張震

摘要：利用網(wǎng)絡(luò)圖理論對裴溝礦瓦斯抽放系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。研究了礦井抽放網(wǎng)絡(luò)內(nèi)瓦斯的流動規(guī)律，確定出瓦斯抽放系統(tǒng)的優(yōu)化原則，計算出瓦斯抽放系統(tǒng)的阻力并給出了抽放系統(tǒng)的優(yōu)化方案。通過利用網(wǎng)絡(luò)圖理論對瓦斯抽放系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高了礦井瓦斯抽放的效率，對類似需要優(yōu)化抽放系統(tǒng)的礦井具有借鑒價值。

關(guān)鍵詞：抽放系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)圖理論；阻力；優(yōu)化

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-3198（2013）09-0185-02

0裴溝礦瓦斯抽放系統(tǒng)概況

裴溝礦通風(fēng)方式為混合式通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式。副井、深部立井為進(jìn)風(fēng)井，中央風(fēng)井、陳溝風(fēng)井為回風(fēng)井。

礦井建立有地面一套瓦斯籌采系統(tǒng)，服務(wù)于32003綜放面，抽采泵型號為2BEF42型（一備一用），抽采額定排氣量8316m3/h。電機功率185Kw，極限真空度0.016Mpa；

抽采方法為高抽巷抽采，抽房巷斷面2.2×2.2m木棚支護(hù)，沿煤層頂板施工，與工作面垂直凈間隔4m。

主管路為16存鍍鋅螺紋鋼管，長度1200米，支管為12存鍍鋅螺紋鋼管，長度1000米，瓦斯鉆孔深度536米，直徑400mm。

目前抽采情況：抽采流量93m3/min，抽采濃度為8%，抽采負(fù)壓30Kpa，抽采瓦斯純量7.1 m3/min，工作面配風(fēng)量860 m3/min，生產(chǎn)時回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.7%，工作面煤層平均厚度10m。

對裴溝礦抽放管路進(jìn)行優(yōu)化有利于提高抽放系統(tǒng)的工作能力，提高抽放負(fù)壓和濃度。一個良好、完善的瓦斯抽放系統(tǒng)應(yīng)該符合瓦斯抽放原則。在礦井運行初期，瓦斯抽放系統(tǒng)是符合瓦斯抽放原則的，但隨著開采深度、工作面的變化，就會出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象，因此必須進(jìn)行優(yōu)化。

1礦井抽放網(wǎng)絡(luò)圖理論

礦井抽放系統(tǒng)很復(fù)雜，我們把抽放系統(tǒng)繪制成抽放系統(tǒng)圖和抽放網(wǎng)絡(luò)圖。礦井瓦斯抽放系統(tǒng)圖（簡稱抽放系統(tǒng)圖）和礦井瓦斯抽放網(wǎng)絡(luò)圖（簡稱抽放網(wǎng)絡(luò)圖或抽放網(wǎng)絡(luò)）是礦井抽放工作中的兩個非常重要的圖件。礦井抽放系統(tǒng)圖能直觀地反映抽放管路的位置、長度和連接關(guān)系，以及抽放附屬設(shè)備的安設(shè)位置。通?？梢栽诔榉畔到y(tǒng)圖上標(biāo)注抽放管路的名稱、長度、直徑、阻力、流量、瓦斯?jié)舛鹊葏?shù)，給日常抽放管理工作帶來極大的方便。抽放網(wǎng)絡(luò)圖是抽放系統(tǒng)的抽象表示。按照圖論的概念，抽放網(wǎng)絡(luò)圖和抽放系統(tǒng)圖是同構(gòu)的，二者具有相同的節(jié)點數(shù)和分支數(shù)，節(jié)點與分支之間的關(guān)系相互對應(yīng)，對應(yīng)分支具有相同的權(quán)值。抽放網(wǎng)絡(luò)圖的特點是圖形本身只需要反映出節(jié)點和分支的數(shù)目及二者之間的連接關(guān)系。節(jié)點的位置和分支的長度與管路交叉點的位置和管路的實際長度沒有關(guān)系，管路的長度只作為抽放網(wǎng)絡(luò)圖的一個權(quán)值而不由分支長度來反映?？傊榉啪W(wǎng)絡(luò)圖是用圖論的概念和方法來表示抽放系統(tǒng)圖、并籍以利用圖論的理論和方法來分析礦井抽放系統(tǒng)、解決抽放系統(tǒng)抽放量、阻力等問題。抽放網(wǎng)絡(luò)圖是有向賦權(quán)連通圖。每個分支都有確定的方向，每個分支都有流量、阻力等權(quán)值，任何兩節(jié)點之間都至少存在一條有向路徑。

礦井瓦斯抽放系統(tǒng)圖也是用點的集合和線的集合來表示其圖形的，記為G=（V，E）。其中V為結(jié)點的集合，它所含的結(jié)點數(shù)為︱V︱=m；而E為邊的集合，它所含的邊數(shù)為︱E︱=n。若不考慮各結(jié)點的位置，并按抽放管道與各交匯點之間的連接關(guān)系，連接邊eK=（ui，vi）使所構(gòu)成的圖形中除結(jié)點以外沒有交邊或交邊最少。于是，圖G是一個平面圖，它完全反映了抽放系統(tǒng)中瓦斯流動的線路結(jié)構(gòu)。由于礦井瓦斯抽放系統(tǒng)是一個有向連通體系，所以在相應(yīng)的瓦斯抽放網(wǎng)絡(luò)圖中，瓦斯流動方向標(biāo)定相應(yīng)的邊的方向，其有向邊稱為弧。如把瓦斯抽放管道中的有關(guān)參數(shù)（如阻力、流量、長度、斷面積等）對應(yīng)相應(yīng)的邊，則就形成了礦井瓦斯抽放網(wǎng)絡(luò)圖。礦井抽放網(wǎng)絡(luò)圖的繪制：任取對應(yīng)于抽放系統(tǒng)中某一瓦斯交匯點的一個結(jié)點，按其與弧的關(guān)聯(lián)關(guān)系逐一加入各弧，從而得到其相鄰的結(jié)點，并不斷挪動各相鄰結(jié)點的位置，使各弧盡可能地不在結(jié)點以外相交。這樣依次將各結(jié)點和弧加入圖內(nèi)，而得到一個平面圖，即礦井抽放網(wǎng)絡(luò)圖。

2礦井抽放網(wǎng)絡(luò)內(nèi)瓦斯流動的基本規(guī)律

在通常的情況下，瓦斯沿管道流動時，視為穩(wěn)定狀態(tài)。所以在礦井抽放網(wǎng)絡(luò)中，瓦斯的流動遵循以下的規(guī)律。

2.1能量守恒定律

由伯努里方程所反映的能量守恒定律，表示了瓦斯沿管道流動時的能量損失與各管道阻力的關(guān)系。即

瓦斯在抽放管路中流動時不僅會產(chǎn)生摩擦阻力還會產(chǎn)生局部阻力，在抽放瓦斯工程設(shè)計和實際工作中可以用概算法計算管路的局部阻力，此時的局部阻力可按摩擦阻力的10%-20%計算。

2.3流量平衡定律

瓦斯在管道流動過程中，其溫度和壓力總是不斷變化的。嚴(yán)格來講，一段管道的始末兩點的瓦斯密度是會發(fā)生變化的，所以體積也發(fā)生變化。但是，對于工程計算，完全可以忽略體積變化。所以在穩(wěn)定的流動過程中，在瓦斯抽放系統(tǒng)的某一回路中，流入該回路的瓦斯流量等于流出該回路的瓦斯流量。即礦井瓦斯抽放網(wǎng)絡(luò)中，與結(jié)點相關(guān)聯(lián)的各流量代數(shù)和為零。

即：

2.4壓力平衡定律

在礦井瓦斯抽放網(wǎng)絡(luò)中，任一回路所含各管道的阻力代數(shù)和恒等于該回路抽放動力和。即hi=Pi，其中hi

為回路中第i分支的阻力；Pi為回路中第i分支的抽放動力。

3瓦斯抽放系統(tǒng)優(yōu)化原則

瓦斯抽放管路系統(tǒng)布置要符合以下原則：

（1）瓦斯抽放管路要敷設(shè)在曲線段最少、距離最短的巷道中；

（2）瓦斯抽放管路應(yīng)安裝在不易被礦車或其它物體撞壞的巷道或位置上；

（3）當(dāng)抽放設(shè)備或管路一旦發(fā)生故障時，抽放管路內(nèi)的瓦斯應(yīng)不至于流入采掘工作面或機房內(nèi)；

（4）瓦斯抽放系統(tǒng)的阻力應(yīng)該分布均衡，各抽放工作面的負(fù)壓要達(dá)到抽放要求的負(fù)壓，不能太大也不能太?。?/p>

（5）應(yīng)考慮運輸、安裝和維修工作的方便；

（6）管路敷設(shè)要求平直，避免急彎。

4裴溝礦瓦斯抽放系統(tǒng)優(yōu)化

4.1裴溝礦管路阻力計算

裴溝礦瓦斯流量為93m3/min，即5580 m3/h；管路分別為12寸和16寸，即30cm和40cm，并且根據(jù)管路直徑通過查表可以得到系數(shù)K=0.71；管路抽房瓦斯?jié)舛葹?%，通過查表得密度比r=0.964。

圖1是裴溝礦32003工作面瓦斯抽放管路走向示意圖，其中1點為抽放管路的起點，它位于32003上付巷的中部，2點為聯(lián)絡(luò)巷-110水平處，3點為鉆孔連巷，4點為管路在地面的出口，5點為泵房，1-2的管路直徑為12寸，2-3、3-4、4-5的管路直徑均為16寸。

4.2抽放管路優(yōu)化方案

根據(jù)阻力計算，裴溝礦瓦斯抽放管路的總阻力為22448.6Pa，而抽放負(fù)壓為30Kp，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管路的總阻力，因此，可以把瓦斯抽放出來。

由于抽放負(fù)壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于瓦斯抽放管路的總阻力，因此，我們可以提高瓦斯的流量，93-110 m3/h均可保證瓦斯的正常抽放。

參考文獻(xiàn)

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