淺談肖家洼煤礦21采區(qū)輔運(yùn)上山霧氣成因及治理

王定國(guó)

山西錦興能源有限公司 山西呂梁 033600

自肖家洼煤礦21采區(qū)正常生產(chǎn)以來(lái)，每年夏季21采區(qū)輔運(yùn)上山均會(huì)出現(xiàn)霧氣現(xiàn)象，嚴(yán)重影響該條巷道的能見(jiàn)度，嚴(yán)重影響行車(chē)安全。為從根本上解決這一問(wèn)題，特對(duì)霧氣形成原因進(jìn)行研究，并提出可行性解決方案。

1 霧氣的出現(xiàn)規(guī)律

（1）霧氣的出現(xiàn)隨著季節(jié)的變化而變化。霧氣出現(xiàn)基本在夏秋季節(jié)且夏季尤為明顯，冬春季節(jié)基本無(wú)霧氣現(xiàn)象。

（2）霧氣的出現(xiàn)與21采區(qū)輔運(yùn)上山的繞道有關(guān)。21采區(qū)輔運(yùn)上山繞道處?kù)F氣比直巷大。

2 霧氣形成機(jī)理

所謂“霧氣”，就是在一定條件下，飽和濕空氣的空氣溫度降低到低于露點(diǎn)溫度，使得有水蒸氣凝結(jié)出來(lái)，呈現(xiàn)出水霧與飽和濕空氣交融的“霧氣”現(xiàn)象。

衡量濕空氣的狀態(tài)參數(shù)主要有：絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度

t-空氣溫度℃

d-空氣的含濕量，g/kg干空氣

1．01-干空氣的平均定壓比熱，kj/(kg．K)

1．84-水蒸氣的平均定壓比熱，kj/(kg．K)

2500-0℃時(shí)水的汽化潛熱，kj/kg

當(dāng)濕空氣從巷道下口流向上口時(shí)，由熱力學(xué)穩(wěn)定能量方程可以得出：

式中G-濕空氣質(zhì)量流量，kg/min；

ΔH-上山上下口垂高，m；

Q-風(fēng)流與巷道壁之間的總交換熱量與上山內(nèi)其它局部熱源總放熱量之和，Kg/KJ。因上山距離比較長(zhǎng)且沒(méi)有其它局部熱源，風(fēng)流與巷道圍巖之間的熱量交換可近似為零。

ρ-上山之間的平均空氣密度，kg/m3；

VA、VB—分別是A、B兩點(diǎn)各自的風(fēng)速，m3/min；

上式可改寫(xiě)為：

將式（2）代入上式子可得：

dA-dB=1000×

由上式可以看出，當(dāng)dA-dB＞0時(shí)，即為有水分析出，此時(shí)就會(huì)使巷道中形成霧氣。

令Δm=ma(dA-dB)

當(dāng)Δm＞0時(shí)，巷道空氣中就會(huì)有水分析出，就會(huì)形成霧氣，且Δm越大，霧氣就越大。當(dāng)Δm＜0時(shí)，巷道空氣中不會(huì)有水分析出，不會(huì)產(chǎn)生霧氣。

從上式可以看出，霧氣的形成主要受以下幾個(gè)方面的影響：

巷道上下口的空氣溫度影響，當(dāng)tA大于tB時(shí)，及巷道空氣在流動(dòng)過(guò)程中溫度逐漸降低，此時(shí)如果巷道兩端風(fēng)量差距不大，就會(huì)保證Δm＞0時(shí)，此時(shí)就會(huì)有霧氣析出[1]。另外21采區(qū)輔運(yùn)上山存在一條水溝，水溝內(nèi)水分的蒸發(fā)也會(huì)降低巷道空氣的溫度，同時(shí)蒸發(fā)的水分增加了空氣的含濕量，使巷道空氣更易達(dá)到飽和狀態(tài)析出水分，形成霧氣。霧氣出現(xiàn)之所以存在季節(jié)性規(guī)律，是因?yàn)槎杭竟?jié)地面溫度較井下溫度較低，巷道風(fēng)流由地面進(jìn)入井下過(guò)程中溫度上升，即tB大于tA，，故不會(huì)出現(xiàn)霧氣，而夏秋季節(jié)地面空氣溫度明顯高于井下空氣溫度，巷道風(fēng)流由地面進(jìn)入井下過(guò)程中溫度下降，即tA大于tB，故會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)霧氣[2]。

巷道垂直高差影響，當(dāng)巷道垂直高差ΔH遠(yuǎn)大于0時(shí)，此時(shí)可保證Δm＞0時(shí)，此時(shí)也會(huì)有霧氣出現(xiàn)。肖家洼煤礦21采區(qū)輔運(yùn)上山垂直高差約為260m，當(dāng)巷道風(fēng)量變化不大的情況下，完全可以保證Δm＞0時(shí)，故會(huì)有霧氣析出。

巷道風(fēng)速影響，當(dāng)VB與VA的差值不大時(shí)，此時(shí)（ρBVB2-ρAVA2）/2接近于0，此時(shí)可保證Δm＞0，此時(shí)就會(huì)有霧氣出現(xiàn)，而當(dāng)巷道兩端風(fēng)速差增大時(shí)，此時(shí)（ρBVB2-ρAVA2）/2遠(yuǎn)小于0，此時(shí)可保證Δm＜0，此時(shí)就不會(huì)有霧氣析出，但對(duì)于井下巷道來(lái)說(shuō)，只有在巷道有分支分流時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)巷道前后風(fēng)速差距較大現(xiàn)象，如果把每一段都單獨(dú)作為巷道的兩端來(lái)進(jìn)行考慮，則巷道前后風(fēng)速差距不大，故此因素對(duì)霧氣形成影響不大，但當(dāng)巷道兩端空氣溫度變化不大，而巷道風(fēng)流只受到水溝蒸發(fā)水蒸氣加濕作用影響時(shí)，增加巷道風(fēng)速，使水蒸氣加濕無(wú)法達(dá)到其飽和水蒸氣分壓時(shí)，也可緩解或消除霧氣的產(chǎn)生[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)理論計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察分析，肖家洼煤礦21采區(qū)輔運(yùn)上山霧氣成因如下：

（1）肖家洼煤礦21采區(qū)輔運(yùn)上山水溝流水對(duì)巷道空氣起到了降溫加濕作用，導(dǎo)致巷道空氣含濕量增加，同時(shí)空氣溫度下降導(dǎo)致空氣飽和水蒸氣分壓降低，從而使水分析出形成霧氣。

（2）肖家洼煤礦21采區(qū)輔運(yùn)上山盤(pán)圈繞道處風(fēng)阻突然增加，導(dǎo)致巷道風(fēng)流壓力減小，從而使空氣含濕量降低，水分析出形成霧氣。

4 處理霧氣建議采取的措施

（1）安裝空調(diào)，提高巷道或降低空氣溫度。在21采區(qū)輔運(yùn)上山上部及中部安裝空調(diào)系統(tǒng)，提高該段空氣溫度，減緩或消除巷道空氣溫度下降，從而使空氣濕度保持在不飽和狀態(tài)。

在進(jìn)風(fēng)進(jìn)口安裝空調(diào)系統(tǒng)，使入井空氣低于井下溫度，這樣巷道空氣在流動(dòng)過(guò)程中不斷升溫，保證濕空氣一直處于不飽和狀態(tài)，避免水分析出形成霧氣。

（2）降低空氣相對(duì)濕度。在21采區(qū)輔運(yùn)上山水溝加蓋板，減少巷道風(fēng)流與水流的接觸，從而降低水溝流水對(duì)巷道空氣的降溫加濕作用。將21采區(qū)上山水溝改道至21采區(qū)皮帶上山。

（3）在繞道處增加射流風(fēng)機(jī)增加巷道風(fēng)速，從而提高巷道空氣壓力，防止因壓力降低而出現(xiàn)水分析出形成霧氣。

（4）增加21采區(qū)輔運(yùn)上山的照明度，增加照明燈的數(shù)量，采用穿透力強(qiáng)的、具有一定發(fā)熱量的燈進(jìn)行照明，提高能見(jiàn)度的同時(shí)起到一定的增加空氣溫度的作用。

（5）根據(jù)濕空氣的不飽和狀態(tài)判斷，適當(dāng)增加巷道風(fēng)速，如巷道空氣的不飽和程度較高的話(huà)，風(fēng)量加大可使水溝的降溫加濕作用削弱，及時(shí)巷道風(fēng)流溫度下降濕度增加，但仍未達(dá)到飽和狀態(tài)，也可避免巷道空氣析出水分形成霧氣。