CN102392675A

CN102392675A - 煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的方法和装置

Info

Publication number: CN102392675A
Application number: CN2011102342902A
Authority: CN
Inventors: 王凯; 郭燕伟; 朱应; 高涵
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2031-08-16
Also published as: CN102392675B

Abstract

本发明公开了一种煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的方法和装置，包括集风罩、集风管道和连接支架，集风罩通过连接支架固定在煤矿主要通风机扩散器顶部出口的风流方向延长线上，集风管道连接在集风罩的出口上。集风罩利用乏风动能损失完成乏风瓦斯的收集过程，不会影响煤矿风机的正常工况，也不产生新的能源消耗，提高了煤矿瓦斯的利用率，保护了大气环境。其收集装置，结构简单、实用，安装方便，收集成本低，回收效益高，对于煤矿中常见的离心式风机和轴流式风机均可适用。

Description

煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种集风方法，特别涉及一种在不影响煤矿主要通风机工况的前提下，能有效收集煤矿主要通风机扩散器顶部乏风瓦斯的方法及装置，属于煤矿配套设备领域。

背景技术

研究表明，我国绝大部分的矿井瓦斯是通过乏风的形式排入大气的。资料显示，2010年我国煤矿瓦斯涌出量约为200亿m³左右，涌出量相当于每年有1800万吨原油或3000万吨的标准煤被白白浪费。不仅如此，乏风中甲烷产生的温室效应是CO₂的21倍，对大气臭氧层的破坏能力约为CO₂的7倍。将煤矿乏风瓦斯直接排放到大气中，一方面造成了有限的不可再生资源的严重浪费，另一方面，加剧了大气污染和温室气体效应。

从20世纪90年代开始，为了减少温室气体排放量和洁净能源的有效利用，国内外研究机构开展了煤矿乏风瓦斯利用技术的开发与应用研究。在矿井乏风瓦斯的利用技术中均涉及到对煤矿乏风气体的收集，而煤矿乏风集风研究作为瓦斯富集技术开发与应用最前面的环节，在不影响矿井主要通风机工况的情况下，实现矿井主要通风机扩散器排风口与集风装置及管道的对接，在煤矿乏风瓦斯富集与利用技术中具有重要的意义。

发明内容

鉴于上述现有情况，本发明旨在提供一种能够在最小程度影响煤矿主要通风机工况的前提下，利用风机扩散器顶部出口损失的动能，有效而又最大程度的收集煤矿乏风瓦斯的方法和装置。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的方法，沿着煤矿主要通风机扩散器顶部出口的风流方向固定集风罩，使集风罩与扩散器顶部出口间保持一定的连接距离；将集风罩的出口与集风管道连通，利用煤矿主要通风机扩散器顶部出口的动能损失及具有光滑内壁的集风罩进行乏风瓦斯收集，并经集风管道传输后，实现乏风瓦斯的连续收集过程。

所述采用的集风管道为前粗后细的变径管，变径管内壁保持光滑平整。

所述集风罩入口面积为：

S_集∶S_扩＝Q_集∶Q_扩

S_集——集风罩的入口面积；S_扩——扩散器的出口面积；Q_集——集风罩的集风量；

Q_扩——扩散器出口的排风量。

所述集风罩与扩散器顶部出口的距离为1-S米，S的计算公式为：

\frac{Q}{Q_{0}} = 2.2 (\frac{αs}{r_{0}} + 0.294)

其中，Q-射流主体段的流量；

Q₀-射流初始段的流量；

r₀-扩散器出口当量半径

r_{0} = \frac{AB}{A + B};

A、B-扩散器出口的长度和宽度：

s-射流轴线上集风罩距离扩散器出口的轴向距离；

α-湍流系数；

取Q/Q₀≈1。

一种煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的装置，包括集风罩、集风管道和连接支架，集风管道连接在集风罩的出口上，集风罩通过连接支架固定在煤矿主要通风机扩散器顶部出口的风流方向延长线上，集风罩内表面为光滑曲线。

所述集风管道为变径管，变径管的大端连接在集风罩的出口上。

所述集风罩对应于扩散器顶部出口的垂直上方或斜上方。

所述连接支架为可调节长度的连接螺杆，连接螺杆的两端分别连接在扩散器顶部出口和集风罩的入口上。

本发明所述的煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的方法和装置，利用固定在煤矿主要通风机扩散器顶部出口风流方向延长线上的集风罩，对排出的乏风瓦斯进行收集。其方法，充分挖掘了排出乏风所具有的动能，在不影响煤矿主要通风机工况和无外界能源消耗的前提下，利用动能损失，通过集风罩和集风管道最大限度的自动收集煤矿乏风，实现了乏风瓦斯的再收集、再利用过程，提高了煤矿瓦斯的利用率，保护了大气环境。其整个收集装置，结构简单、实用，安装方便，收集过程不产生能源消耗，收集成本低，回收效益高，对于煤矿中常见的离心式风机和轴流式风机均可适用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一；

图2为本发明的结构示意图二。

具体实施方式

本发明所述的煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的方法，其主要目的是：在保证煤矿生产安全、不影响煤矿主要通风机工况的前提下，对乏风瓦斯进行有效收集和利用，以达到节约能源、利用能源、保护环境的目的。具体过程包括：

首先，沿着煤矿主要通风机扩散器顶部出口的风流方向固定集风罩，使集风罩与扩散器顶部出口间保持一定的连接距离。

其中，集风罩内壁保持流线型曲线，沿着扩散器顶部出口的风流方向固定的集风罩，可以是集风罩入口与扩散器顶部出口相垂直，或者，集风罩入口与扩散器顶部出口保持相互垂直的同时二者之间相互错开一定距离，以使集风罩始终位于扩散器顶部出口风流方向的延长线上，保证集风罩位置始终处于最佳状态，提高收集效率。而集风罩入口面积的大小是根据以下公式计算得出：

S_集∶S_扩＝Q_集∶Q_扩

其中，S_集：集风罩的入口面积；S_扩：扩散器的出口面积；Q_集：集风罩的集风量；Q_扩：扩散器出口的排风量。这样，就可根据扩散器出口面积和排风量，顺利计算出集风罩入口面积的大小，从而保证集风量。

由于收集乏风瓦斯的同时，还需要保证煤矿主要通风机的正常工况，集风罩入口与扩散器顶部出口之间需要保持一定的连接距离，这样，大量的乏风才能正常排出，不至于影响煤矿的正常通风过程。集风罩与扩散器顶部出口的距离通常被设定为1-S米，其中，下限1米为经验值，1米的间距为最小安装距离，以防止对风机工况产生影响，上限S则可根据公式计算得出，公式为：

\frac{Q}{Q_{0}} = 2.2 (\frac{αs}{r_{0}} + 0.294)

其中，Q-射流主体段的流量；Q₀-射流初始段的流量；r₀-扩散器出口当量半径

A、B-扩散器出口的长度和宽度；s-射流轴线上集风罩距离扩散器出口的轴向距离；α-湍流系数，也是表示射流流动结构的特征系数，一般由实验确定。这里，由于在射流初始段和主体段分界处流量基本相等，故取Q/Q₀≈1，将r₀代入公式后，即可计算出S的取值，确定出集风罩与扩散器顶部出口距离的上限，防止收集乏风瓦斯时出射风流将空气卷入，保证了集风罩集风过程的可靠性。

对于煤矿中常用的轴流式风机而言，集风罩被安装在与扩散器顶部出口相错开的斜上方位置上，二者之间同时保持相互垂直，这样，由扩散器顶部出口一侧倾斜排出的乏风才能被集风罩正好收集。而对于离心式风机而言，由于乏风从整个扩散器出口正面排出，所以，集风罩被固定在与扩散器顶部出口相对的垂直位置的上方。

接着，将集风罩的出口与集风管道连通，利用煤矿主要通风机扩散器顶部出口乏风的动能损失及具有光滑内壁的集风罩进行乏风瓦斯收集，并经集风管道传输后，形成乏风瓦斯连续收集过程。

集风管道采用前粗后细的变径管，变径管内壁保持光滑平整，使乏风传送过程更顺畅。

实际乏风瓦斯收集过程中，一方面，乏风被不断排出扩散器顶部出口，保证了煤矿内部的排风需要；另一方面，排出的乏风瓦斯不断被集风罩收集，经集风管道传送后，送入到相应的后期处理装置中，从而完成了乏风瓦斯的再利用过程。其收集过程不产生任何的能源消耗，只依靠扩散器顶部出口排出乏风的动能损失进行传送，收集过程简单、方便，传送安全、可靠，成本低廉。

以煤矿使用轴流式风机为例，如图1所示，一种煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的装置，包括集风罩2、集风管道3和连接支架4。集风管道3为变径管，变径管的大端连接在集风罩2的出口上，变径管的小端与乏风收集后的后期处理装置连接。集风罩2和集风管道3的内表面为光滑曲线，这样，可以减少集风的阻力。集风罩2通过连接支架4固定在煤矿主要通风机扩散器顶部出口1的风流方向延长线上，由于轴流式风机扩散器的顶部出口1在排风时，乏风由出口1的一侧倾斜排出，故连接的集风罩2垂直于扩散器顶部出口1，并与出口1相互错开一定距离，即位于扩散器顶部出口1的斜上方，从而保证了集风效果最佳。而为保证扩散器顶部出口1与集风罩入口间的位置相对固定，连接支架4选用可进行长度调节的连接螺杆，连接螺杆的两端分别连接在扩散器顶部出口1和集风罩2的入口上，使得集风罩2和扩散器顶部出口1的位置相对固定。

当然，受不同风机的影响，集风罩的连接位置也会进行相应调整。如图2所示，在离心式风机上，离心式集风罩5的位置就垂直安装在离心式风机扩散器顶部出口6的上方，这样，由出口垂直排出的乏风才能被有效收集，从而保证了集风的效果和可靠性。同样，连接支架也可为其它结构，其形式并不仅限于连接螺杆，只要能将集风罩与扩散器顶部出口的位置相对固定即可。

如图1所示，工作中，在轴流式风机的推动下，扩散器顶部出口1不断排出乏风，受惯性力影响，乏风顺着顶部出口1排出后会继续向前运动，由于集风罩2正对在扩散器顶部出口1的风流方向延长线上，乏风会进入到集风罩2中，并随着集风管道3的传送，最终实现乏风的自动收集。整个过程，无需消耗外界动力，乏风只在动能损失的过程中完成被收集过程，既有效回收了乏风瓦斯，又避免了能源消耗。

Claims

1.煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的方法，其特征在于，沿着煤矿主要通风机扩散器顶部出口的风流方向固定集风罩，使集风罩与扩散器顶部出口间保持一定的连接距离；将集风罩的出口与集风管道连通，利用煤矿主要通风机扩散器顶部出口的动能损失及具有光滑内壁的集风罩进行乏风瓦斯收集，并经集风管道传输后，实现乏风瓦斯的连续收集过程。

2.根据权利要求1所述的煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的方法，其特征在于，所述采用的集风管道为前粗后细的变径管，变径管内壁保持光滑平整。

3.根据权利要求1所述的煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的方法，其特征在于，所述集风罩入口面积为：

S_集∶S_扩＝Q_集∶Q_扩

S_集——集风罩的入口面积；

S_扩——扩散器的出口面积；

Q_集——集风罩的集风量；

Q_扩——扩散器出口的排风量。

4.根据权利要求1所述的煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的方法，其特征在于，所述集风罩与扩散器顶部出口的距离为1-S米，S的计算公式为：

\frac{Q}{Q_{0}} = 2.2 (\frac{αs}{r_{0}} + 0.294)

其中，Q-射流主体段的流量；

Q₀-射流初始段的流量；

r₀-扩散器出口当量半径

A、B-扩散器出口的长度和宽度；

s-射流轴线上集风罩距离扩散器出口的轴向距离；

a-湍流系数；

取Q/Q₀≈1。

5.一种与权利要求1所述方法配合使用的煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的装置，其特征在于，包括集风罩、集风管道和连接支架，所述集风管道连接在集风罩的出口上；所述集风罩通过连接支架固定在煤矿主要通风机扩散器顶部出口的风流方向延长线上，集风罩内表面为光滑曲线。

6.根据权利要求5所述的煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的装置，其特征在于，所述集风管道为变径管，变径管的大端连接在集风罩的出口上。

7.根据权利要求5所述的煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的装置，其特征在于，所述集风罩对应于扩散器顶部出口的垂直上方或斜上方。

8.根据权利要求5所述的煤矿主要通风机扩散器顶部收集乏风瓦斯的装置，其特征在于，所述连接支架为可调节长度的连接螺杆，连接螺杆的两端分别连接在扩散器顶部出口和集风罩的入口上。