漏風率20.8%，漏風治理后外部漏風159~223m3/min，漏風率小于5%。經(jīng)濟效益分析：總風漏風治理后，根據(jù)礦井實際需風量，葉片角度降低了9°，主扇功率降低了97KW，月節(jié)約能耗7.12萬元，礦井通風阻力由原來2898Pa降至1228Pa，通風困難程度由原中等變?yōu)槿菀?。每年?jié)約費用：7.12*12=85.4萬元，即每年節(jié)約費用為85.4萬元之間。根據(jù)該礦現(xiàn)有礦井服務年限40年，可節(jié)約費用：85.4*40=3416萬元，經(jīng)濟效益非常顯著。2.經(jīng)濟效益分析6.效果檢驗與效益分析7.結論與創(chuàng)新1.分析總回風巷的漏風致因根據(jù)地質報告和風量測量、文獻調研、現(xiàn)場實地調查，分析了引發(fā)總回風巷漏風的主要原因是巖溶發(fā)育，以及巖層裂隙。2.總回風巷漏風治理方案研究考慮了砌碹法、擴巷+鋼筋混凝土支護法、注漿堵漏法等傳統(tǒng)漏風治理方案，通過現(xiàn)場試驗、以及技術和經(jīng)濟指標分析，提出采用新型快速金屬錨壁法方案治理漏風。3.川南巖溶區(qū)域漏風規(guī)律研究推導了滲流場的三個基本方程，即連續(xù)方程，運動方程和能量方程，以及上覆裂隙地層進入巷道過程的多孔介質基本方程；利用FLUENT研究了巷道漏風滲流場規(guī)律和研究了巷道風流場規(guī)律，為采用快速金屬錨壁法治理漏風措施提供科研數(shù)據(jù)。1.主要結論4.提出了巖溶區(qū)域快速金屬錨壁法工藝技術提出金屬錨壁的基本設計要求，設計了總裝圖、關鍵零部件的三維模型；2完成金屬錨壁關鍵部件的實驗仿真、受力分析、可靠性分析和壽命評估等輔助分析工作；3）提出金屬錨壁法的施工設備、施工工藝和施工方法；4）提出保養(yǎng)和維護工藝和方法。5.巖溶區(qū)域快速金屬錨壁法現(xiàn)場效果評價從近三年生產(chǎn)表明，該方案基本達到設計要求。漏風治理前+1100回風平硐外部漏風1163m3/min，外部漏風率20.8%，漏風治理后外部漏風159~186m3/min，漏風率小于3.5%.該技術可為各類巷道防漏風治理提供可參考的技術措施，其技術對營造良好的通風環(huán)境，提升安全生產(chǎn)水平有積極有效的促進作用。7.結論與創(chuàng)新1、通過理論分析建立了巖溶區(qū)域的總回風巷滲流基本方程，并數(shù)值模擬了風流場規(guī)律。獲得了風流在巷道流動