煤礦風(fēng)流出現(xiàn)層流現(xiàn)象，主要是由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計不合理、通風(fēng)設(shè)備故障或礦井內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化等因素導(dǎo)致風(fēng)流速度不均，形成層流，這種層流現(xiàn)象會降低礦井通風(fēng)效率，增加瓦斯積聚的風(fēng)險，對礦工的生命安全構(gòu)成威脅。，為應(yīng)對這一現(xiàn)象，應(yīng)采取以下策略：優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，確保風(fēng)流均勻分布；定期檢查和維護(hù)通風(fēng)設(shè)備，確保其正常運行；第三，加強礦井內(nèi)部結(jié)構(gòu)管理，減少對風(fēng)流的影響；加強礦工安全教育和培訓(xùn)，提高其對層流現(xiàn)象的認(rèn)知和應(yīng)對能力。，通過以上措施，可以有效減少煤礦風(fēng)流層流現(xiàn)象的發(fā)生，保障礦工的生命安全和礦井的穩(wěn)定運行。
層流，作為流體流動的一種形式，指的是流體在流動過程中保持分層、互不干擾的流動狀態(tài)，其速度場和壓力場均呈規(guī)則分布，在煤礦風(fēng)流中，當(dāng)風(fēng)流速度較低、巷道斷面尺寸與風(fēng)速之比適宜時，風(fēng)流可能呈現(xiàn)層流狀態(tài)，這種狀態(tài)下風(fēng)流難以有效混合和擴散，導(dǎo)致礦井內(nèi)氧氣分布不均，有害氣體和粉塵難以有效排出,從而影響礦工健康和作業(yè)安全。
煤礦風(fēng)流出現(xiàn)層流的原因分析
- 巷道斷面設(shè)計不合理：巷道斷面的形狀和大小直接影響風(fēng)流的流動狀態(tài)，若巷道斷面過于狹窄或不規(guī)則，易形成局部渦流區(qū)，導(dǎo)致風(fēng)流在特定區(qū)域形成層流，巷道頂板和底板的傾斜角度也會影響風(fēng)流的分布,增加層流形成的可能性。
- 風(fēng)速控制不當(dāng)：風(fēng)速是影響風(fēng)流流動狀態(tài)的關(guān)鍵因素，當(dāng)風(fēng)速過低時，風(fēng)流難以形成湍流而趨于層流；反之，風(fēng)速過高則可能引發(fā)湍流，同樣不利于礦井通風(fēng),合理控制風(fēng)速是維持風(fēng)流穩(wěn)定流動的重要手段。
- 通風(fēng)設(shè)施配置不當(dāng)：通風(fēng)設(shè)施如風(fēng)門、風(fēng)橋、調(diào)節(jié)風(fēng)窗等的設(shè)計和安裝若不合理，會干擾風(fēng)流的正常流動路徑，造成局部區(qū)域風(fēng)速降低或形成渦流區(qū),進(jìn)而促進(jìn)層流的形成。
- 煤塵和瓦斯影響：煤塵和瓦斯的積聚會改變風(fēng)流原有的流動狀態(tài)，特別是煤塵顆粒和瓦斯氣泡的懸浮會形成障礙物效應(yīng)，阻礙風(fēng)流的有效混合和擴散,促進(jìn)層流現(xiàn)象的出現(xiàn)。
- 地質(zhì)構(gòu)造因素：煤層的地質(zhì)構(gòu)造如斷層、褶曲等也會對風(fēng)流流動產(chǎn)生影響，這些地質(zhì)構(gòu)造往往導(dǎo)致巷道內(nèi)巖石的物理特性發(fā)生變化，如孔隙度、滲透率等,進(jìn)而影響風(fēng)流在巷道中的流動路徑和速度分布。
層流對煤礦安全的影響
- 氧氣供應(yīng)不足：層流狀態(tài)下，礦井內(nèi)氧氣難以均勻分布，特別是在巷道底部和側(cè)壁的死角區(qū)域，可能導(dǎo)致局部區(qū)域氧氣濃度過低,威脅礦工呼吸安全。
- 有害氣體積聚：由于層流狀態(tài)下風(fēng)流混合不充分，瓦斯、一氧化碳等有害氣體會在局部區(qū)域積聚,增加爆炸和中毒風(fēng)險。
- 粉塵控制難度大：層流不利于粉塵的擴散和排出，導(dǎo)致粉塵在局部區(qū)域濃度升高,長期暴露于高濃度粉塵環(huán)境中會嚴(yán)重危害礦工的身體健康。
- 降低作業(yè)效率：層流狀態(tài)下礦井內(nèi)通風(fēng)不暢，作業(yè)面空氣質(zhì)量差，不僅影響礦工的工作效率和心情,還可能因視線受阻而增加事故風(fēng)險。
應(yīng)對策略與建議
- 優(yōu)化巷道設(shè)計：在巷道設(shè)計階段應(yīng)充分考慮通風(fēng)需求，確保巷道斷面合理、形狀規(guī)則且無急劇變化，合理設(shè)置巷道傾斜角度和坡度,以減少渦流區(qū)的形成。
- 精確控制風(fēng)速：通過安裝風(fēng)速傳感器和智能控制系統(tǒng)，實時監(jiān)測并調(diào)節(jié)礦井內(nèi)各區(qū)域的風(fēng)速，確保風(fēng)速既不過高也不過低,維持風(fēng)流在湍流狀態(tài)下的穩(wěn)定流動。
- 優(yōu)化通風(fēng)設(shè)施配置：對現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行全面檢查和優(yōu)化，確保風(fēng)門、風(fēng)橋、調(diào)節(jié)風(fēng)窗等設(shè)施的安裝位置和角度合理，減少對風(fēng)流流動的干擾，定期對通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),確保其正常工作。
- 加強煤塵和瓦斯管理：制定嚴(yán)格的煤塵和瓦斯管理制度，定期進(jìn)行煤塵清掃和瓦斯檢測工作，采用先進(jìn)的除塵設(shè)備和瓦斯抽放技術(shù),減少煤塵和瓦斯的積聚和影響。
- 地質(zhì)構(gòu)造區(qū)特別關(guān)注：針對煤層地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域，應(yīng)加強地質(zhì)勘探工作，提前預(yù)測并制定相應(yīng)的通風(fēng)方案，在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域增設(shè)通風(fēng)孔或采用特殊通風(fēng)設(shè)施,以改善風(fēng)流流動狀態(tài)。
- 加強安全教育和培訓(xùn)：定期對礦工進(jìn)行安全教育和培訓(xùn)，提高其對層流現(xiàn)象的認(rèn)知和應(yīng)對能力，加強應(yīng)急演練,確保在出現(xiàn)層流現(xiàn)象時能夠迅速采取有效措施進(jìn)行處置。
