井下危險(xiǎn)區(qū)域選擇救援基地的重要原則

程 巖,程允科

(1.山西焦煤集團(tuán)杜爾坪煤礦,太原 030022;2.運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 運(yùn)城 044000)

井下危險(xiǎn)區(qū)域選擇救援基地的重要原則

程 巖1,程允科2

(1.山西焦煤集團(tuán)杜爾坪煤礦,太原 030022;2.運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 運(yùn)城 044000)

井下救援基地是一線搶險(xiǎn)人員生命保障的重要支撐,基地位置選擇不當(dāng)將受到二次沖擊波破壞效應(yīng)的影響。以掘進(jìn)工作面產(chǎn)生的二次沖擊波歷經(jīng)掘進(jìn)巷、聯(lián)絡(luò)巷和兩個(gè)回采工作面多路傳播為實(shí)例進(jìn)行了衰減估算,分析了二次沖擊波經(jīng)不同分岔或拐彎巷道時(shí)衰減程度和破壞效應(yīng)對(duì)基地選擇的影響,找出了災(zāi)區(qū)周圍受沖擊波影響較小的巷道作為基地,為一線搶險(xiǎn)指揮員選擇基地提供了方法與思路。

井下安全;救援基地;二次沖擊波衰減

設(shè)置井下基地的目的是災(zāi)區(qū)救援人員的裝備儀器發(fā)生故障或?yàn)?zāi)區(qū)發(fā)生二次爆炸待機(jī)小隊(duì)能以最短時(shí)間進(jìn)入救援,故要求基地距災(zāi)區(qū)較近且又能避開(kāi)二次沖擊波破壞效應(yīng)區(qū)域,而靠近災(zāi)區(qū)的某些巷道或硐室能具備這些基本要求。這些巷道或硐室的位置與二次沖擊波起源地及在直線、分岔和拐彎巷道中傳播、衰減有密切關(guān)系,如何確定這些巷道或硐室將非常重要。井下救援基地位置的選擇有以下幾個(gè)基本要素:支護(hù)良好;離災(zāi)區(qū)內(nèi)部救援人員最近;風(fēng)流中有害氣體符合規(guī)定;有供水施救、壓風(fēng)自救兩個(gè)生命線時(shí)最好;能快速進(jìn)入增援或撤退時(shí)路徑短并且減少其他障礙物。

1 沖擊波與不同分岔或拐彎巷道的碰撞傳播和衰減

沖擊波在不同介質(zhì)與不同約束條件下具有不同的傳播規(guī)律。巷道有直線、拐彎、分岔、斷面突變(漸變)等情況,造成沖擊波衰減相應(yīng)發(fā)生變化[1]。表現(xiàn)在:1)沖擊波在直線巷道中傳播是單調(diào)衰減,衰減到不產(chǎn)生破壞效應(yīng)的距離和爆源性質(zhì)有關(guān)。2)當(dāng)遇到巷道分岔或轉(zhuǎn)彎處時(shí)反射疊加,由平面波變成曲面波,壓力分布復(fù)雜。3)沖擊波在轉(zhuǎn)彎的外壁處出現(xiàn)加大的壓力峰值,破壞較大。4)遇巷道截面突然增大或變小時(shí)壓力相應(yīng)發(fā)生變化。

沖擊波與不同角度巷道碰撞后出現(xiàn)衰減,衰減系數(shù)越大,沖擊波受到阻礙就越大,強(qiáng)度削弱就明顯[2]。削弱后的沖擊波對(duì)巷道、設(shè)備和人員的傷害就相應(yīng)減小,對(duì)基地的選擇就有利。沖擊波經(jīng)過(guò)不同分岔和拐彎巷道后衰減系數(shù),如表1所示。

表1沖擊波通過(guò)不同分岔和拐彎巷道衰減系數(shù)
Table 1 Attenuation coefficient when shock wave passing different fork and curve roadways

2 巷道截面變化對(duì)沖擊波衰減的影響

沖擊波衰減與巷道截面突變或漸變有關(guān)。當(dāng)沖擊波沿固定斷面直線巷道傳播突然進(jìn)入小斷面巷道時(shí)增加了沖擊波壓力,截面處壓力峰值瞬間超壓,單位能量增大,造成的破壞就大;遇斷面逐漸變小的巷道時(shí),壓力峰值和波速逐漸增大,變化幅度不大;遇巷道斷面突然加大或逐漸變大時(shí),壓力峰值、波速出現(xiàn)降低趨勢(shì)。因此,應(yīng)盡可能選取較大斷面巷道作為基地也是考慮因素之一。

3 待機(jī)人員在基地空間的安全位置

圖2 內(nèi)外壁與沖擊波傳播方向圖Fig. 2 Spreading direction of shock wave with inside and outside walls

4 基地選擇案例

圖3為二次沖擊波串并聯(lián)傳播示意圖。二次沖擊波起源于掘進(jìn)工作面火災(zāi)或瓦斯事故處理過(guò)程A處。一路經(jīng)AB—BC—CI—IG—GF—F點(diǎn),一路經(jīng)AD—DE—DH—HF—F點(diǎn),兩路先后或同時(shí)到達(dá)F處。假設(shè):巷道長(zhǎng)度較短,斷面相同,壁面光滑,沖擊波在巷道中傳播的衰減不計(jì),僅考慮在分岔或拐彎處衰減,A處產(chǎn)生的沖擊波強(qiáng)度值設(shè)為1個(gè)單位,試確定基地位置。

將沖擊波遇各種分岔和拐彎巷道衰減系數(shù)計(jì)算列于各巷道段沖擊波衰減強(qiáng)度一覽表,如表2所示。從表中各巷道衰減對(duì)比看出,CI巷道段沖擊波強(qiáng)度衰減程度較大,已降低到0.121個(gè)單位,并且該巷道離災(zāi)區(qū)A處救援人員較近,因此,該段應(yīng)作為首選基地。

圖3 二次沖擊波串并聯(lián)傳播示意圖Fig.3 Parallel spreading direction of shock wave

巷道分段衰減前強(qiáng)度強(qiáng)度單位彎道形式衰減系數(shù)衰減后強(qiáng)度AB1個(gè)2.90.344BC0.344個(gè)1.30.264CI0.264個(gè)2.20.121AD1個(gè)1.60.625DI0.625個(gè)2.90.215DE0.625個(gè)1.60.391EH0.391個(gè)2.90.134

注:沖擊波進(jìn)入彎道前的強(qiáng)度稱為衰減前強(qiáng)度,經(jīng)過(guò)彎道后的強(qiáng)度稱為各巷道的衰減強(qiáng)度。

5 結(jié)束語(yǔ)

1)開(kāi)采易燃煤層時(shí),若將表1中沖擊波衰減系數(shù)較大的分岔或拐彎巷道形式運(yùn)用在采掘工作面,能夠在第一時(shí)間削弱沖擊波的破壞效應(yīng),有助于救援人員的安全。

2)井下救援基地應(yīng)選擇在離災(zāi)區(qū)最近且二次沖擊波破壞效應(yīng)較小的區(qū)域。

3)從沖擊波衰減實(shí)例計(jì)算看出,沖擊波繞過(guò)的彎道(或障礙物)越多,強(qiáng)度削弱就越大,破壞效應(yīng)區(qū)域就越小。以災(zāi)區(qū)最近為目標(biāo),對(duì)災(zāi)區(qū)內(nèi)部緊急增援有非常重要意義。

4)待機(jī)人員應(yīng)處在基地空間內(nèi)側(cè)壁下方位置(按沖擊波在基地傳播方向的右手側(cè)),避免處于斷面中部或外側(cè)壁,同時(shí)盡量避免基地?cái)嗝嫱蝗恍∮跊_擊波傳播方向的巷道斷面。

[1] 江丙友, 林柏權(quán),朱傳杰,等.瓦斯爆炸沖擊波在并聯(lián)巷道中傳播特性的數(shù)值模擬[J]. 燃燒科學(xué)與技術(shù),2011,17(3):250-254.

JIANG Bingyou,LIN Baiquan,ZHU Chuanjie,etal.Numerical Simulation on Shock Wave Propagation Characteristics of Gas Explosion in Parallel Roadway[J].Journal of Combustion Science and Technology,2011,17(3):250-254.

[2] 王海燕,曹濤,周心權(quán),等.煤礦瓦斯爆炸沖擊波衰減規(guī)律研究與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào),2009(6):778-782.

WANG Haiyan,CAO Tao,ZHOU Xinquan,etal.Research and Application of Attenuation Law about Gas Explosion Shock Wave in Coalmine[J].Journal of China Coal Society,2009(6):778-782.

PrinciplesofRescueBaseSelectionforDangerousRegioninMines

CHENG Yan1; CHENG Yunke2

(1.DuerpingMine,ShanxiCokingCoalGroup,Taiyuan030022,China; 2.TeachingMine,YunchengPolytechnicCollege,Yuncheng044000,China)

Rescue base is of importance to guarantee the safety of emergency rescue personnel. Wrong location of the rescue base is liable to be damaged by the second shock wave. Attenuation was estimated to study the effect of attenuation degree and fracturing on the base selection when the second shock passing through fork and curve roadways, taking multi-path spread of the second shock through driving roadway, crossheading, and two caving faces. The roadway affected by smaller shock waves was selected as the rescue base. The study could provide commanders one selection method for the emergency rescue base.

safety in mine;rescue base;second shock attenuation

TD79

A

呂梁學(xué)院青年基金項(xiàng)目(ZRQN201607)

1672-5050(2017)02-0062-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.017

2016-12-13

程巖(1988-),男,山西運(yùn)城人,大學(xué)本科,助理工程師,從事煤礦綜采工作。

(編輯:武曉平)

文章編號(hào):1672-5050(2017)02-0065-03

DOI：10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.018

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2017-01-16