东荣二矿井下雾气成因分析.doc

东荣二矿井下雾气成因分析1前言煤矿是一个复杂的生产系统，存在着很多影响煤矿安全生产的因素。东荣二矿井下出现的雾气不仅易导致矿井提升运输事故，影响安全生产，而且加重了工作环境污染，有害于人体健康。东荣二矿开拓方式为立井主要运输大巷采区上山分区式开拓，开拓水平标高-500m，地面标高为66.8m。中一上采区2条暗绞车道、主要入风石门，在每年的部分时期（尤其是在夏季）雾气腾腾，能见度很低，严重时不足2m。雾气迷漫的环境，影响人们的视野和心情，使劳动效率下降，使行人、运输受到严重干扰，形成潜在的事故隐患。由于受影响巷道都是运输行人比较频繁的主要生产巷道，为了保证矿井的安全生产和正常的工作环境，必须查清井下雾气的成因，以确定治理雾气的措施。2雾气的出现规律（1）雾气的出现随着季节的变化而变化。中一上采区2条暗绞车道、主要入风石门出现的雾气夏季较大，秋季次之，冬季较小甚至没有。（2）雾气的出现与巷道高度有关。进风大巷内没有雾气，起雾点位于进风大巷主、辅绞车道分岔点以上约20m处，直到-325m标高的高一工作面入风顺槽中变电站止都是雾气迷漫。（3）雾气出现与巷道风流的温度有关。在-325m标高的高一工作面入风顺槽中变电站处，由于变电站和泵站产生的温度较高，变电站处雾气明显减少，变电站后20m完全消失。风流经过工作面和回风巷后进入回风上山时又出现雾气。（4）雾气的出现与巷道风门的开启有关。在矿井进风大巷与中一上采区辅助绞车道（回风上山）之间有二道风门，若风门同时打开，回风上山巷道内的雾气立即增大。3雾气现场气象参数的测定现场取样进行气体分析。分析结果表明雾气成分与正常空气非常接近，无有毒有害气体及其他特殊成分，并且在灯光下呈乳白色。因此，为了分析雾气的成因，在夏、秋两季对东荣二矿井下雾气出现地点的气象参数进行了测定。4雾气成因的影响因素分析通常，空气中的水蒸气接近饱和，当气象参数（如空气温度、大气压力）变化时，使空气的饱和能力降低，当空气中实际所含水分大于空气对水分的饱和极限时，多余的水分将凝结成细小水滴，即形成雾。随着温度的进一步下降，水分的析出量加大，细小水滴聚集成较大小珠，附着于巷壁或金属设备的表面。根据上述观测数据分析雾气形成影响因素。4.1围岩温度的影响根据东荣二矿的精查地质报告，该矿区的恒温带深度为20m，恒温带温度为5.6，地温梯度为2.8/hm，地温率35.7m/。根据地温预测计算式tvr=t0+(zz0)/g，可计算出500m平均地温为19.0。本地区使地温变化的主要因素是自然增温率，没有地热异常现象影响，因此地温预测值不应有大的误差。根据对-500m南翼岩巷掘进工作面测温孔的实际测定，原岩温度为18.819.0，与计算值基本相符。虽然岩壁温度随地面季节变化呈周期性变化，但长期通风的巷道壁面温度变化不象风流温度变化幅度那样大，在时间上也要滞后一段。这是由于巷道围岩的热容量非常大，要有长时间的热交换才能使其温度有明显的变化，这也就是通常所说的巷道围岩的调热作用。4.2围岩传热特性影响根据传热学基本原理，导热介质存在温度差，热量将从高温区域向低温区域传递，直到温度相等为止。原始岩体在开凿巷道并通风后，巷道径向围岩内各点的温度将随通风时间加长而递减，但距井巷中心某一距离的围岩深部，围岩仍保持着原始岩温，未受通风降温的影响。把原始岩温等温线所包围的范围称为井巷围岩调热圈（又称冷却带），调热圈内的温度分布称为调热圈温度场。从井巷中心到调热圈极限边界（原始岩温等温线）的距离称为调热圈半径Rt，其大小除受原始岩温、风温、岩石热物理性质、通风量等多种因素影响外，还决定于通风经过的时间。因此，调热圈的大小是变化的，新掘进巷道小，调热圈半径Rt小；随着通风时间增长，井巷围岩受冷却范围扩大，Rt变大；如果通风时间足够长（约2a以上），可以认为围岩与风流已充分完成热交换，Rt接近最大值而达到相对稳定，而在原始岩温相同的同一水平巷道中，由于入风段风流与围岩的温差比下风侧大，所以下风侧Rt逐渐变小。4.3风流温度的影响当巷道表面温度高于风流温度时，巷道向风流散热，风流在流动过程中是增温加湿的。即随着温度的升高，风流饱和能力加大，更多的水分蒸发进入风流中，使风流的含湿量增加。在冬季地面空气温度较低，空气进入井下后，因温度升高，空气的饱和能力加大，使相对湿度降低，所以沿途要使井巷中的水分蒸发，进风路线的井巷就显得干燥，不易产生雾气；春夏秋季地面空气温度较高，地面空气进入井下后，因温度降低，空气的饱和能力变小，使相对湿度升高，此时空气中的一部分蒸汽就可能凝结成水珠，形成雾气。根据上述分析，该矿雾气是沿程温度下降导致风流饱和能力降低造成的。风流在流动过程中与围岩的换热量，即风流在被冷却的过程中损失的热量。该换热量与风流的温度、湿度、原岩温度、风量、巷道断面、水力周长、巷道长度及风流与围岩间的传热的不稳定传热系数（实效系数）等有关。4.4湿度的影响由于东荣二矿周围地表为水田，在春夏秋3个季节水田充水导致矿井周围空气湿度较大，其一般相对湿度在7080。较该地区平均大2030，且其入风副井井筒围岩含水量大、井筒深、淋水大。风流在入井过程中沿途吸收水分，到达井底时含湿量大大增加，其相对湿度可达9398，接近饱和。由于夏季风流的温度高于进风大巷、绞车道和入风石门的岩壁温度，而且围岩的原始温度从-500m-400m-380m-325m是逐渐降低的，岩壁温度也是依次下降的。也就是说，风流沿程是逐渐降温的，其饱和能力一直呈下降趋势，因此不断有水分析出，形成雾气。4.5压力的影响（1）地面空气进入矿井时，经过600m深的立井，如不考虑热交换等因素的影响，由于大气压力的增加，风流将被压缩增温，使空气的吸湿能力增加。（2）当突然打开进风大巷与辅助绞车道间的控制风门时，辅助绞车道巷道压力突然降低，空气绝热膨胀，温度下降，使空气的吸湿能力降低使空气中的水分进一步凝结，从而产生更大的雾气。（3）当空气沿进风上山向上流动时，气压下降，温度下降，使得空气中的水分凝结形成雾气。5结论（1）东荣二矿井下出现的雾气不仅形成潜在的事故隐患，易导致矿井提升运输事故，使劳动效率下降，影响矿井安全生产，而且加重了工作环境污染，有害人体健康。（2）周围地表为水田，在春夏秋季节水田充水导致矿井周围空气湿度较大，且其入风副井井筒深、上部淋水大，风流在入井过程中沿途吸收水分，空气湿度接近饱和。（3）该矿风流在流动过程中与围岩交换热量，即风流在被冷却的过程中损失热量。风流沿程温度下降，导致风流饱和能力降低造成的。（4）由于大气压力的增加，风流将被压缩增温使空气的吸湿能力增加。随着巷道压力突然降低，空气绝热膨胀，温度下降，使空气的吸湿能力降低使空气中的水分凝结，产生雾气。（5）东荣二矿周围地表为水田，在春夏秋季节水田充水导致矿井周围空气湿度较大这一情况无法改变，只有彻底治理副井井筒的淋水，使风流与淋水隔开，降低风流的相对湿度，避免空气含湿量接近饱和，才能避免雾气的产生。（6）治理副井井筒淋水有2种可行措施：采用注浆法封堵井筒上部的涌水通道，使得含水层中的水不能涌入矿井。采取措施将井筒淋水收集起来用导水管导入井底。第 6 页 共 6 页