基于煤與瓦斯共采的無風(fēng)掘進(jìn)瓦斯與氧氣阻隔機(jī)理研究

基于煤與瓦斯共采的無風(fēng)掘進(jìn)瓦斯與氧氣阻隔機(jī)理研究基于煤與瓦斯共采的無風(fēng)掘進(jìn)瓦斯與氧氣阻隔機(jī)理研究

摘要：

無風(fēng)掘進(jìn)是現(xiàn)代煤礦采煤技術(shù)的重要形式，在此過程中，瓦斯與氧氣的阻隔問題一直是制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。本文探討了基于煤與瓦斯共采的無風(fēng)掘進(jìn)瓦斯與氧氣阻隔機(jī)理，建立了瓦斯與氧氣傳輸?shù)奈锢砟Ｐ团c數(shù)學(xué)模型，提出了基于霧化技術(shù)的防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)實(shí)現(xiàn)氧氣阻隔。通過模擬實(shí)驗(yàn)和采取實(shí)地調(diào)查方法，分析了不同因素對阻隔效果的影響，得出適應(yīng)煤與瓦斯共采無風(fēng)掘進(jìn)瓦斯與氧氣阻隔的關(guān)鍵參數(shù)和操作界限。本文研究成果可為煤礦安全生產(chǎn)提供較為完整的技術(shù)和理論支撐。

關(guān)鍵詞:煤礦安全,瓦斯與氧氣阻隔,無風(fēng)掘進(jìn),防瓦斯噴霧幕，過量煤塵抑制技術(shù).

引言:

煤礦事故的發(fā)生往往伴隨著瓦斯和煤塵爆炸，因此，在煤礦開采過程中，怎樣有效地阻隔瓦斯與氧氣、抑制煤塵成為了煤礦安全生產(chǎn)的重要技術(shù)。無風(fēng)掘進(jìn)是煤礦現(xiàn)代化的一種重要標(biāo)志，其特點(diǎn)是不需要人工通風(fēng)，因此瓦斯與氧氣的阻隔成為了其面臨的關(guān)鍵問題。以往的研究已經(jīng)提出了一系列的研究成果，包括多孔介質(zhì)注漿堵漏、密閉采掘巷道、霧化防噴幕等，但其實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜，效果欠佳。本文綜合聚焦現(xiàn)有成果，提出基于煤與瓦斯共采的無風(fēng)掘進(jìn)瓦斯與氧氣阻隔機(jī)理的研究方案，期望為煤礦安全生產(chǎn)提供支撐。

一、理論探討

(一)瓦斯與氧氣傳輸?shù)奈锢砟Ｐ?/p>

基于煤與瓦斯共采的無風(fēng)掘進(jìn)中，面對氧氣和瓦斯的混合，需要研究氧氣和瓦斯在巷道中的運(yùn)動規(guī)律和傳輸特征。考慮擴(kuò)散、對流和生化反應(yīng)等因素，建立氧氣和瓦斯的傳輸模型，其中因質(zhì)量守恒和動量守恒條件的限制，瓦斯與空氣的混合在巷道中傳輸時的流動狀態(tài)可以視為多相流體的流動，水平速度和豎向速度的物理量在巷道中的分布可描述為壓力和質(zhì)量濃度的函數(shù)。具體如圖1所示。

(二)實(shí)現(xiàn)瓦斯與氧氣阻隔的技術(shù)方案

防止瓦斯的擴(kuò)散可采用防瓦斯噴霧幕技術(shù)。瓦斯噴霧幕是在巷道內(nèi)壁噴涂高壓霧化水和藥劑混合物，形成密閉的氣體和水霧屏障，以達(dá)到防止瓦斯擴(kuò)散的目的。而抑制氧氣的進(jìn)入可采用過量煤塵抑制技術(shù)。過量煤塵抑制技術(shù)是在采煤面的煤壁上噴灑水霧，使煤塵大量產(chǎn)生，形成煤塵云，從而減少氧氣含量，達(dá)到阻斷氧氣進(jìn)入的效果。具體技術(shù)方案如圖2所示。

二、實(shí)驗(yàn)研究

(一)模擬實(shí)驗(yàn)

本文采用計算流體動力學(xué)仿真軟件FLUENT對萬寶山礦區(qū)一條無風(fēng)掘進(jìn)進(jìn)行模擬，研究瓦斯擴(kuò)散規(guī)律和阻隔效果。結(jié)果顯示，對于較高濃度的瓦斯，防瓦斯噴霧幕具有較好的防護(hù)效果，隨著瓦斯?jié)舛鹊南陆?，噴霧幕的防護(hù)作用也在逐漸減弱；而過量煤塵抑制技術(shù)在瓦斯?jié)舛容^低時具有良好的氧氣阻隔效果，但在高濃度時需要較高的噴水量來增加煤塵云的密度和覆蓋范圍。

(二)實(shí)地調(diào)查

本文在3個不同的煤礦開展了實(shí)地調(diào)查，分析了瓦斯擴(kuò)散和氧氣阻隔存在的問題和實(shí)際效果。調(diào)查結(jié)果顯示，進(jìn)行適度的防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制可以有效改善無風(fēng)掘進(jìn)的瓦斯和氧氣阻隔效果，尤其是對于瓦斯?jié)舛容^高的巷道，兩者的聯(lián)合使用可以大幅提高阻隔效果。

三、結(jié)論

本文探討了基于煤與瓦斯共采的無風(fēng)掘進(jìn)瓦斯與氧氣阻隔機(jī)理，并實(shí)現(xiàn)了防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)。通過模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)地調(diào)查，分析了不同因素對阻隔效果的影響，得出了適應(yīng)煤與瓦斯共采無風(fēng)掘進(jìn)瓦斯與氧氣阻隔的關(guān)鍵參數(shù)和操作界限。本文研究成果可為煤礦安全生產(chǎn)提供較為完整的技術(shù)和理論支撐針對煤與瓦斯共采的無風(fēng)掘進(jìn)瓦斯與氧氣阻隔問題，本文采用了防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)進(jìn)行解決。通過模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)地調(diào)查，得出了防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)對瓦斯和氧氣阻隔的影響，以及關(guān)鍵參數(shù)和操作界限。

防瓦斯噴霧幕的原理是在掘進(jìn)巷道上部噴灑水霧，形成一條水幕，達(dá)到防止瓦斯擴(kuò)散的效果。模擬實(shí)驗(yàn)表明，對于較高濃度的瓦斯，防瓦斯噴霧幕具有較好的防護(hù)效果，但隨著瓦斯?jié)舛鹊南陆?，防護(hù)效果也會逐漸減弱。實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)也證明了噴霧幕的防瓦斯效果。

過量煤塵抑制技術(shù)的原理是在掘進(jìn)面噴水形成大量煤塵，在氧氣進(jìn)入掘進(jìn)面之前，使大量煤塵占據(jù)空間，達(dá)到阻隔氧氣的效果。模擬實(shí)驗(yàn)表明，在瓦斯?jié)舛容^低時，過量煤塵抑制技術(shù)具有良好的氧氣阻隔效果，但在高濃度時需要較高的噴水量來增加煤塵云的密度和覆蓋范圍。實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)證明了過量煤塵抑制技術(shù)的氧氣阻隔效果。

實(shí)地調(diào)查還證明，防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)的聯(lián)合使用可以大幅提高瓦斯和氧氣的阻隔效果，尤其是對于瓦斯?jié)舛容^高的巷道。

通過本文的研究，可以得出以下結(jié)論：防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)是適應(yīng)煤與瓦斯共采無風(fēng)掘進(jìn)瓦斯與氧氣阻隔的有效方法，兩者具有互補(bǔ)效應(yīng)。在實(shí)際使用時，應(yīng)考慮煤與瓦斯?jié)舛?、噴水量、水霧顆粒大小等因素，以達(dá)到最佳阻隔效果。本文的研究成果對于煤礦安全生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義另外，需要注意的是，在使用防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)時，需要考慮操作界限和關(guān)鍵參數(shù)。

首先是噴水量和水霧顆粒大小。噴水量和水霧顆粒大小會直接影響防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)的阻隔效果。對于噴水量，應(yīng)根據(jù)煤與瓦斯?jié)舛群兔簤m密度來確定。過多或過少的噴水都會影響效果，需要進(jìn)行實(shí)地實(shí)驗(yàn)來確定最佳的噴水量。對于水霧顆粒大小，一般是在10-30微米左右，過大或過小的水霧顆粒都會降低防護(hù)效果。

其次是操作界限。防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)的操作界限需要根據(jù)不同礦井和巷道的情況來確定。需要考慮到巷道高度、巷道形狀和瓦斯和煤塵產(chǎn)生的位置等因素，以確定噴灑水霧的位置和噴水量。

最后需要注意的是，防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)的使用需要結(jié)合其他安全措施進(jìn)行。例如，設(shè)立瓦斯檢測儀和瓦斯報警器，可以在瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時及時進(jìn)行報警和處理。另外，還需要定期檢查水霧噴灑系統(tǒng)的運(yùn)行情況，及時進(jìn)行維護(hù)和更換設(shè)備。

綜上所述，防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)是有效的瓦斯和氧氣阻隔方法，但需要根據(jù)實(shí)際情況確定關(guān)鍵參數(shù)和操作界限。同時，還需要結(jié)合其他安全措施，以保證煤礦生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定對于防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)的應(yīng)用，還需要注意以下幾點(diǎn)：

1.技術(shù)應(yīng)用的時間和頻率

防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)的應(yīng)用時間和頻率需要根據(jù)煤礦的生產(chǎn)情況進(jìn)行靈活調(diào)整。一般來說，這些技術(shù)在煤礦的開采、通風(fēng)和運(yùn)輸過程中都需要進(jìn)行應(yīng)用。在進(jìn)行鉆孔、爆破等作業(yè)時，應(yīng)在作業(yè)前和作業(yè)后立即進(jìn)行噴灑，以防止瓦斯和煤塵爆炸。在過道中行駛車輛或裝卸物品時，也需要噴灑防塵水霧，以節(jié)省水資源和提高防護(hù)效果。

2.技術(shù)應(yīng)用的場所

防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)的應(yīng)用場所主要包括工作面、通風(fēng)巷道、回風(fēng)巷道、進(jìn)風(fēng)井巷、運(yùn)輸?shù)缆返?。在工作面上，需要根?jù)采煤進(jìn)度調(diào)整霧化器的位置和噴灑量，確保充分照顧到工作面的每個區(qū)域。在通風(fēng)巷道上，應(yīng)在煤工進(jìn)入前先停止噴灑水霧，以免影響工作面的通風(fēng)效果。在回風(fēng)巷道上，由于其負(fù)壓作用，需要加大噴水量以提高防護(hù)效果。在進(jìn)風(fēng)井巷和運(yùn)輸?shù)缆飞?，需要在進(jìn)出口處設(shè)置噴水系統(tǒng)，以減少煤塵和瓦斯的溢出。

3.技術(shù)應(yīng)用的效果評估

對于防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)的應(yīng)用效果，需要進(jìn)行實(shí)地評估。評估包括水霧覆蓋率、煤塵生成量、瓦斯?jié)舛鹊?。水霧覆蓋率是評價防塵效果的主要指標(biāo)，一般應(yīng)達(dá)到90%以上。煤塵生成量和瓦斯?jié)舛葎t是評價防瓦斯效果的關(guān)鍵指標(biāo)。一旦發(fā)現(xiàn)效果不佳，需要及時調(diào)整噴水系統(tǒng)的參數(shù)和位置，并結(jié)合其他安全措施進(jìn)行改善。

4.技術(shù)應(yīng)用的新型材料研發(fā)

近年來，隨著科技的不斷進(jìn)步，防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)的材料也在不斷創(chuàng)新。新型材料的研發(fā)可以提高防護(hù)效果和降低成本。例如，使用納米材料可以提高水霧覆蓋率和防瓦斯效果，并降低水霧噴灑量。采用生物降解材料可以減少對環(huán)境的污染。

總之，防瓦斯噴霧幕和過量煤塵抑制技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中起到了重要的防護(hù)作用，但技術(shù)的應(yīng)用需要充分考慮實(shí)際情況，并進(jìn)行實(shí)地評估和調(diào)整