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(1)均压防灭火
均压防灭火就是通过通风方法降低漏风通道两侧的风压差,减少漏风量,防止和抑制煤层自燃的防灭火技术。
均压防灭火的实质是利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施,改变漏风区域的压力分布,降低漏风压差,减少漏风,从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区,或熄灭火源的目的。
均压的概念始于20世纪50年代,由波兰学者汉·贝斯特朗提出,20世纪60年代一些采煤技术发达的国家竞相采用,多次获得成功。与此同时我国在淮南、开滦、阜新、抚顺、芙蓉和六枝等矿区开始推广应用,并在应用中使这一技术不断完善和发展。开始,这一技术只应用于加速封闭火区内火源的熄灭,以后又应用于抑制非封闭采空区里煤炭的自热或自燃,同时保证工作面正常安全生产。
(2)调压设施均压防灭火的原理
1)调节风窗调压原理
在并联风路分支中安装调节风窗后,由于风路中增加了风阻,使其风量减少。风量变化引起本分支和相邻分支压力分布改变。
调节风窗调压的实质是增阻减风,改变调压风路上的压力分布,达到减压目的。因此,其应用是以本风路风量可以减少为前提条件。
2)风机调压原理
在需要调压的风路上安装带风门的辅助通风机,利用风机产生的增风增压作用,改变风路上的压力分布,达到调压的目的。
应该指出的是,单独使用调压风机调压是以增加风量为前提。
3)风窗-风机联合调压的原理
使用风窗和风机联合调压时,有增压调节和降压调节两种。
①风窗-风机增压调节
增压调节是指使两调压装置中间的风路上风流的压能增加。为此,风机安装在风窗的上风侧。增压调节又可分为风量不变和减少两种。
②风窗-风机联合降压调节
作降压调节时,风窗安装在上风侧,风机安装在下风侧。
(3)工作面采空区自燃火源或高温点的调压
采空区火源或高温点产生的位置取决于采空区内堆积的遗煤和漏风分布。因此,采用调压法处理采空区的高温点或自燃火源之前,必须首先了解可能产生火源的空间位置及其相关的漏风分布,以便进行有针对性调节。
1)采空区的漏风形式
采空区的漏风基本上可分为并联漏风和角联漏风两种。
①并联漏风
为了便于分析,后退式采煤工作面U形通风系统采空区漏风分布,可以简单化成一个始、末端分别为工作面下、上口,与工作面风路相并联的等效风路。
②角联漏风
采空区内除存在并联漏风外,还有部分漏风与其他通风巷道发生联系,这种漏风称为角联漏风。淮南李一矿同时开采层间距较近两层煤时,因两工作面间的错距较小,造成上下工作面采空区相互连通,而产生对角漏风。实际上,对角漏风可能发生在采空区的一个条带上,在研究问题时为方便起见,漏风路线简化为对角支路。
2)并联漏风范围内的高温点或火源的调压处理
在采取调压处理之前,首先应判断高温点或火源在漏风带中的大致位置。
①当火源或高温点处于自燃带中后部(靠近窒息带)时,则可用降低漏风压差(工作面通风阻力)的方法,减小漏风带宽度,使窒息带覆盖高温点。其措施有:
a.在工作面进风或回风中安设调节风窗,或稍稍启开与工作面并联风路中的风门。
b.在工作面下端设风障或挂风帘,这种方法对于减少采空区的瓦斯涌出也有利。
②高温点位于自燃带的前部(靠近散热带附近)或工作面的下部采空区时,采用减小风量的方法不能使其被窒熄带覆盖时,一般也可采用在工作面下端挂风帘的方法来减小火源所在区域内的漏风,同时加快工作面的推进速度,使窒息带快速覆盖高温点。
3)角联漏风的调压
调节角联漏风要在风路中适当位置安装风门和风机等调压装置,降低漏风源的压能,提高漏风汇的压能。工作面采空区内漏风通道为角联分支,为了消除对角漏风,可改变相邻支路的风阻比,使之保持:
①在分支中安设调节风窗,以增大风阻,提高压能。
②如果要求工作面的风量不变,可在分支安设风窗的同时,在另一分支中(工作面进风巷)安设调压风机,采用联合调压。
③在条件允许时,还可在进风巷安风窗,在回风巷安风机进行降压调节。
应该强调指出的是,调压所采用的各种措施应以保证安全生产和现场条件允许为前提。角联漏风的调节要注意调节幅度,防止因漏风汇的压能增加过高或漏风源的压能降得过低,导致漏风反向。为了防止盲目调节,可在进行阻力测定的基础上,根据调节压力,预先对调节风窗的面积进行估算,并在调压过程中注意火区动态监测,掌握调压幅度。
(4)调压气室-连通管调压防灭火的原理与应用
调压气室-连通管调压一般适用于封闭火区灭火。有单气室与双气室调压两种。
1)双调压气室-连通管调压原理与应用
①布置方式
在火区的两侧密闭墙K1、K2外分别构筑一道辅助密闭墙F1与F2,与原密闭墙构成两个调压气室,与此同时在与火区并联的分支中铺一根金属管(有条件时也可以利用巷道代替金属管)把两个调压气室连通,此金属管称为连通管。
②调压原理
双气室.连通管调压的原理在于:辅助密闭墙增加火区的漏风风阻,降低火区的漏风压差;连通管与火区并联,起到并联分风和降压的作用。
③调压时的火区动态观察
在每个密闭墙上安设测压管和水柱计。其中,1和2水柱计分别测定密闭墙K1和F1的漏风压差,3和4水柱计分别测定密闭墙K2和F2的漏风压差。调压后应使1和3的示值近似相等,若不相等应设法增大密闭墙的气密性。调压时还应注意连通管的气密性,否则会降低调压效果;注意观测火区回风的气体成分,以了解火区的动态。
2)单调压气室一连通管调压原理与应用
①布置方式及其调压原理
在火区回风侧密闭墙K2外构筑一道辅助密闭墙M,M与K2构成调压气室;同时从调压气室内C点铺一根装有调节闸门的金属管至火区进风侧B点上风侧的D点。单调压气室一连通管调压原理与双气室-连通管调压的原理相同。
②火区动态观测
在密闭墙上安设水柱计1和2分别测定密闭墙K2和M两侧压差。当水柱计1的示值为零时,表示火区漏风消失,否则应根据水柱计两侧液面高低和变化,改变连通管的风阻或增加辅助密闭的气密性,达到调压目的。
应用调节风压法平衡封闭火区的漏风压差,除上述的一些方法外,还有其他一些方法,如调压气室与风机相配合,风机与风筒相配合,等等。
为了避免调压盲目进行,在制订调压方案之前应进行阻力测定和采空区漏风探测等工作,以获得必要的基础资料。
(5)调整通风系统调节漏风压差
事实上,不少火区的形成和发展,都与通风系统不合理有一定的联系。因此,在保证采掘、工作面按需供风和安全生产的前提下,针对具体情况,合理调整通风系统,也可起到平衡火区漏风压差的作用。
1)调整通风系统的原则
①增加火区或采空区的并联(低风阻)风路;或减少火区并联分支的风阻或风量(不得在该分支增阻)。
②增加火区所在分支或其漏风流经路线上其他分支的风阻;在非漏风流经的路线上减阻。增阻或减阻巷道离火区或采空区越近,效果越好。
③当火区的漏风源与漏风汇分别处于进回风井附近时,应设法降低主要通风机负压。
④降低火区漏风源的压能,增加其漏风汇的压能。调整通风系统有时是局部的,有时是全局的。局部调整时可利用增设或移动风门、调节风窗等通风没施来实现。
调整之前应对通风系统进行调查,分析与火区有关的漏风分布,制订合理的调整措施,并对其后果进行估计。
2)通风构筑物的合理位置
在有漏风源或漏风汇附近的风路上,设置增阻型通风构筑物时,应遵循的总原则是:既起到应有的风流调节和控制作用,又不增大火区或采空区的漏风压差。
①若在有并联漏风的风路上设置风窗等增阻型通风构筑物时,其位置不应选择在漏风的源与汇之间。河南平顶山某矿工作面及其附近巷道的通风系统,采空区内存在角联漏风,为了增加工作面的风量,需要在风路上设置调节风窗,由于经采空区的漏风路线与风路呈并联形式,故调节风窗应设在采空区进入总回风巷道段和集中运输巷道的进风段,这样能降低采空区的漏风压差。
②在有漏风源或漏风汇附近的风路上安设增阻型通风构筑物时,应将其设在漏风源的上风侧,或漏风汇的下风侧。
③风门、调节风门和密闭墙等控制风流的设施设置后,应使采空区或火区同处于进风或回风侧,以降低其漏风压差。淮北某矿为避免掘进串联通风和适应分层同采运输之需要,每个阶段均布置两条集中岩石巷道做区段的进、回风巷。工作面停采后用密闭墙封闭采空区的进回风斜巷。在上下阶段的联络巷内用风门使进回风集中岩石巷道隔开,采空区的漏风压差一般在120 Pa左右。