矿井通风复习计算题以及课后习题考试答案.doc

矿井通风与安全试卷（B）卷参考答案及评分标准一、名词解释（20分；每个2分）1专用回风巷：专门用于回风，不得用于运料与安设电气设备的巷道，在有煤与瓦斯突出区的专用回风巷还不得行人。2瓦斯积聚：瓦斯浓度超过2%，体积超过0.5m3。3被保护层：在突出矿井中，预先开采的、并能使他相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层，后开采的煤层称为被保护层。4煤的自然发火期：从煤层被开采破碎、接触空气之日起，至出现自燃现象或温度上升到自燃点为止，所经历的时间叫煤层自然发火期，以月或天为单位。5外因火灾：可燃物在外界环境的作用下，引起燃烧而形成的火灾。6瓦斯涌出不均衡系数：在正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响，其数值在一段时间内围绕平均值上下波动，我们把其峰值与平均值的比值。7相对瓦斯涌出量：矿井日产一吨煤同斯所涌出的瓦斯量，单位是m3/t。8瓦斯爆炸感应期：瓦斯与高温热源接触后，需要经过一个很短的时间才燃烧或爆炸，这种现象叫引入延迟性，间隔的时间称为感应期。9等积孔：假定在无限空间有一开口为A的薄壁，当通过孔口的风量为等于矿井风量，孔口两侧风压等于矿井通风阻力时的阻力时，测孔口A的面积称为矿井的等积孔。10自然风压：在一通风回路中，由于相对于最低点两侧空气柱的密度不同，导致重力不等，重力之差就是自然风压。二、简答题（35分；每个7分，任选5题）1降低通风阻力的措施有哪些？答：（1）降低摩擦阻力：减小摩擦阻力系数；保证有足够大的井巷断面；选用周长小的断面形状；减少巷道长度；避免巷道内风量过于集中。（4分）（2）降低局部阻力：避免井巷突然扩大或缩小；尽可能避免井巷直角转弯；主要巷道内不要停放车辆、堆积木料；加强总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水要及时处理。（3分）2简述中央式通风系统及其适用性答：井回风井位于井田走向中央，根据井回风井的相对位置，又分为中央并列式、中央分列式。（3分）中央并列式适用于倾角大，埋藏深，井田走向长度小于4km，瓦斯与自然发火都不严重的矿井。（2分）中央分列式适宜和于煤层倾角小，埋藏浅，井田走向长度不大，瓦斯与自然发火都不严重的矿井（2分）。3防止煤炭自燃的开采技术措施有哪些？答：（1）合理的布置巷道；（1分）（2）选择合理的采煤方法和选进的回采工艺，提高回采率，加快回采进度；（2分）（3）选择合理的通风系统，如尽量选择对角式或分区式系统（2分）。（4）坚持自上而下的开采顺序（1分）。（5）合理确定近距离相邻煤层和厚煤层分层同采时两工作面之间的错距，防止上下之间采空区连通（1分）。4影响瓦斯涌出量的因素有哪些?答：自然因素：煤层和围岩的瓦斯含量；地面大气压变化；（2分）开采技术因素：开采规模；开采顺序与回采方法；生产工艺；风量变化；采区通风系统；采空区的密闭质量；（5分）5地面防水措施主要有哪些?答：合理选择井筒位置；（1分）河流改道；（1分）铺整河底；（1分）填堵通道；（1分）挖沟排(截)洪；（1分）排除积水（1分）加强雨季前的防讯工作。（1分）6影响煤尘爆炸的因素?答：煤的挥发分；（2分）煤的灰分和水分；（1分）煤尘粒度；（1分）空气中的瓦斯浓度；（1分）空气中氧的含量；（1分）引爆热源。（1分）三、计算题1解：瓦斯梯度gm=(H2-H1)/(q2-q1)=(300-240)/(11.6-7.2)=13.6t/m3（2分）采深360m时的瓦斯涌出量为：qm=qm1+(H-H1)/gm=11.6+(360-300)/13.6=16.0m3/t（3分）2 解取2点位能的参考位置，根据能量方程有,hR1-2=P1+hv1+gh-P2-hv2（1分）对于入口处有：P01=P1+hv1（1分）因此，hR1-2=P01+gh-P2-hv2（1分）P2=P01+gh-hv2+ hR1-2 =101324+1.259.8400-5+45=106264Pa（2分）3解：（1）从图中可知新风阻R曲线与n1=630r/min曲线的交点为M1，其风量Q1=51.5m3/s（2分）在此风阻下风量降低到58m3/s的转速n2，由比例定律得：n2=n1Q2/Q1=63058/51.5=710r/min（3分）（2）已知Q1=51.5，因此h1=RQ1Q1=0.793251.551.5=2103.8Pa（2分）h1=h1(n2/n1)2=2103.8(710/630)2=2672Pa,（3分）4解：（1）自然分配风量为：m3/s（2分） m3/s（2分）（2）（1分） （1分）因为，所以调节风门加在1支路上。面积为：（2分）（1分）m2（1分）5解一、采区通风系统的总要求：1能有效地控制采区内的风流方向，风量大小和同质。2漏风小3风流稳定性高。4有利于排放沼气，防止自燃和防尘。5有效好的气候条件6安全经济和技术合理1每个采区必须有单独的回风道，实行分区通风，回采面掘进面都应采用独立通风，不能串联通风。2工作面尽量避免位于角联分支上，要保证工作面风向稳定。3煤层倾角大，不得采用下行风。4回采工作面风速不得低于1m/s5工作面回风流中沼气浓度不得超过1%6必须保证通风设施规格质量（风向、风桥、风筒）7要保证风量按需分配，保证通风阻力小，风流畅通8机电峒室必须在进风流中。9采空区必须及时封闭。10要设置防尘管路避究路线，避难峒室和局部反风系统。轨道上山进风，不必在下部车场设风门，避免物料频繁过风门，造成风门损坏，易漏风，甚至风流短路。轨道上山进风，可使新鲜风流免受沼气煤尘污染，有利于保证较优的风质。必须在轨道上山上部和中部甩车场设置风门、风门数量多、不易管理、漏风大。运输上山中、多台运输机串联运输的上部机头不能确保在新鲜风流中。 风流与煤流方向相反，容易引起煤尘飞扬，使进风流污染。煤流中释放瓦斯，使进风流瓦斯浓度增大。运输设备散发的热量，使进风流温度升高。须在轨道上山下部车场内安设风门，由于运输频繁，风门常损坏漏风，甚至引起短路，影响工作面生产。1轨道上山2运输上山在选择采区通风系统时要根据采区巷道布置，瓦期、煤尘及温度等具体条件而确定。从安全观点出发，一般认为瓦斯煤尘危险性大的采区一般宜采用轨进运回系统。瓦斯煤尘危险性小的采区一般采用运进轨回系统。急倾斜煤层，采区溜煤眼不允许做采区进风巷，应采用轨进运回高瓦斯、综采、往往采用三条上山（通风上山，轨道上山，运输上山）。回采工作面上行风与下行风的分析1上行风风速小时，可能出现瓦斯分层流动和局部积存。下行风时，沼气与空气混合能力大，不易出现分层和局部瓦斯积存。2上行风运输途中瓦斯被带入工作面，工作面瓦斯浓度大。下行风运输途中瓦斯被带入回风巷，工作面瓦斯浓度小。3上行风和运输煤流方向相反，容易引起煤尘飞扬，工作面粉尘浓度大。下行风和运输煤流方向相同，工作面粉尘与沉降一致，利于沉降。4上行风，须把风流引导最低水平然后上行，经过路线长。风流被地温加热的程度大，且运煤设备发热量也加入，故工作面气温高。5上行风上偶角瓦斯常超限。6下行风 运输设备在回风巷运转安全性差。7下行风比上行风所需的机械风压要大，因为要克服自然风压。且一旦停风，工作面风向逆转。8下行风一旦工作有火源，产生火风压与机械风压相反，会使工作面风量减少，沼气浓度增加，故下行风，在起火地点沼气爆炸的可能性比上行风大。五、回采工作面进风巷与回风巷的布置形式1U形（后退式）简单可靠采空区漏风小但工作面上隔面易积存瓦斯工作面进风巷要提前掘出，维护工作量大。U形（后退式）采空区漏风大工作面风量容易不足超前巷掘进时，独立通风长度短。采空区沼气不涌向工作面，而涌向回风巷。2Z形（后退式）回风巷为沿空留巷，可提高回采率。巷道采准工程量较少采区内进回风巷总长度近似不变，有利于稳定风阻，改善通风。无上隅角瓦斯超限，但回风巷常出现沼气超限。Z形（Z形的前进式）回风巷为沿空留巷，或预掘。巷道采准工作量较少。采区内进风量总长度近似不变，有利用稳定风阻，改善通风。上隅角瓦斯浓度大，有积聚。3Y型（后退式）解决了U型上隅角瓦斯常超限问题。工作面上下顺槽都是进风流，改善作业环境。实行沿空留巷，可提高采区回采率。适用于瓦斯涌出量特大的煤层中。还需边界准备专用回风上山，增加了采区巷道的掘进和维护费。4双Z型（后退式）工作面分割成上下行风二段，通风能力大。工作面中间，瓦斯浓度大（前进式），沼气进入工作面。工作面中间，瓦斯浓度小（后退式），沼气不进入工作面较安全。后退式在采空区，维护一条回风巷，工程量大，作业困难，不安全。采空区漏风大，易引起遗煤自然发火。5W型（称双工作面）后退式比前进式优越，是解决综采高沼气工作的重要形式。前进式巷道维护在采空区，漏风大，有效风量率低，且易十自然发火。供风量增加，通风能力大，适用综采。高瓦斯矿，中间巷可不直钻孔，抽瓦斯抽放率高。扩散漏风距离范围小，有利于防止采空区自燃。第三节采区所需风量的计算按需供给风量是采区通风的核心。一、采区所需总风量是采区风备用风地点所需风量之和。Q采总=式中工作面和备用面风量之和m3/min各掘进工作面所需风量之和m3/min各峒室所需风量之和m3/min风量备用系数（包括漏风）一般取1.2其它巷道需风量计算依据采掘工作面回风道CH4浓度1% CO220% CH4浓度0.5% t28机电峒室30二、回采工作面需风量1按沼气涌出量计算涌出不均衡系数（kg=最大涌出量/平均涌出量）和采1.31.45 炮采1.351.5Qg沼气绝对涌出量m3/minCg工作面回风流量高允许浓度Cin工作面进风流0.5%2按工作面气温与风速的关系计算工作面平均断面使用支撑式支架时掩护式支架时3按炸药量计算500稀释每公斤炸药产生的炮烟风量故放炮后通风时间一般20minA一次爆破所用的最大炸药量kg4按人数计算4每人每分钟供给4m3的规定风量（实际每人每分钟呼吸风量0.3m3/分）工作面同时工作的最多人数。5按风速进行验算根据规程规定定，回采工作面最低风速为0.25m/s，最高风速为4m/s的要求验算。 （工作面断面积）6备用采面需风量：一般取生产采面的一半，即，风速，五种方法算得下风量，选择最大值作为回采工作面所需风量。低沼气矿井综采工作面所需风量200综采面基本风量（采高时，控顶距4m，风速1.5m）半径系数 当 当 工作面长度系数 L工作面长度温度系数 15 k3=0.7 1617 k3=0.8 1822 k3=1.0 2324 k3=1.2 2526 k4=1.4支架后方空顶系数，易于冒落 强制放顶 三、掘进工作面所需风量1按沼气涌出量计算掘进头绝对沼气涌出量 m3/minK瓦斯不均衡系数一取可取1.52.02按炸药量计算A一次爆破最大炸药量（kg）3按高扇吸风量计算局扇吸风量 5.5kw 100m3/min11kw200m3/min28kw- 350m3/minI局扇台数4按人数计算N工作面最多人数5按风速验算岩巷掘进面 煤巷或半煤巷 岩巷掘进面 以上五种方法中选择最大值作为掘进所需风量。三、峒室所需风量的计算1大型火药库 Q=1001502中型火药库 Q=601003采区绞车房 Q=60804采区变电所 Q=60805充电峒室 Q=100200第三节 通风构筑物三类：1隔断风流的构筑物、密闭、风门。2用于通过风流的构筑物，风峒、风桥、测风站3调节和控制风量、调节风窗。风门：普通风门（单扇人行门、单扇过车门，双扇木门过架线风门）自动风门撞杆式自动风门（图6-14）配重倾斜自关式（图6-14）气动式自动风门水压自动风门电动式自动风门控制触发方式：辅助架线集电弓触发式轨道开关接点触发器（按钮式开关）轨道荷重传感器光控触发器超声波触发器红外线传感器微波传感器电磁滤应器触发第四节减少漏风保证采区供风一、漏风的分类1外部漏风，地面主扇附近的井口防爆盖，调节闸门等处的漏风。2内部漏风，井下各种通风构筑物的漏风，采空压及碎裂煤柱。按漏风分布的性质可以分为连续分布的漏风（巷道壁漏风，沿空巷道的漏风，掘进风筒漏风）局部漏风（通风构筑物的漏风）二、漏风阻力定律漏风有属紊流态，服从紊流阻力定律。 漏风有属过渡流态，服务紊流阻力定律。 漏风有沿程连续分布漏风，服从 三、衡量矿井漏风程度的参数1矿井内部有效风量率各用风地点总风量之和与矿井总风量之比%（一般不能80%）2矿井内部漏风率（一般不能20%）3矿井外部漏风率（一般不能15%）四、控制漏风，提高有效风量1矿井主要进回风进，压差大，布置上尽量拉开距离。对角式联络巷中尽可能要设置高质量的正、反风门。2矿井、采区、工作面进回风平巷间距不直过小。3服务年限长的进、回风巷道应布置在岩石中。4要正确选择通风构筑扬的安设位置。5采空区注浆，洒水、可提高压实程度，减少漏风量。6尽可能降低并联的漏风通道两端压差，降低漏风量。7压入式通风的箕斗井回风时，井底煤仓必须留足够的煤量，防止漏风。8风门、风桥规格化，保证构筑质量。9地表小煤窑必须查明，漏风通道，严防漏风漏水。第七章掘进通风无论在新建矿、扩建矿还是生产矿井都要经常进行大量的井巷工程，为生产作准备，掘进时必须要对独头掘进面进行通风，这种通风称为掘进通风或局部通风。第一节掘进通风方法一、总风压通风矿井主扇造成的风压称为总风压总风压通风利用纵向风墙导风（图7-1）利用风筒导风利用平行巷道导风利用钻孔通风二、使用局部动力设施的通风法按动力源分为引射器通风和局扇通风。1引射器：其通风原理是利用压力水或压缩空气经喷咀高速射出产生射流，卷吸周围空气一起前进。优点：引射器通风安全，在煤与瓦斯突出严重的煤巷掘进时用它替代局扇，安全性能高。缺点：风压低，风量小，效率低，需有高压水源或压气时，才能使用。2局扇通风局扇通风是矿井广泛使用的掘进通风方法：压入式、抽出式、混合式1）压入式通风 图7-10风筒出口到工作面距离有效射程 风筒出口到风流转向点的距离叫有效射程 压入式通风优缺点：局扇及电气设备布置在新鲜风流内，污风不通过局扇安全。有效射程远，工作面风速较大，工作面排炮烟通风时间短，迎头区排烟效果好。可使用柔性风筒，使用方便。风筒漏出新风对排烟有一定作用缺点是一污风沿巷道排出污染范围广，劳动环境差，巷道长排烟时间长。2）抽出式通风图7-11风筒口离工作面的距离应小于有效吸程抽出式通风的优缺点新鲜风流沿巷道进入工作面，整个井巷空气新鲜，劳动环境好。只要保证在内，抽出式风量比压入式风量小得多，功率小。污风通过风机，若风机不具备防爆性能则不安全，高沼气矿不使用。吸风口离工作面近，容易被放炮岩石崩坏。不能使用柔性风筒，使用铁风筒，安装麻烦、费工时。3）混合式通风用两套风机和风筒装置，一套向工作面供新风，一套为工作面抽污风称为混合式。压入式和抽出式联合工作，所以兼有二者的优点。布置方式1长压短轴2前压后轴（长抽短压方式）3前抽后压（长轴短压方式）第二节掘进工作面所需风量的计算1压入式通风 （m3/min）A一次爆炸破药量 kgS掘进巷道的净断面积从工作面至炮烟被稀释到安全浓度距离。（当掘进巷道的长度小于时，用巷道长代替）。2抽出式通风炮烟抛掷长度，电雷管起爆时 爆雷管起爆时 3混合式通风（长抽短压） Q抽=Q压+60Vs（长压短轴） Q压=Q抽+60VsV排尘最低风速0.150.25m/s 或稀释沼气的最低风速0.5m/s。S风筒重叠段的巷道面积验算 按最低排尘风速0.15m/s 按最低风量按最高风速（岩巷、半煤岩和煤巷）4m/s 验算最高风量第三节 掘进通风设备的选择一、风筒的选择1对风筒的基本要求是：漏风小风阻小使用方便成本低廉安全耐用（阻燃、抗静电）2风筒种类刚性 铁质风筒、玻璃钢（摩擦阻力系数又小，但成本高、轻、抗酸碱腐蚀）。柔性：（帆布、胶布、人造革塑料风筒）刚性：适用于压入式和抽出式柔性：仅适用于压入式3风筒的直径400、500、600、8004风筒的风阻摩擦风阻Rfr局部风阻（接头风阻Rjo、弯头风阻Rb和出口风阻Rou（压入式）入口风阻Rin（抽出式）压入式抽出式其中，摩擦风阻 系数，可按表（7-2）选取局部风压损失 可按图7-14选取 可按图7-15选取 取为1 取0.1，入口处完全修圆的 取0.50.6当入口处直角入口。三、风筒漏风金属风筒漏风主要是接头漏风胶布风筒漏风不仅接头，而且全长（壁面和斜眼）漏风。所以风筒漏风属连续均匀漏风。通过风筒的平均风量 （何平均值）局扇工作风量风筒出口风量（工作面风量）反映风筒漏风程度的指标有三1风筒漏风率百米漏风率 2风筒和有效风量率 风筒出口风量占局扇工作风量的百分数3风筒漏风备用系数四、风筒直径、局扇的选择1局扇工作风量 2局扇工作风压压入式 压入式风筒的总风阻 抽出式 压入式风筒的总风阻 3选择局扇一般都使用JBT系列，根据在图7-16中选择再参照表7-5、表7-6选择配套的风筒。4局扇串联如果选用的局扇工作风压不能满足要求，可选用二台进行串联作业。5局扇并联（一般多为集中并联）当风筒风阻不大，而单台局扇不能给出所需风量时，说明局扇本身供风量不足，而非风压过小，这时可采用两台并联。局扇无论是并联还是串联，均应选用同型号风机，以防止出现不正常工况。第八章矿井风量按需调节随着矿井生产的发展，矿井风网的风阻不断变化为了保证井下用风地点的风量和风质，就必须不断对矿井风网的风量进行调节，以保证安全生产，矿井风量调节是通风管理的重要内容。一、矿井总风量调节当矿井总风量不足或过剩时，需调节总风量，也就是调整主扇的工况点：采取的措施是：改变主扇转速（电机的变频调速，可控硅串级调速，液力电阻器调速）改变时按安装角的办法改变前导器叶片角度更换电机改变矿井网络总风阻值：利用风峒中的闸门，使总风阻增减。二、局部风量调节增阻法减阻法辅扇调节法1增阻调节法如图并联风网，其中 该并联风网中自然分配的风量分别为按生产需要 显然自然分配风量不符合要求若按生产要求：两分支的阻力为保证按需供用，必须使两分支的风压平衡为此，需在1分支的回风段设置一调节风窗，使它产生局部阻力，根据调节风窗计算公式若第九章矿井风量按需调节增阻调节法的优缺点与适用条件1这种调节法具有简便易行的优点，它是采区内主要调节措施。2这种调节法使矿井的总风阻增加，势必造成矿井总风量下降。要想保持总风量减少就得改变主扇风压曲线，增加通风电力费3适当条件下可用以下几种增阻调节法百叶窗形调节装置（如图8-8）a. 调节范围较宽b. 调节比较均匀c. 有利于降尘d. 易于实现自动化控制气室型调节装置（图8-9）通过改变门扇的敞角来实现风量调节可以设在运输强度不太大的巷道中风幕调节装置（图8-10）通过高速风流形成风幕来遮断风流通过的能力。达到调节风量的目的a. 可连续平滑地实现调节，但调节量有一定限度。b. 不堵塞巷道c. 不影响运输和行人d. 风幕中加水，可降尘e. 易于实现自动化管理二、降低风阻调节法并联风网，两巷道的风阻分别为所需风量为，（不是自然分配风量）则两巷道的阻力分别为如果；则以为依据，把减到，为此须把降到即以上表明：降阻调节与增阻调节相反，为保证风量按需分配，当两并联巷道的阻力不等时，以小阻力为依据，设法降低为阻力巷道的风阻，使网孔达到阻力平衡，由可知降低风阻的主要办法是扩大巷道断面则 原来巷道改造，即旧巷长度不变，L是常数 若如果客观上又无法采用扩大巷道断面的措施时，可改变巷道壁面的平滑程度或支架型式，以减少摩擦阻力系数来调节风量。改变后的摩擦阻力系数，可用下式计算降阻调节的优点使矿井总风阻减小，总风量增加。但这种调节法工程量大，投资较多，施工时间也较长。一般宁愿在巷道旁开掘并联巷道，或利用废旧巷道供通风用。三、增加风压调节法增压调节的实质是在并联风网中的大阻力分支中安装辅助扇风机，用其克服该分支的部分阻力，达到按需供风的目的。（如图表8-12）一采区所需风量 风阻 产生的阻力二采区所需风量 风阻 产生的阻力自地表到采区总进风段1-2的风阻为总进风段3-4的风阻为两采区所需总风量为若且，为了保证按需供风，则主扇应提供的风压为为使二采区供风量为，则要安设辅扇，压力，则辅扇风压辅扇风力用这组数据选择辅扇增压调节法的优缺点1较降阻调节法比较，施工方便，但管理工作较复杂，安全性较差。2经济费用高。（辅扇的购置费、安装费、电力费、运行费、绕道开掘费）3增加通车过人的麻烦。适用条件在并联风网中各分支的阻力相差比较悬殊，主扇的风压满足不了阻力较大分支的需要时，不能采用增阻调节法，当采用降阻调节法在时间上来不及时，可采用安装辅扇的增压调节法。另一种增压调节法（引射器相法）靠射流产生的动能，推动风流，从而使该风路的风量有所提高。这种调节方法虽然安装方便，但增加的能量有限，提高风路上的风是不多，特别是容易产生循环风。四、风量调节与瓦斯浓度的关系在瓦斯矿井进行风量调节，通常是以巷道中的瓦斯浓度作为调节依据。第三节 多台主扇联合运转的相互调节采用多台主扇联合运转的矿井、各台主扇之间、相互影响如不注意在必要时进行各台主扇的相互调节，就可能使矿井通风的正常状况受到破坏，甚至严重影响安全生产。一、多台主扇联台运转的相互影响由于东翼需风量的改变，使西翼也必须做相应调整，如不调整西翼主扇工况点将为，从而使西翼风量减少，有时甚至处于不稳定状态，新的生产计划要求，东翼主扇风量增至时，则会导致矿井总进风量增加。公共风路与东翼风路的通风阻力增加。公共风路的通风阻力增至东翼风路的通风阻力增至则东翼主扇的静风压东翼主扇的动轮叶片安装角调整为时，才能满足供风需要，即新工况点为，其工作风阻力当东翼主扇经调整满足按需供风时，则西翼主扇因矿井总进风量增加，必须提供的静风压为西翼主扇的新工况点，故必须将西翼主扇动轮叶片的安装角调整至其工作风阻这样才能保证两翼的按需供风。二、多台主扇不稳定运转的预防通过前面讨论，可知西翼的通风阻力为工作风阻同理，东翼的工作风阻特别是当两主扇风压特性相差较大，且公共风路的风阻较大时，可能导致公共风路的通风阻力与西翼主扇零风量时的风压相等，见西翼处于无风抚态。当公共风路的通风阻力大于西翼主扇常风量时的风压时，则会出现西翼风流逆转，成为东翼主扇的进风路线之一。所以对于两台或两台以上的主扇进行并联运转的矿井。当一台主扇的工况被调整，其它主扇的工况点也应做相应的调节。为了保证多台主扇并联安全稳定运转，要尽可能降低公共网风路的风阻（长度尽可能短，断面尽可能大，进风道尽可能多些。）尽量选用相同型号，能力的风机。尽量均衡，东西两翼的风量和风压（生产布局要均衡）。尽可能少用或不用主扇叶片最大角度的特性曲线，防止自然风压的反作用，使主扇工作点超出合理工作范围，造成运转不安全。第十章 矿井通风系统与通风设计第一节 矿井通风系统包括：井风井和出风井布置方式，矿井主扇工作方法，通风风路。一、矿井通风系统的类型1中央式：中央并列式、中央分裂式（也称中央边界式）2对角式：两翼对角式、分区对角式3混合式：中央分列与两翼对角混合式、中央并列与中央分列混合式。1中央并列式（图9-1）井风井和出风井大致并列在井田走向中央。二井底都开掘到第一水平，井底车场。风井位于工业广场内，噪音和污染影响地面、工作环境。岩石中要做一条回风石门。乱层倾角小时，回风石门长，开掘费用高，还需在回风石门下留煤柱保护。压入式使用条件：新建矿井、煤层倾角大，埋藏深，但走向不大。而且瓦斯自然发生都不严重条件下，使用并列式比较合理，开掘少。由于倾角大，总回风石门短，开掘费用少。便于贯通，建井期较短。初期投资较少，出煤较快。便于延伸井筒，为深部通风提供有利条件。风流折返流动，路线长，通风阻力大，通风费用大。工业广场有风机噪音。地面建筑和供电均集中便于管理。井底车场漏风大。2中央分列式（图9-2）抽出式进风井大致位于井田走向中央出风井位于井田线部走向中央出风井底高于进风井底。压入式优缺点使用条件：（1）适用于煤层做用较小，埋藏较浅走向长度不大，而且瓦斯、自然发生比较严重的矿井。（2）与并列式相比，这种方式安全性好，建井期限略长，初期投资增大（多打一个出风井，少掘一条总回风石门）（3）两个井筒，在深部延伸，通风不困难。（4）风流不折返，直通回风井，路线短，阻力小，内部漏风小，有利于防火。（5）工业广场没有主扇噪音和污风污染（6）从回风系统铺设防尘管路系统比较方便。3两翼对角式抽出式进风井大致位于井田走向中央出风井位于浅部和走向边界附近。（1）适用于走向较大，井型大，煤层距地表浅，瓦斯自然发生严重的矿井。（2）比中央分列式安全性更好。（3）初期投资大（4）风流路线短，阻力和漏风较小。（5）各采区风阻比较均衡，矿井总风量比较稳定。（6）工业广场不受污染和噪音的危害。（7）与中央式相比安全出口多。（8）管理相对分散（9）发生事故反风较困难。4分区对角式抽出式进风井大致位于井田走向的中央每个采区各掘一个小风井，安设小功率主扇，不必做总回风巷适用条件：（1）煤层距地表浅，因地表高低起伏较大，无法开掘浅部总回风道，而且表土层设有流沙层，便于开掘小风井（2）每个采区都有独立的通风路线，互不影响。（3）设计规范要求240万吨以上的大型矿井、宜采用分区开拓分区通风、集中出煤各分区应有独立通风系统。（4）分区开风井既可改善通风条件，又可以利用风井准备采区，缩短建井工期。初期采用中央分裂式通风系统（缩短基建时间）后期再采用两翼对角混合式一般是老矿井的改建、扩建时使用。三、扇风机工作方式1压入式（矿区周围小窑多）2抽出式（通常采用的方式尤其高瓦斯矿）3混合式（矿区阻力大）优缺点：1抽出式主扇使井下风流处于负压状态，当一旦主扇因故停止运转时，井下风流压力提高，可抑制采空区瓦斯涌出，比较安全。2压入式主扇使井下风流处于正压状态，当主扇停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。3采用压入式通风时，须在总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较困难，漏风较大，如图9-8。4地面小煤窑分布较广，并和矿区相沟通条件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，造成事故，风流短路总风量和有效风量都会减小，用压入式通风，能用部分回风流把小窑的有害气体排出。5如果能够严防总进风路线上的漏风，则压入式主扇的规格尺寸和通风电力费用都较抽出式为小。6压入式过渡到深水平抽出式通风有一定难度，会使过渡期限拦得过长。一、矿井通风系统的基本要求1每个矿井，至少要有两个通到地面的安全出口。2进风井口要有利于防洪，不受粉尘，有害气体污染。3北方矿井、井口需装供暖装备。4总回风巷不得作为主要人行道。5工业广场不得受扇风机噪音干扰。6装有皮带机的井筒不得兼作回风井。7装有箕斗的井筒不应作为主要进风井。8可以独立通风的矿井，采区应尽量独立通风，不宜合并一个通风系统。9通风系统要为防治瓦斯、火、尘、水及高温创造条件。10通风系统要有利用深水平或后期通风系统的发展变化。矿井通风设计所需的基础资料1矿井自然条件、地形图、地质图、煤岩的游离二氧化硅（矿）和硫的含量、沼气含量和压力。煤与瓦斯突出危险性，自然发生危险性，煤尘的炸爆性，地温参数，矿区地面气候，常年主导风向。2矿井生产条件，矿井年产量，服务年限、开拓、开采、提运系统、产量分布、采掘工作面比例、生产和备用工作面个数，井下同时工作的最多人数，同时炸破的最多炸药量，矿井采区的巷道系统，断面大小和支护方式。3通风设备产品目录和价格。4邻近矿井的经验数据或统计资料。通风设计的步骤为1拟定矿井通风系统，通风系统图2计划矿井总风量3按通风容易和困难两个时期进行风量分配，定出计算最大总阻力。4选择主扇设备5概算通风费用第二节 矿井总风量的计算和分配按规程要求，设计矿进的风量，应由省煤局确定，且必须釜底抽薪照矿井整个服务年限内各个时期的通风要求，分水平进行计算，以保证合理通风。第十一章矿井空气的降温与加热随着开采浓度的不断增大，机械化程度日益提高，井下热害愈来愈严重，必须采取空气的降温措施。北方冬季寒冷矿区，必须采取加热措施，防止井筒结冰而造成提井、运输事故。第一节人体热与环境热的关系一、人体的热平衡热平衡关系用下式表示方程人体产热量肌内作功而消耗的热量人体与周围环境的换热量（对流换热）人体吸热+放热人体与周围环境的辐射换热量人体皮肤、出汗、蒸发所散发的热量。蓄存于人体内的热量。二、微小气候对人体热调节的影响。1温度：气温对人体热调节起着主要作用2湿度：湿度大、汗液蒸发困难、人体散热困难，容易导致人体热平衡破坏。3风速：空气温度低于人体，风速大，散热量愈多，空气温度高于人体时，人体获得对流热。4辐射：影响人体辐射散热的是人体周围物体的表面温度，当周围物体，表面温度高于人体时，人体就得到辐射热。三、微气候对人体散热的影响散热方式主要影响因素对流散热空气温度风速辐射散热人体周围物体表面温度汗分蒸发散热空气相对温度风速各种散热方式占人体总散热量的百分比辐射44%对流31%蒸发21%热环境与事故率热环境中，中枢神经系统受到抑制，使注意力分散、降低动作的准确性及协调性，容易发生事故。衡量环境气候的指标：干球温度、等效温度、卡它度干球温度不能真实反应气候对人的适宜程度，环境中的舒适感是根据工人在空气温度、湿度、风速三种数据不相同，各种环境中的舒适感觉进行统计和比较，并以湿度已饱和风速为零，舒适感觉相同的环境空气温度作为指标用来评价温度、湿度和风速不相同的各种环境，对人的舒适感觉，这种指标叫做等效温度。它能反映空气温度、湿度和风速三种因素对人舒适感觉的综合作用。卡它度表示具有与人的体温接近的卡它温度计向外界散热的速度。干卡它度近似地取决于气温和风速。温卡它度可以反映温度、湿度、风速三者的综合影响。用湿纱布包裹液球。静止空气中，卡它度相当于成年男人身体的散热速率。第二节影响井下气温的因素影响井下气温变化的主要因素有：1矿井进风温度2井下风流的压缩和膨胀3机电设备散热。4氧化放热5人体散热、散湿6地下热水散热。7围岩与井下空气的热交换。适应于不同作业的卡它度作业静止程度舒适的干卡它度舒适的温卡它度坐着工作618中等劳动825重劳动1030（二）风流位能变化的影响风流下行增焓（放热）风流绝热压缩引起风流温度的变化 当，风流上行减焓（吸热）位能转化成热量使空气的比焓增大，可用下式计算当风流的质量流量为例如：已知某井筒垂深为650m，试求风流下行时位能变化引起的压缩增焓，井筒入风量，求位能转化成的总热量。解：压缩增焓为位能转化成的总热量为三、围岩与风流间的热交换1地温在垂深方向的分布规律（1）变温带，在离地表2040m范围内，岩温受地表气温变化的影响，称为变温带，变温带中的岩温随季节变化。（2）恒温带，恒温带岩温常年不变（表10-1）（3）增温带，岩温随深度增加而增加，地温每增1增加的垂深m/称。（4）地温率、恒温带的温度（）及深度（m）地温率m/例已加某矿井恒温带深度，恒温度。地温率m/。试求矿井垂深650m处的初始岩温解由 2围岩传递给风流的热量已知巷道壁温和平均气温，用牛顿公式求算 （10-12）对流换热系数巷道周界及长度m巷壁平均温度平均气温例：水平巷道100m，周长12.2m，原始岩温35，空气温度25，总传热系数，求巷道围岩的散热量。解：一个大型矿井，围岩的散热量可达数百万千瓦。四、机电设备散热。1动力设备散热（电动机、变压器）N供电设备实耗功率 kw设备效率2蓄电池机车发热机车功率1.5蓄电池化学反应发热的系数。五、其它热源1煤壁氧化发热量折算到巷道风速时单位面积氧化发热量。近似可取34.6w/m22人员发热量人数每人发热量 推车170215w搬运坑木 300390w3地下热水散热明度 aet rvyo沟散热量 热交换系数 F空气与水的接触面积分别是水与空气的温度4局扇对风流的加热。风流流过局扇的焓值的增量 N轴流式局局电机输入功率 kwM风机风量 kg/sHs风机静压 pc空气密度 kg/m3风机静效率 风流通过局局的温升空气定压比热1.01例某掘进巷道局扇实测输入功率N=21.2kw，流量M=6.1kg/s计算风筒内局扇前后风流的温差解：第三节矿井降温措施一、通风降温1选择合的理风通系统，缩短进络网线2加大风速和风量3在条件适宜的工作面采用下行风4改U型为y型工作面通风或采用W型通风。二、减少热源1入风巷尽可能布置在无氧化发热的围岩内。2在地温高时，新掘出的巷道，放热量大，可用隔热材料。3温度高的压气管或排水管应设在回风流中。4采区氧化发热严重的矿井，用全部充填法管理顶板，可减少采空区涌出的热量。5采用排水暗沟。三、选择适宜的开采顺序1采区前进式，初期入风路线短，工作面后退式，可使巷道有较长的通风冷却时间。2综采面提高循环次数，增加产量，比提高工作面长度要好。3采用双巷掘进有利于降低井下气温（表10-12）。第四节矿井空气调节系统上述各种降温技术都是有一定限度的，对热害严重的矿井应考虑采用机械制冷设备通来改善井下热环境。矿井空调应看作是生产性空调一、矿井空调系统基本类型（按制冷站的位置）1地面集中式（冷却矿井入风）图10-62井下集中式和分散式（冷却 水平入风，或服务采区）图10-7、图10-83井下移动式（主要用于高温严重的局部采掘地点）图10-9二、矿井空调系统的组成由制冷、传冷和排热三个基本部分组成矿井空调系统一般存在三个循环回路制冷剂循环回路载冷剂循环回路冷却水循环回路矿井空调系统的六种基本类型1全部放在地面、冷却矿井入风称为地面集中式。2制冷机及排热系统在地面、空冷器在井下。3制冷机及空冷器在井下，只重地面排放冷凝热。4在井下排除冷凝热的系统。5混合式制冷空调系统。6矿用移动式空调机组。三、机械制冷设备的工作原理。主要采用液体气比制冷法：蒸汽压缩式制冷吸收式制冷蒸汽喷射式制冷矿井空调主要采用蒸汽压缩式制冷一、理想制冷循环即逆卡诺循环，由二个定温和二个绝热过程组成。四、制冷循环的热力计算在下列给定条件下进行：制冷量、制冷剂的蒸发温度、冷凝温度、过冷温度。计算步骤简列如下：（1）每千克制冷剂的制冷量（2）每千克制冷剂所担当的冷凝器热负荷（3）压缩1Kg制冷剂蒸汽的功耗（4）制冷循环的制冷系数如果制冷剂的循环量为，则压缩机所消耗的理论功率。常用实际制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环的制冷系数比值来表示实际制冷循环与理想循环的接近程度，这个比值被称作为热力学完善度制取的冷量与所耗功率之比，称为制冷系数或能效比矿井通风复习题及解答一.名词解释1.绝对湿度:单位体积空气中所含有的水蒸汽的质量(kg/m3)(g/m3)2.相对湿度:空气的绝对湿度fa与饱和湿度fs的百分比(fa/fs *100%)3.空气的比容:单位质量空气所占有的容积(n=V/M )4.空气的密度:单位容积空气的质量(r=M/V)5.粘性:当流体层间发生相对运动时产生的内摩擦力的特性称为粘性6.绝对全压:以真空为基准测的压力称为绝对静压加上速压.称为绝对全压7.绝对静压: 以真空为基准测的压力称为绝对静压.8.相对全压:以大气压为基准测的压力称为相对静压加上速压称为相对全压9.位压:单位质量空气相对于某个基准面而具有的势能称为位压.10.速压(动压):单位质量空气以某一速度运动所具有的动能称为速压(动压)11.工况点:扇风机的风压特性曲线与矿井井巷风阻特性曲线的交点称为工况点.12.等积孔:以一个假想孔口的面积大小来度量矿井通风的难易程度称该孔口为等积孔.13.饱和湿度.空气中的水蒸汽量达到极限值时的湿度称为饱和湿度.14.矿井漏风率:矿井内外漏风量与扇风机风量之百分比.15.风量平衡定律:在矿井风网中流入节点的风量等于流出节点的风量.16.风压平衡定律: 在矿井风网中任一回路或网孔中顺时针的风压等于逆时针的风压.17.通风阻力定律:风流在巷道中流动其风量风阻及风压遵循H=R*Q2的规律18.负压通风:风流在抽风侧管道内任一点的相对静压为负值的通风称为负压通风19.正压通风:风流在压风侧管道内任一点的相对静压为正值的通风称为正压通风20.紊流:风道内流体质点不仅有轴向而且有径向的无规律杂乱运动的流动称为紊流.21.层流: 风道内流体质点只有轴向直线运动没有径向运动的流动称为层流.22.摩擦阻力H:是指单位立方米的空气在流动过程中损失的能量(H=R*Q2