矿井通风系统分析技术现状

矿井通风系统分析技术现状煤矿通风系统是保障安全生产的基础，同时又受制于煤层地质条件及由此形成的矿山井巷系统的特点。近年来煤矿扩能及生产的集约化成为了普遍的趋势，矿井装备水平迅速提高，系统有了明显的简化。但是，现在仍有大量开采多年的老矿系统极为复杂，大量新井产能的高度集中造成了系统新的隐患；矿井在日常生产中所遵从的分区通风格局抗灾能力不足，在强烈的扰动面前有可能形成严重的风流紊乱，因而需要有预先的判断和分析；矿井主扇和通风构筑物作为矿井通风系统的重要构成部分，其参数选取、布局、可靠性等均对系统的合理运行起着重要的作用。因此，矿井通风系统的合理性、可靠性和抗灾能力分析对于防止通风瓦斯及煤层自燃等意外的出现，对于矿井预防处理通风瓦斯意外及灾变的能力，对于提高矿井安全管理水平均有着重要的作用。我国煤矿的重、特大瓦斯事故所造成的井下人员大量伤亡，均源于通风系统抗灾能力不足，致使正常生产时的分区通风在瓦斯爆炸条件下受到破坏，爆炸气体进入了爆源以外的广泛区域，使其他通风分区乃至全矿井下的人员中毒死亡。研究瓦斯爆炸对分区通风的破坏机理，对瓦斯爆炸条件下通风系统的抗灾能力予以定量评价和分级，研究灾变条件下维持分区通风的条件和相应措施，对于提高通风网络的抗灾能力有着现实的意义。煤矿安全规程对煤矿通风有严格的要求和限制，特别在高突矿井明确禁止使用串联通风。因此，以各采掘工作面为核心的分区通风成为了煤矿通风的基本规定和实践。在矿井灾变条件下维持正常分区通风的能力，是评价矿井通风系统抗灾能力的基本考虑因素。除巷道布置这一重要但难以调整的因素之外，分区通风及风量分配调节主要依靠于风门、风窗等通风设施的应用，其类型、数量、分布上的合理性，是影响通风系统合理性的基本因素；扇风机及通风构筑物受矿井生产活动及灾变影响而失去原定功能时矿井通风维持在合理水平上的能力，则是通风系统可靠性的重要标志。矿井通风是一个古老的技术领域，但对灾变条件下维持分区通风的相关技术、特别对于瓦斯爆炸与通风系统的相互作用缺乏必要的理论与实验研究。我国瓦斯爆炸频发，许多爆炸力学工作者对气相爆轰进行过深入研究，瓦斯爆炸方面的文献十分丰富，但现有的成果与煤矿井下的实际尚有较大差距（如井下特有的结构设施、巷道特征等等），研究煤矿井下结构设施与瓦斯爆轰波及冲击波相互作用的成果较少，井下通风设施抗爆强度的理论研究基本是空白，现有的文献多限于事故现象的简单描述。深入系统地研究煤矿井下瓦斯燃爆的物理机制及其灾害效应，对于正确评价分析煤矿预防瓦斯爆炸安全等级、科学地改进井下通风设施和巷道布置具有极其重要的学术价值和实际意义。Lee,Y.S.等人通过实验，研究了起爆位置和障碍物对气体爆炸效应的影响[5]。文献[6]介绍了天然气和瓦斯在半自由空间发生爆炸灾害效应的实验结果，并将实验结果与数值结果进行了比较。文献[7]研究了球形冲击波在气固介质中的传播。Chao,J等人通过实验，研究30×30cm方形截面管道内氢氧混合物高速火焰的传播过程，并给出了实验条件下燃烧转爆轰的临界条件[8]。Eto,K.Tsuboi,N.和Hayashi,A.K.对氢氧混合物的C-J爆轰进行了数值模拟，利用化学反应模型研究了爆轰波结构[9]。文献[10]对瓦斯爆炸过程中火焰产生压力波的过程进行了数值模拟。在此基础上，模拟了氢氧燃烧驱动的破膜过程以及破膜前后压缩波、稀疏波对火焰阵面的影响。同时，也研究了瓦斯爆炸过程中，压力波、火焰与障碍物的相互作用。近几年，国内学者开展了瓦斯(煤尘)爆炸机理、传播规律及防治对策的研究工作，同时也揭示了瓦斯爆炸火焰的结构特征及其影响因素，揭示了瓦斯爆炸过程中爆炸波的特征参数变化规律及其影响因素，开展了壁面热效应对瓦斯爆炸传播规律影响作用的实验研究，建立了管内瓦斯爆炸能量平衡方程。通过理论分析、数值模拟和实验，研究煤矿井下巷道条件对瓦斯爆炸及其冲击波衰减的影响规律，研究各种通风设施结构与爆轰波、冲击波的相互作用，研究各种通风设施结构在冲击波载荷下的破坏过程和极限强度，将能够对矿井分区通风的抗灾能力，对矿井通风系统的合理性、可靠性及抗灾能力予以定量的评价和分级，这些都是当前该研究领域的前沿课题。