杨秀莉1，刘干光2
(1.江苏大学，江苏镇江212013;2.徐州矿务集团庞庄煤矿，江苏徐州221000)
摘 要：为更有效治理工作面上隅角瓦斯积聚，介绍了高压二次旋转水射流通风技术原理驱散上隅角积聚瓦斯的试验方案和试验效果。结果表明，高压二次旋转水射流通风无机械旋转部件，风流作用面积大，掺混能力强，比直流送风或主风流扩散通风有更好的驱散积聚效果。 关键词：二次旋转；水射流；上隅角瓦斯；治理
中图分类号:T D712+.54 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2007)10-0017-03
1 问题的提出
在工作面进风巷和回风巷的风流压差作用下，采煤工作面上隅角作为工作面的漏风汇，是采空区瓦斯涌出的必经之道，且含瓦斯空气密度较小，采空区内含高浓度瓦斯的空气向上隅角运移，使上隅角成为采
空区高浓度瓦斯集中涌出的地点，而主风流方向的改变和边界几何条件的限制，主风流对上隅角仅通过风流速度梯度引起的数值很小的横向脉动和对流运移作用进行扩散，其风流速度很低，并出现涡流区，使采空区涌出的大量高浓度瓦斯难以进入到主风流中，从而引起高浓度瓦斯流在上隅角附近循环运动，成为矿井瓦斯积聚超限的主要地点。
废气抽排系统目前治理上隅角瓦斯积聚的主要方法有：设置临时风障、采用下行通风、小型液压风机吹散法、无火花风机引排法、压风引射器引排法、“脉动通风”吹散法、钻孔及埋管抽放法、改变通风系统法、尾巷排放法、Y、Z、H型通风系统或尾巷排放瓦斯法等，这些方法对治理上隅角瓦斯起到了一定的成效。但从现场考察来看，每种方法都有它适宜的应用范围，且这些技术也存在一些不容忽视的问题，如传统的直线射流通风轴向风速高、风流作用范围小，存在“一风吹”而突然将采空区瓦斯吹向工作面风流现象，不能有效驱散上隅角瓦斯；叶轮旋转式风机的叶轮旋转有摩擦发生火花的隐患；使用以水为基料的乳化液液压马达带动的叶轮式风扇运行不稳定，故障率较高，作用范围小；直管高压水射流风机缺乏系统研究，现场移动麻烦；压风引射器引排法不能达到足够处理风量和范围。因此，对高压二次旋转水射流通风治理工作面上隅角瓦斯积聚进行了相关研究。
2 高压二次旋转水射流通风技术原理
高压二次旋转气射流通风主要通过高压二次旋转水气射流通风器来实现，即高压水或乳化液通过实心锥体喷嘴在高气液比、短粗候管的文丘里吸风
瓦斯突出原理〔J〕.中国矿业大学学报,2000,29(3): 225-229.
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作者简介：邢云峰，助理工程师,2002年毕业于辽宁工程技术大学矿物资源工程专业，先后在煤科总院抚顺分院软件中心和安全评价所从事科研工作，现在中国矿业大学(北京)读硕士。
(收稿日期:2007-06-07；责任编辑：王福厚)
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技术经验 煤矿安全(2007-10)
管将工作面主风流空气进行一次旋转射流吸风，再通过安设在文丘里吸风管出口的旋流导流装置对工作面上隅角实行二次旋转射流通风。高压二次旋转水气流通风器结构原理如图1所示，主要部件包括实心锥体旋流喷嘴、短粗喉管的文丘里吸风管、二次旋转导流脱水装置
。
1-圆弧形集风器;2-喷嘴及连接管;3-弯管;4-吸入室;5-喉管;6-扩散管;7-二次旋流器;8-导流叶片;9-集水槽
珍珠岩膨胀炉图1 高压水气射流二次实心旋流通风装置结构图
短粗喉管的文丘里吸风管由喉管、扩散管、吸入
室、弯管、圆弧形集风器等部件组成，喉管长度为喉管直径的0.5～0.7倍，弯管的中心夹角为30°～45°，它和实心锥体旋流喷嘴一起，实现一次旋转水射流通风，其工作原理与液气射流泵相似。首先，压力水通过喷嘴高速旋流喷射出时，与静止的空气存在速度不连续的间断面，并失去稳定而产生涡旋，涡旋卷吸周围空气进入射流，同时不断移动、变形、分裂，产生紊动，水射流与空气产生动量交换，使之产生负压而将气体从吸入室及外界卷吸到喉管；然后，水射流到达喉管时，因喉管断面最小，射流在喉管处的速度增至最高，其气压也降到最低，其气压差促使吸入室内及外界空气向喉管流动；其次，射流在喉管运动中，水射流和空气呈多相混合运动，它们进行能量和质量的传递，压力水速度减小，被吸空气速度增大，结果又使外界及吸入室的气体增加；最后，射流水在扩散管运动时，水气速度也已经基本一致，由于扩散管断面呈增大趋势，水气速度减小，使得水气混合物的部分动能转化成压能，又增加了抽吸和压缩的效果。
变电箱二次旋转射流通风是它建立在紊动射流理论基础之上，通过在射流出口采用二次旋流导流脱水装置使风流为轴向前进的弱旋转风流并使其脱水，二次旋流导流脱水装置主要由固定在旋流导流装置外壳内的3个扭曲导流叶片和1个元环钢圈组成。二次实心旋转射流通风的速度可分解为3个分量：沿射流前进方向的轴向速度，横截面上沿半径方向的径向速度及横截面上做圆周运动的切向速度。和一般的直流送风相比较，实心旋转射流通风的扩散角及通风面积大，射程较短，紊动性强，卷吸和掺混能
力强的特点；和强旋流相比，射流内部没有回流区。将它用在上隅角，一是可使上隅角全部的时均速度、速度梯度、混合长度增大，有效消除涡流区，增加瓦斯向外扩散的通量；二是提高上隅角气压，减少采空区瓦斯涌出，增大上隅角气体向主风流扩散；旋转水气射流抽吸主风流空气至上隅角，同时卷吸周围含瓦斯空气，并与其充分混合后排出，从而有效地驱散上隅角积聚的瓦斯。3 工作面概况与技术方案
工业性试验在徐州矿务集团有限公司庞庄煤矿张小楼井75207工作面进行，该面位于矿井-1025西一下山采区东翼，为-1025西一下山采区东翼首采工作面，上、下部未开采，切眼外侧为7煤变薄带，对面偏上部为75206采空区。工作面走向长781.5m ，倾向长160m ，煤层厚度平均为1.80m ，煤层倾角为0°～10°，平均为8°，工作面采用走向长壁采煤法，综合机械化落煤、装煤、支护，顶板管理采用全部垮落法。工作面通风为U 型通风，胶带机道进风,
材料道回风，实供风量1250m 3
/m in，煤炭自然发火期为6个月，煤尘爆炸指数37.36%，具易燃易爆
性，绝对瓦斯涌出量为7.5m 3
/m in，工作面回风流瓦斯浓度0.6%，试验前工作面上隅角瓦斯浓度为0.9%～1.8%，建有一套局部瓦斯抽放系统，对工作面上隅角进行瓦斯抽放，抽放纯瓦斯量达16.1万m 3
。
高压二次旋转水射流通风器外径400mm 、长度2.2m ，重量为35kg，用8#
钢丝吊挂在顶板下的支护
材料即可，供水系统采用专用的高压水泵和高压软质水管，高压水泵功率为3k W ，额定流量8L /m in，额定压力15MPa，用圆弧集风器法对二次旋转水气射流通风器测定的结果表明，安装二次旋流导流脱水装置前、后的吸风量分别为72m 3
/m in,、54m 3
/m in，离射流通风出口1～1.5m 有效作用直径分别为400、1000mm 。
为了取得治理上隅角瓦斯的最佳效果，本次试验确定了4种方案。其中，方案1为高压二次旋转水射流通风器风流与主风流方向相反，其出口朝向上隅角的采空区侧，离切顶线与回风巷道壁交点(下称拐角点)1～1.5m ，旋流出风；方案2为高压二次旋转水气射流通风器主轴线与工作面切顶线平行，出口指向上隅角的巷壁，离拐角点1～1.5m ，旋流出风；水射流通风器风流方向与主风流方向一致，旋流出风；方案3为高压二次旋转水气射流通风器
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81・煤矿安全
瓜子烘干机(Total 395)
技术经验
主轴线与工作面切顶线成30°～45°的夹角，出口指向拐角点，并离拐角点1～1.5m ，水射流通风器风流方向与主风流方向基本一致，旋流出风；方案4的安装方向与方案3相同，不同的是，将高压二次旋转水气射流通风器的二次旋流导流脱水装置拆下，其风流为直流出风。4 结果及分析
为了考察各方案治理上隅角瓦斯效果，本文在
拐角点附近且离顶板距离300mm 处布置了5个测点，即A 、B 、C 、D 、E 点，每个测点间距为350mm ，其中,C 、B 、A 为从拐角点开始依次沿煤层走向布置的点,D 、E 为从拐角点开始依次沿煤层倾向布置的点。各方案治理上隅角瓦斯效果如图
浮油回收机
2所示，不难
图2 高压二次旋转水射流各方案及试验前各测点瓦斯变化曲线
看出，试验前各测点的瓦斯浓度为0.9%～1.8%,
方案1各测点的瓦斯浓度为0.3%～0.8%，降低率为22%～89%；方案2各测点的瓦斯浓度为0.6%～1.0%，降低率为37%～94%；方案3各测点的瓦斯浓度为0.1%～0.7%，降低率为62%～92%，方案4各测点的瓦斯浓度为0.3%～1.3%，降低率为25%～67%。从瓦斯浓度最高点和降低率考虑，各方案的优劣次序为方案3、方案1、方案2、方案4。另外，从现场使用环境角度，方案4水雾很大，影响环境，不可用；方案3可随支架的移动而自动前移，无需人工操作，只需现场移架工或瓦斯员略加管理即可，工序简单，仅通过增加或缩短引射器靠近出口端吊挂点2个引线的长度即可改变角度的大小，比方案1、方案2优越。因此，综合治理瓦斯效果、使用环境、使用方便性考虑，选方案3最佳。5 结 论
(1)与方案4的直流送风及试验前的主风流扩
散通风相比，方案1、方案2、方案3的高压二次实心
旋转水气射流通风具有扩散角大、通风面积大、紊动
性强、卷吸和掺混能力强等特点，尽管其吸风量有所降低，但驱散上隅角瓦斯效果更明显。
(2)综合治理瓦斯效果、使用环境、使用方便性考虑，方案3为最佳。
(3)高压二次实心旋转水气射流通风无机械旋转部件，从根本上消除了机械叶轮旋转式风机会产生机械旋转碰撞的火花，且结构简单，安装使用方便，是处理上隅角瓦斯较好的方法之一。参考文献:
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积聚及处理措施[J ].煤炭科学技术,2001(06). 作者简介：杨秀莉(1963-)，女，山东聊城人，本科，工
程师，从事安全及供水方面工作。
(收稿日期:2007-02-
05；责任编辑：王福厚)
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91・技术经验 煤矿安全
(2007-10)
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