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《脉动通风消除上隅角瓦斯积聚的理论分析_杨胜强》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第29卷第6期中国矿业大学学报Vol.29No.62000年11月JournalofChinaUniversityofMining&TechnologyNov.2000文章编号:1000-1964(2000)06-0571-05脉动通风消除上隅角瓦斯积聚的理论分析杨胜强,俞启香,王凯,张仁贵(中国矿业大学能源科学与工程学院,江苏徐州221008)摘要:针对“U”型采煤工作面上隅角瓦斯积聚问题,建立了脉动通风作用下上隅角风流动力学极坐标方程及瓦斯传质方程,详细分析了脉动通风作用下上隅角瓦斯的传质运移过程,论述了瓦斯扩散传质机理,并
2、通过现场试验验证了脉动通风解决上隅角瓦斯积聚是有效、可行的.关键词:上隅角;瓦斯积聚;脉动通风中图分类号:TD712.54文献标识码:A我国重点煤矿有300多对高瓦斯矿井,都不同风速近似为零;2)瓦斯运移过程为等温过程;3)程度地存在着局部瓦斯积聚和局部瓦斯超限问题,巷道中风流全压因脉动风流的影响而产生的变化特别是回采工作面上隅角,其瓦斯积聚和瓦斯超限较小,可忽略不计;4)工作面主风流风量足够大,更为严重.由于目前所采用的瓦斯治理技术仍存在脉动风机运转过程中,从上隅角排出的瓦斯可以被许多不足,该问题仍没有得到根治,已成为威胁矿主
3、风流带走.井安全生产的痼疾.另外,随着综合机械化开采技对于脉动通风来说,根据假设1),瓦斯积聚区术的发展,回采工作面单产提高,特别是开采厚煤气体在平行于风流速度方向不受风流压力作用,但层或开采煤层群时,上隅角瓦斯超限更加普遍、更在垂直于风流速度方向受到风流静压作用.当风流为严重.近几年所发生的瓦斯爆炸恶性事故中,由呈周期性变化时,由假设条件3),在巷道风流全压于回采工作面上隅角瓦斯超限引起的事故所占比不变的条件下,由于速度变化引起风流静压的变例有相当大的增加.因此,回采工作面上隅角瓦斯化,从而导致瓦斯积聚区的气体在垂直风流速度方
4、超限是当前安全生产的重大隐患,是实现高产高效向上产生位移.此时,瓦斯积聚区的瓦斯运移除了工作面、推广新技术和新装备的障碍.采取安全、经有分子扩散外,还有对流脉动扩散,从而大幅度地济、有效的措施把上隅角瓦斯浓度降到《煤矿安全增加了瓦斯积聚区的瓦斯扩散强度,解决了瓦斯运[1.2]规程》的规定值以下,是目前亟待解决的问题.移过程中的“瓶颈”问题.“脉动通风”以风流的紊流扩散系数与风流脉动特性直接相关为理论依据,利用技术可靠、经济合理且实用的脉动风流发生器,在正常通风风流中产生脉动,从而大大地增加风流的紊流扩散系数,提高风流驱散局部积聚
5、瓦斯的能力,从根本上解决回采工作面上隅角瓦斯积聚问题.1脉动通风作用下上隅角风流动力学分析及运动方程的建立图1为极坐标表示的工作面上隅角局部瓦斯积聚模型.假设:1)工作面上隅角局部瓦斯积聚图1工作面上隅角瓦斯积聚模型Fig.1Modelofgasaccumulation区(近壁底层区域)对应于直角风路的涡流区,区内intheuppercornerofcoalfaces收稿日期:20000713基金项目:国家自然科学基金资助项目(59874027),国家“九五”重点科技攻关项目(96-223-01-05-04),煤炭科学基金资助项
6、目(96安10101)作者简介:杨胜强(1964-),男,贵州省铜仁县人,中国矿业大学副教授,工学博士,从事矿井通风与瓦斯防治研究.572中国矿业大学学报第29卷根据测定,当脉动风机运转时,巷道内产生的作面上隅角的瓦斯向巷道主风流的扩散得以加强,脉动风流速度v(t)按下式变化除分子扩散外,还有对流脉动扩散,从而大幅度地v(t)=v0+v′(t)=v0+v1sinft,(1)增加了上隅角积聚瓦斯的扩散强度.假定这种扩散式中:v0为巷道主风流的时均速度,m/s;v′(t)为沿主风流垂向进行,则可以认为上隅角积聚的瓦斯风流的脉动速度,
7、m/s,v′(t)=v1sinft(其中:f=向巷道主风流的扩散为一维扩散运移,其极坐标方2PX,而X为脉动频率,Hz);v1为脉动风速的幅值,程为2m/s.5U5(Uu)5U15U+=Dm2+õ+Fc,(6)当风流速度呈周期性变化时,按照假设条件5t5r5rr5r2),3)及牛顿第二定律,可得脉动通风条件下上隅式中:Dm为瓦斯气体分子扩散系数(在空气中,Dm-52角瓦斯积聚区混合气体的运动微分方程为=2.25×10),m/s;Fc为r处微元体内瓦斯气2--3drrr0rwdSdS体产生或衰减的源汇项,(kg/m)/s.2+p0
8、=Qv0v′(t),(2)dtr-r0dmdm3脉动风流作用下上隅角积聚瓦斯的传质式中:r为垂直于巷道主风流速度方向的坐标[3,4](图1),m;t为时间,s;dS为瓦斯积聚区沿风流流机理分析2动方向的微面积,m;dm为瓦斯积聚区dS微面积3.1瓦斯扩散速度分析
