矿井通风复习总结.docx

矿井通风复习总结第一章 矿井空气矿井通风:利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后将污浊空气排出矿井的全过程。安全健康作业环境的需求 ，灾害事故控制的需求.矿井通风的任务是：满足人的生理需要；稀释并排出有毒有害气体和矿尘等；调节矿井气候由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流监测与控制设施组成地面空气进入矿井以后即称为矿内空气。地面空气则是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。一般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气称为新鲜空气（新风）；经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为污浊空气（乏风）。O2不少于20%，进风流中CO2不超过0.5%；总回风流中， CO2不超过0.75%；当采掘工作面风流中CO2 浓度达到1.5%或采区、采掘工作面回风道风流CO2浓度超过1.5%时，需要停工处理。 矿井瓦斯是指矿井内释放出的90%以上的甲烷及少量的乙烷等气体的总称，因此，瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），甲烷是一种无色、无味、无臭的无毒气体，对空气的相对密度为0.55，难溶于水，扩散性较空气高1.6倍。 浓度高时，引起窒息。不助燃，但在空气中具有一定浓度（5%16%）并遇到高温（650C750C）引起爆炸。qg 10 m3/t ，且Qg 40 m3/min，为低瓦斯矿井；qg 10 m3/t ，且Qg 40 m3/min，为高瓦斯矿井采掘进风中CH4浓度不得大于0.5%，矿井总回风和一翼回风中CH4浓度不得大于0.75%；采掘回风中CH4浓度不得大于1.0%。矿井气候是矿井空气温度、湿度和流速三个参数的综合作用状态，其对井下作业人员身体健康和劳动安全又重要的影响。人体散热方式与影响因素：包括对流、蒸发和辐射三类散热方式，空气温度对人体散热方式有重要的影响，空气温度、湿度和风速是影响人体散热情况的三种主要因素。 干球温度：暴露于空气中而又不受太阳直接照射的干球温度表上所读取的数值。湿球温度是标定空气相对湿度的一种手段，其涵义是，某一状态下的空气，同湿球温度表的湿润温包接触，发生绝热热湿交换，使其达到饱和状态时的温度干卡他度仅反映的是对流和辐射的散热效果，而与干卡他度对应的湿卡他度反映的是对流、辐射和蒸发三者综合的散热效果。 、风流的边界条件 入口断面处（in）：风流速度为零，风流入口断面处的绝对全压等于大气压，即有： Ptin=P0，所以，htin=0，hin= hvin； 出口断面处（ex） ： 风流具有一定的速度，风流出口断面处的绝对静压等于大气压，即： Pex=P0，所以，hex=0，htex=hvex； 任意两断面间的通风阻力就等于两断面的全压差：a、抽出段 求入口断面至i断面的通风阻力为： hR0i=ht0hti=hti = | hti | （ht0=0，见入口边界） 因此，在抽出段，入口至任意断面i的通风阻力（hR0i）就等于该断面的相对全压（hti）的绝对值，故可以从坡度线上直观地看出通风阻力的大小。且可求出负压段任意两断面（i 、j ）的通风阻力 hRij | htj | hti | b、压入段：求任意断面i至出口的通风阻力，由上式得： hRi10 =htiht10 =htihv10 (h10=0） 即在压入段任意断面i至出口的通风阻力（hRi10）等于该断面的相对全压（hti）减去出口断面的动压（hv10）。同理，可推导正压段两断面（i 、j ）之间的通风阻力为：hRij htihtj 绝对全压（相对全压）沿程是逐渐减小的；绝对静压（相对静压）沿程分布是随动压的大小变化而变化。在全压一定的条件下，风流的动压与静压（非水平巷道中海油位压）可以相互转换，在断面较小的地方，部分静压转换为动压，反之在断面较大的地方部分动压转化为静压，因此静压坡度线沿程变化起伏。因此，在判断风流方向时，水平巷道用全压，倾斜巷道用总能量（静压+动压+位压）； 水平巷道中任意两断面之间的通风阻力等于全压坡度线上两断面的全压降低值，通风阻力越大，全压降低越多。3、 扩散器回收动能（相对静压为负值）概念：在风流出口加设一段断面逐渐扩大的风道，使得出口风速变小，从而达到减小流入大气的风流动能。由于流入大气的动能对风流未做功，因此这种做法称为动能回收。 问题：扩散器安设的是否合理？ 分析：安装扩散器一方面可以回收动能（Dhv），但同时扩散器自身也增加了通风阻力（hRd），当然要求回收的动能要大于增加的通风阻力，即： Dhv= hvexhvex hRd 合理 Dhv= hvexhvex hRd 不合理 式中： hvex安装扩散器后的出口动能损失（较小）。 hvex是未安装扩散器时出口的动能损失。 测定扩散器中的相对静值就可判断扩散器的安装是否合理，而且扩散器段的相对静压的负值（习惯用正值）越大，其扩散器回收动能的效果越好。通风机是将电能转换为风流的机械能，促使风流流动。通风机的全压Ht等于通风机出口全压与入口全压之差： Ht = Pt6Pt5 通风机全压是用以克服风道通风阻力和出口动能损失通风机用于克服风道阻力的那一部分能量叫通风机的静压Hs。 Hs = hR010Ht= Hshv10；通风机的全压等于通风机的静压和出口动能损失之和。无论通风机是抽出还是压入，通风机的全压都是用于克服风道的通风阻力和出口动能损失，通风机的静压用于克服风道的通风阻力。在风机全压一定的条件下，应增大风机静压，减少出口动能损失。 矿井通风系统能量（压力）坡度线的分析1、 能量（压力）坡度线（ a-b-c-d ）清楚地反映了风流在流动过程中，沿程各断面上全能量与通风阻力hR之间关系。 总能量沿程逐渐下降，从入风口至某断面的通风阻力就等于该断面上总能量的下降值（如b0b），任意两断面间的通风阻力等于这两个断面全能量下降值的差。 2、 绝对全压和绝对静压坡度线的坡度线变化有起伏（如12段风流由上向下流动，位能逐渐减小，静压逐渐增大；在34段其压力坡度线变化正好相反，静压逐渐减小，位能逐渐增大）。说明，静压和位能之间可以相互转化。 3、1、断面的位能差(EP01-EP04)叫做自然风压(HN)。HN和通风机全压（Ht)共同克服矿井通风阻力和出口动能损失。 HN +Ht = (d2e)=(d0d)+(d1d2)、能量（压力）坡度线可以清楚的看到风流沿程各种能量的变化情况。特别是在复杂通风网络中，利用能量（压力）坡度线可以直观地比较任意两点间的能量大小，判断风流方向。这对分析研究局部系统的均压防灭火和控制瓦斯涌出是有力的工具。 第三章 井巷通风阻力当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为层流。当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流(或湍流) Re2300 层流， Re2300 紊流当量直径：对非圆形断面的井巷，以井巷断面的当量直径de来表示。时均速度 瞬时速度 vx 随时间的变化。其值虽然不断变化，但在一足够长的时间段 T 内，流速 vx 总是围绕着某一平均值上下波动由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分布是不均匀的。 层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。其厚度随Re增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。 在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线 风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。一般摩擦阻力要占能量方程中通风阻力的8090，它是矿井通风设计，选择扇风机的主要参数，也是生产中分析与改善矿井通风工作的主要对象砂粒的直径就是管壁凸起的高度，称为绝对糙度；绝对糙度与管道半径r的比值/r 称为相对糙度层流摩擦阻力2、层流摩擦阻力当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式： = 可见古拉兹实验所得到的层流时与Re的关系与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。 Hf=2 LUQ2S3 即有结论：层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比紊流摩擦阻力 对于紊流运动，=f (Re，/r)，关系比较复杂。用当量直径de=4S/U代替d，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：Rf 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/m7 或 N.s2/m8。 工程单位：kgf .s2/m8 ，或写成：k。1 N.s2/m8= 9.8 k 在风流运动过程中，由于井巷边壁条件的变化，风流在局部 受到局部阻力物（如巷道断面突然变化，风流分叉与交汇，断面堵塞等）的影响和破坏，引起风流流速大小、方向和分布的突然变化，导致风流本身产生很强的冲击，形成极为紊乱的涡流，造成风流能量损失，这种均匀稳定风流经过某些局部地点所造成的附加的能量损失，就叫做局部阻力.几种常见的局部阻力产生的类型：、突变 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。、渐变 主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，出现涡漩 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。 二、矿井总风阻 从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力hRm，这就是井巷通风阻力的叠加原则。 已知矿井通风总阻力hRm和矿井总风量Q，即可求得矿井总风阻：单位： N.s2/m8 Rm是反映矿井通风难易程度的一个指标。Rm越大，矿井通风越困难；三、矿井等积孔我国常用矿井等积孔(与矿井风阻值相当的孔)作为衡量矿井通风难易程度的指标。 假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为A(m2)的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量，且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则=1.2kg/m3，则: 因Rm=hm2，故有: 如果矿井的通风阻力h相同，等积孔A大的矿井，风量Q必大，表示通风容易；等积孔A小的矿井，风量Q必小，表示通风困难。故可以表示矿井通风的难易程度。当A，容易；A 2，中等；A困难 对于多台通风机工作矿井等积孔的计算，应根据全矿井总功率等于各台主要通风机工作系统功率之和的原理计算出总阻力，得矿井通风总阻力,而总风量等于各台主要通风机风路上的风量之和，即：一、降低井巷摩擦阻力措施1减小摩擦阻力系数。2保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩大33%，Rf值可减少50%。3选用周长较小的井巷。在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。4减少巷道长度。5避免巷道内风量过于集中。二、降低局部阻力措施： 局部阻力与值成正比，与断面的平方成反比。因此，为降低局部阻力，应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小，断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化。尽可能避免井巷直角转弯或大于90的转弯，主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等。要加强矿井总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水处要及时处理。例4、如图所示的矿井，左右两翼的通风阻力分别是； hr11274Pa；hr21960Pa通过两翼主扇的风量分别是Qf160m3/s；Qf270m3/s。两翼的外部漏风率分别是Le14%；Le25%。则两翼不包括漏风的风量分别是： Qm1(1Le1)Qf1(14%)6057.6m3/s Qm2(1Le2)Qf2(15%)7066.5m3/s两翼(不包括外部漏风)的风阻分别是： R1hr1/Qm121274/(57.6)20.38399N.s2/m8 R2hr2/Qm221960/(66.5)20.44321N.s2/m8 两翼(不包括外部漏风)的等积孔分别是： 为了计算全矿的总风阻和总等积孔，须先求出全矿的总阻力hr，因全矿的风流总功率等于左右两翼风流的功率之和，即hr(Qm1Qm2)hr1Qm1hr2Qm2，W 故 则全矿不包括外部漏风的总风阻是： 全矿不包括外部漏风的总等积孔是例题、某抽出式通风矿井主要通风机房水柱计读数h2=267.5mmH2O,风峒通过的风量60.3m3/s ，测定当时的自然风压为HN=+25mmH2O，风峒测压处的断面S2=3.14m2，测点空气密度2=1.175kg/m3。若扩散器出口断面为S4= 4.74m2，出口密度4=1.25kg/m3。1)求矿井通风阻力；2)求通风机全压。解：1)hv2=1/22(Q2/S2)2=1/21.175(60.3/3.14)2=216.7Pa hR12=|h2|-hv2+HN=267.59.81-216.7+259.81 =2649.8Pa=270.4mmH2O2) hv4=1/24(Q2/S4)2=1/2*1.25*(60.3/4.74)2=101.2Pa Ht |h2|-hv2+hv4=267.5*9.81-216.7+101.2=2505.9Pa 第四章 矿井通风动力 机械风压 由通风机造成的能量差。自然风压由于风流流过井巷时与岩石发生了热量交换，使得进、回风井内的气温出现差异，回风井里面的空气密度比进风井里的空气密度较小，因而两个井筒底部的空气压力不相等，其压差就是自然风压。机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动自然风压的计算必须取一闭合系统。进风系统和回风系统必须取相同的标高。一般选取最低点作为基准面。温度差：矿井某一回路中两侧空气柱的温差是主要影响因素。矿井深度，主要通风机，地面大气压、空气成分和湿度按风机的服务范围分类 主要通风机：服务于全矿或矿井一翼 辅助通风机：服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面），帮助主要通风机，以保证该分支风量 局部通风机：服务于独头掘进井巷等局部地区 按风机的构造和工作原理分类：离心式风机、轴流式风机 叶片出口构造角：风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角称为叶片出口构造角。离心式风机可分为：径向式（2=90)，后倾式（290)三种。由于2不同，通风机的性能也不同。叶片安装角 在叶片迎风侧作一外切线称为弦线。弦线与动轮旋转方向（u)的夹角称为叶片安装角，以表示。通风机的附属装置包括反风装置、防爆门、风峒和扩散器、消音装置等。主风机和这些附属装置总称通风机装置。风硐是主扇和出风井之间的一段联络巷道。风机出口都要外接一定长度断面逐渐扩大的构筑物即扩散器。扩散器是通风机出风口外接的一段断面逐渐扩大的风道。其作用是减少出风口的速压损失，提高通风机有效静压。出风井的上口装防爆设施，在斜井井口安设防爆门，在立井井口防爆井盖。当井下发生瓦斯爆炸时，爆炸气浪将防爆门掀起，从而起到保护主扇的作用。常见的反风方法有专用反风道、备用风机做反风道、风机反转、调节动叶安装角。1、风机(实际)流量Q 风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量。单位为 m3/h,m3/min 或m3/s 。2、 风机(实际)全压Ht与静压Hs 全压Ht:是通风机对空气作功，消耗于每1m3 空气的能量（Nm/m3 或Pa），其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。 忽略自然风压时，Ht用以克服通风管网阻力hR 和风机出口动能损失hv，即: Ht=hR+hV,Pa 静压HS :风机全压Ht减去出口动压hV，根据Ht=hR+hV，故有HS=hR=RQ2，即风机静压用于克服管网通风阻力，即有Ht=HS+hV。另外，根据上述定义，显然风机静压也等于风机出口与口静压之差减去入口动压。 动压hV ：通风机全压中的出口断面动能损失部分为通风机动压。 全压功率：通风机的输出功率以全压计算时称全压功率Nt。计算式： Nt=HtQ103 KW 静压功率：用风机静压计算输出功率，称为静压功率NS。计算式： NS=HSQ103 KW 风机的轴功率：通风机的输入功率N（kW）。计算式： 或 式中 ht、 hS分别为风机的全压和静压效率。 电动机的输入功率（ Nm ）： 设电动机的效率为hm,传动效率为htr时,则 似乎前倾式叶型的叶片获得的全压最大，其次为径向式，而后倾式所获得的全压最小。但上述结论并不全面，因为在全压中，存在动压和静压的分配问题，下面将进一步予以讨论。 实际上，在同一叶轮直径和转速条件下，前倾式风机全压中的动压所占比例较大，而后倾式风机动压占全压的比例最低.风机的个体性能曲线 离心式通风机个体特性曲线特点：1）离心式风机风压曲线驼峰不明显，且随叶片后倾角度（即2）增大逐渐减小，其风压曲线工作段较轴流式风机平缓；2）当管网风阻作相同量的变化时，其风量变化比轴流式风机要大。3）离心式风机的轴功率随增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降。风机开启方式：为避免启动负荷过大烧坏电机，启动时应将风硐中的闸门全闭，待达到正常转速后再将闸门逐渐打开。 说明：1）离心式风机大多是全压特性曲线。2）当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。 轴流式通风机个体特性曲线特点：1）轴流式风机的风压特性曲线一般都有马鞍形驼峰存在。2）驼峰点以右的特性曲线为单调下降区段，是稳定工作段；3）点以左是不稳定工作段，产生所谓喘振（或飞动）现象；4）轴流式风机的叶片安装角（2）不太大时，在稳定工作段内，功率随增加而减小。 风机开启方式：轴流式风机应在风阻最小（闸门全开）时启动，以减少启动负荷。 说明：轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。一般离心式风机流量和全压较低，难以满足工程所需的大流量和较高全压，而轴流式风机则能满足此要求。 离心式和轴流式通风机的比较 1）结构方面：轴流式通风机的优点是比较紧凑，体积小，转速高。其缺点是结构比较复杂，噪音大，故障较多。离心式通风机则结构简单，造价低，维修方便，噪音小。但它的体积大。2）性能方面：轴流式通风机在工作范围内，当矿井总风阻变化时，风量变化较小。离心式通风机则相反。3）风机运行方面：轴流式通风机的风量调节比较方便，反风方法较多，而离心式通风机则麻烦一些，且反风时必须有反风道。轴流式通风机的起动负荷小，风量增加时功率的变化不大，不致过载，而离心式通风机则相反；轴流式通风机并联工作的稳定性较差，而离心式通风机并联工作的稳定性较好轴流式风机的合理各种范围 上限：“驼峰”右侧，实际工作风压在最大风压值的0.9倍以下。下限：通风机的运转效率，不得低于0.6。左限：叶片安装角的最小值，对一级叶轮为10，二级叶轮为15。右限：叶片安装角的最大值，对一级叶轮为40，二级叶轮为45。工况点是指风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数，如、和等，一般是指和两参数；对应的风压就是用以克服管道或矿井通风阻力的通风压力；对应的功率和效率值就是通风机此时的功率和效率。 二、通风机工点的合理工作范围从经济角度，通风机的运转效率不低于60 %。从安全角度，工况点必须位于驼峰点右侧，单调下降的直线段。实际工作风压不得超过最高风压的90。风机的运轮转速不得超过额定转速。三、主要通风机工况点调节1、改变风阻特性曲线当风机特性曲线不变时，改变工作风阻，工况点沿风机特性曲线移动增风调节：增加矿井的供风量，可以采取下列措施：减少矿井总风阻；当地面外部漏风较大时，可以采取堵塞地面的外部漏风措施。减风调节：当矿井风量过大时，应进行减风调节。其方法有：增阻调节，如可利用离心式风机风硐闸门增阻等；对轴流式通风机，如果不能采用降低转速或减小叶片安装角时，可采用增大外部漏风的方法，减小矿井风量。、改变风机特性曲线 这种调节方法的特点是矿井总风阻不变，改变风机特性，工况点沿风阻特性曲线移动。1轴流风机可采用改变叶片安装角度达到增减风量的目的。2装有前导器的离心式风机，可以改变前导器叶片转角进行风量调节。3改变风机转速。无论是轴流式风机还是离心式风机都可采用。调节的理论依据是相似定律，即 （）改变电机转速。（）利用传动装置调速。注：调节方法的选择，取决于调节期长短、调节幅度、投资大小和实施的难易程度。调节之前应拟定多种方案，经过技术和经济比较后择优选用。选用时，还要考虑实施的可能性。有时也可以考虑采用综合措施。一、风机串联工作一个风机的吸风口直接或通过一段巷道（或管道）联结到另一个风机的出风口上同时运转，称为风机串联工作。当通风网路的阻力较大，一台通风机不能满足需要时，应采用通风机串联工作。矿井主扇作串联工作的较少，一般用于长距离掘进通风。 风机串联工作的特点是：通过管网的总风量等于每台风机的风量，即Q=Q1=Q2 ；总风压等于两台风机的工作风压之和，即 HsHs1Hs2 通风机串联工作，只有在由于网路风阻增大而使风量不足的情况下才能运用，且等效曲线与风阻曲线要匹配才会有较好的增风效果，即欲将两台风机串联工作，应将管网风阻R与两台风机所决定的临界风阻R比较，当RR时，两台风机方可进行串联，且串联增风量取决于管网风阻大小。并联工作的目的是增加通风网路中的风量。通风机并联工作可分为两台通风机在同一井口并联工作和两台通风机分别在井田两翼的两个井口上并联工作两种情况。前者叫做集中并联，后者叫做对角并联。 集中并联分为：型号相同的两台通风机并联工作和型号不同的两台通风机的并联两种情况。满足：H = H1 = H2 、Q = Q1 + Q2风机并联工作适用于因风机能力小（且风阻较小）导致风量不足的管网；2) 风压特性曲线相同的风机并联工作较好；3)、并联等效特性曲线与工作风阻曲线相匹配，才会有较好的增风效果；4)并联工作的任务是增加风量， 用于风机能力小，保证按需供风。 第五章 矿井通风网络中的风量分配与调节矿井通风系统网络是纵横交错的井巷构成，井巷中风流按照各自的方向流动，顺序相连形成的网状线路，即是通风网络，也称风网。矿井通风网络按照其用途可以大体分为三部分，即进风段、用风段和回风段。 串联风路：由两条或两条以上分支彼此首尾相连，中间没有风流分汇点的线路称为串联风路 并联风网：由两条或两条以上具有相同始节点和末节点的分支所组成的通风网络，称为并联风网角联风网：是指内部存在角联分支的网络。 角联分支（对角分支）：是指位于风网的任意两条有向通路之间、且不与两通路的公共节点相连的分支。风量平衡定律是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说，流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等于零一般地，在某回路中分支风流方向为顺时针时， 其阻力取“”，逆时针时，其阻力取“”。通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数和为零，即：有动力源风压（阻力、能量）平衡定律是指在任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于该回路中自然风压与通风机风压的代数和。 1、串联风路总风量等于各分支的风量 MS = M1 = M2 = Mn 当各分支的空气密度相等时， QS = Q1 = Q2 = Qn 总风压（阻力）等于各分支风压（阻力）之和 总风阻等于各分支风阻之和 p 串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系 并联风网 总风量等于各分支的风量之和 当各分支的空气密度相等时总风压等于各分支风压 角联分支风向判别 分支的风向取决于其始、末节点间的压能值。风流由能位高的节点流向能位低的节点；当两点能位相同时，风流停滞；当始节点能位低于末节点时,风流反向。1)简单角联风网中对角风路的风向完全由边缘风路的风阻比决定，而与对角风路本身的风阻无关； 2）对角风路中的风向与风量大小完全可以通过调节边缘风路的风阻来实现； 3）当然改变对角风路本身的风阻也会影响其风量的大小，但不能改变风流方向。 一、井巷风阻变化引起风流变化的规律1. 变阻分支本身的风量与风压变化规律 当某分支风阻增大时，该分支的风量减小、风压增大；当风阻减小时，该分支的风量增大、风压降低。2. 变阻分支对其它分支风量与风压的影响规律 1）当某分支风阻增大时，包含该分支的所有通路上的其它分支的风量减小，风压亦减小；与该分支并联的通路上的分支的风量增大，风压亦增大；当风阻减小时与此相反。 2）对于一进一出的子网络，若外部分支调阻引起其流入（流出）风量变化，其内部各分支的风量变化趋势相同。 3）风网内，某分支风阻变化时，各分支风量、风压的变化幅度，以本分支为最大，邻近分支次之，离该分支越远的分支变化越小。 4）风网内，不同类型的分支风阻变化引起的风量变化幅度和影响范围是不同的。一般地说，主干巷道变阻引起的风量变化幅度和影响范围大，末支巷道变阻引起的风量变化幅度和影响范围小。 5）风网内某分支增阻时，增阻分支风量减小值比其并联分支风量增加值大；某分支减阻时，减阻分支风量增加值比其并联分支风量减小值大。3巷道密闭与贯通对风流的影响 巷道密闭相当于该分支的风阻增大至，故本分支风量减少到趋近于0；对其它分支的影响规律与分支增阻相同。 巷道贯通时要修改网络图，即在网络图中增加贯通后的分支。风流方向取决于巷道两端点间压能差；对其它分支的影响规律与分支减阻相同。二、风流稳定性分析(一)稳定性的基本概念 稳定性是指当系统受到外界瞬时干扰，系统状态偏离了平衡状态后，系统状态自动回复到该平衡状态的能力。 按照这种稳定性的概念，除非在主要通风机不稳定运行（工作在轴流式风机风压特性曲线的驼峰区）等特殊情况下，矿井通风系统一般都是稳定的。 通风管理中所说的风流稳定性，一般是指井巷中风流方向发生变化或风量大小变化超过允许范围的现象；且多指风流方向发生变化的现象。(二)影响风流稳定性的因素 1. 风网结构对风流稳定性的影响 仅由串、并联组成的风网，其稳定性强；角联风网，其对角分支的风流易出现不稳定。 2. 风阻变化对风流稳定性的影响 在角联风网中，边缘分支的风阻变化可能引起角联分支风流改变。 在实际生产矿井，大多数采掘工作面都是在角联分支中。应采取安装调节风门的措施，保证风流的稳定性。3. 通风风动力变化对风流稳定性的影响矿井风网内主要通风机、辅助通风机数量和性能的变化，不仅会引起风机所在巷道的风量变化，而且会使风网内其他分支风量也发生变化，并影响风网内其他风机的工况点。 按其调节的范围，可分为局部风量调节与矿井总风量调节；从通风能量的角度又可分为增能调节、耗能调节和节能调节。 一、矿井总风量的调节 当矿井（或一翼）总风量不足或过剩时，需调节总风量，也就是调整主通风机的工况点。采取的措施是：改变主通风机的工作特性，或改变矿井风网的总风阻 1改变主通风机工作特性 改变主通风机的叶轮转速（通过变频等技术调整电机转速或调整传动方式）、轴流式风机叶片安装角度和离心式风机前导器叶片角度等，可以改变通风机的风压特性，从而达到调节风机所在系统总风量的目的。2、 改变矿井总风阻值 风硐闸门调节法： 如果在风机风硐内安设调节闸门，通过改变闸门的开口大小可以改变风机的总工作风阻，从而可调节风机的工作风量。 降低矿井总风阻： 当矿井总风量不足时，如果能降低矿井总风阻，则不仅可增大矿井总风量，而且可以降低矿井总阻力。 二、局部风量调节 局部风量调节是指在采区内部各工作面间，采区之间或生产水平之间的风量调节。调节方法：增阻法、减阻法及辅助通风机调节法。 增阻调节法的实质是在并联风网中，在阻力较小的分支上安设调节风窗等设施，增大阻力，降低该分支以及与之处于同一通路中的风量，以增加与其并联的其他分支上的风量，从而达到风量按需分配的目的。调节风窗；2）临时风帘；3)空气幕调节装置减阻调节法：与增阻调节法相反，为了保证风量的按需分配，当两并联巷道的阻力不相等时，以小阻力分支为依据，设法降低大阻力巷道的风阻，使风网达到阻力平衡。 主要措施 根据摩擦风阻的定义可知，1)扩大巷道断面；2)降低摩擦阻力系数；3)清除巷道中的局部阻力物增能调节法：增能调节法主要是采用辅助通风机等增加通风能量的方法，增加局部地点的风量。p 主要措施 1）辅助通风机调节法：在风量不足的风路上安设辅扇，产生风压帮助主扇克服该段巷道阻力，以提高该风路风量，故也称为增压调节法。 2）利用自然风压调节法 少数矿井通过改变进回风路线，降低进风风流的温度，增加回风流温度等方法，增大矿井或局部自然风压，达到增加风量的目的。 各种调节方法的评价 增阻调节法的优点是简便、经济、易行。但由于它增加了矿井总风阻，矿井总风量要减少，因此这种方法只适于服务年限不长、调节区域的总风阻占矿井总风阻的比重不大的采区范围内。对于矿井主要风路，特别是在阻力搭配不均的矿井两翼调风，则尽量避免采用。否则，不但不能达到预期效果，还会使全矿通风恶化。 减阻调节法的优点是减少了矿井总风阻，增加了矿井总风量。但实施工程量较大、费用高。因此，这种方法多用于服务年限长、巷道年久失修造成风网风阻很大而又不能使用辅助通风机调节的区域。 辅助通风机法调节的优点是简便、易行，且提高了矿井总风量。但管理复杂，安全性较差。因此，这种方法可在并联风路阻力相差悬殊、矿井主要通风机能力不能满足较大阻力风路要求时使用。 第六章 局部通风利用局部通风机或主要通风机产生的风压对井下独头巷道进行通风的方法称为局部通风（又称掘进通风）。向局部地点进行通风的方法，按通风动力形式不同，可分为矿井全风压通风、引射器通风和局部通风机通风。局部通风机通风通风方式有三种：按其工作方式分为压入式、抽出式和混合式三种。1、压入式通风布置方式：局部通风机和启动装置安装在离掘巷道口10m外的进风侧，局部通风机把新鲜风流经风筒压送到掘进工作面，污风沿巷道排出。Le 气流贴着巷壁射出风筒后，由于卷吸作用，射流断面逐渐扩张，直至射流的断面达到最大值，此段称为扩张段； La射流断面逐渐减少，直到为零，此段称收缩段。 Ls从风筒出口至射流反向的最远距离（即扩张段和收缩段总长，即Ls=Le + La ）称射流有效射程，气流贴着井巷壁面射出风筒后形成末端封闭的有限贴壁射流，由于卷吸作用，射流断面逐渐扩张并达到最大值（扩张段），然后射流断面逐渐减小，直到为零（收缩段），在有效射程以外的独头巷道会出现循环涡流区。 风筒出口与工作面的距离应小于有效射程，否则会在工作面附近出现烟流停滞区）局扇及电器设备布置在新鲜风流中，不易引起瓦斯和煤尘爆炸，安全性好；）有效射程远，工作面风速大，排烟效果好，工作面通风时间短；）既可用硬质风筒，又可用柔性风筒，适应性强； ）风筒漏风对巷道排污有一定作用。 5）缺点是污风沿巷道排出，污染范围大；炮烟从掘进巷道排出的速度慢，需要的通风时间长。 p 要求： ）避免产生循环风；）局扇入口与掘进巷道口的距离大于10m；）风筒出口至工作面距离小于有效射程Ls。 适用范围：适用于以排出瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进通风2、抽出式通风p 布置方式：如图所示，把局部通风机安装在离巷道口10m以外的回风侧。新鲜风流沿巷道流入，污风通过铁风筒由局部通风机排出。 p 特点 1）污风经风筒排出，新鲜风流沿巷道进入工作面，劳动卫生条件好； 2）放炮时人员只需撤到安全距离即可，往返时间短，且所需排烟的巷道长度为工作面至风筒吸入口的长度，故排烟时间短，有利于提高掘进速度。 3）风筒吸入口的有效吸程短，风筒吸风口距工作面距离过远则通风效果不好，过近则放炮时易崩坏风筒； 4）污风由局部通风机抽出，一旦局部通风机产生火花，将有引起瓦斯、煤尘爆炸的危险，安全性差。 5）不能使用柔性风筒。 注：在瓦斯矿井中一般不使用抽出式通风。3. 压入式和抽出式通风的比较压入式通风时，局部通风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；而抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机不具备防爆性能，则是非常危险的。压入式通风风筒出口风速和有效射程均较大，可防止瓦斯层状积聚，且因风速较大而提高散热效果。然而，抽出式通风有效吸程小，掘进施工中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。 抽出式通风时,新鲜风流沿巷道进向工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好；而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，当掘进巷道越长，排污风速度越慢，受污染时间越久。压入式通风可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输，而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。 4. 混合式通风 混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用,按局部通风机和风筒的布设位置，分为:长压短抽、长抽短压和长抽长压。 3、引射器通风 利用引射器产生的通风负压，通过风筒导风的通风方法称为引射器通风。 引射器是一种输送流体的装置，由引射器 喷管、引射管、混合管以及扩散器组成。高压流体（水或空气）从喷管喷出形成射流，卷吸周围部分空气一起前进，在引射管内形成一个低压区，使被引射的空气连续被吸进，与射流共同进入混合管，再经扩散器流出，此过程即引射作用。煤矿常用的引射器包括有水力引射器和压气引射器两类。 p 引射器通风一般采用压入式。 特点 1）风压低、风量小（20200 m3/min)、效率低，需要水源或压气故费用高，并存在巷道积水问题。只有在用水砂充填采煤法的矿井中，才可顺便使用水风扇引射器。为满足掘进通风的风压与风量要求，可用多喷咀进行串联通风。2）主要优点是无电器设备、无噪音。水力引射器通风还能起降温、降尘作用。在煤与瓦斯突出严重的煤层掘进时，用它代替局部通风机通风，设备简单，比较安全。 适用范围：适用于需风量不大的短巷道掘进通风，也可在含尘量大、气温高的采掘机械附近，采取水力引射器与其它通风方法的混合式通风。 三、矿井全风压通风全风压通风是利用矿井主要通风机的风压，借助风筒和风障等导风设施把主导风流的新鲜空气引入掘进工作面，并将污风排出工作面。按其导风设施不同可分为：1、风筒导风 在巷道内设置挡风墙截断主导风流，用风筒把新鲜空气引入掘进工作面，污浊空气从独头掘进巷道中排出。风筒导风法辅助工程量小，风筒安装、拆卸比较方便。通常适用于需风量不大的短巷掘进通风中。 2、利用纵向风幛导风 布置：在掘进巷道中安设纵向风幛，将巷道分隔成两部分，一侧进风，一侧回风。 特点：纵向风幛在矿山压力作用下将变形破坏，容易产生漏风。当矿井主要通风机正常运转，并有足够的全风压克服导风设施的阻力时，全风压能连续供给掘进工作面风量，无需附加局部通风机，管理方便，但其工程量大，有碍于运输。所以，只适用地质构造稳定、矿山压力较小、长度较短，或使用通风设备不安全或技术上不可行的局部地点巷道掘进中。3、平行巷道导风 布置 在掘进主巷的同时，距主巷10 20m另掘一条与其平行的配风巷，每隔 一定距离在主、配巷间开掘联络巷，形成贯穿风流，当新的联络巷沟通后，旧联络 巷即封闭。两条平行巷道的独头部分可用风幛或风筒导风，巷道的其余部分用主巷进风，配巷回风。 特点与适用范围：利用平行巷道通风，可以缩短独头巷道的长度，不用局部通风机就可保证较长巷道的通风，连续可靠，安全性好。此方法适用于有瓦斯、冒顶和透水危险的长巷掘进，特别适用于在开拓布置上为满足运输、通风和行人需要而必须掘进两条并列的斜巷、平巷或上下山的掘进。另外，当长巷掘进独头，用纵向风幛和风筒导风有困难时，也可以运用此法。 4、钻孔导风 离地表或邻近水平较近处掘进长巷反眼或上山时，可用钻孔提前沟通掘进巷道，以便形成贯穿风流。 这种通风方法曾被应用于煤层上山的掘进通风，取得了良好排瓦斯效果。 掘进巷道需风量，原则上应按排除炮烟、瓦斯、矿尘诸因素分别计算，取其中最大值，然后按风速验算. 局部通风装备是由局部通风动力设备、风筒及其附属装置组成。一、风筒 风筒是最常见的导风装置。对风筒的基本要求是漏风小、风阻小、重量轻、拆装简便。1、 风筒按其材料力学性质可分为刚性和柔性两种一般将实测百米风筒平均风阻R100(包括局部风阻)作为衡量风筒管理质量和设计的数据. 风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数称为风筒漏风率l。 l虽反映了风筒的漏风情况，但不能作为对比指标。常用百米漏风率l100作为对比指标，即： l100l/L100 掘进工作面风量占局部通风机工作风量的百分数称为有效风量率Pe 风筒有效风量率的倒数称为风筒漏风系数pq。 一、局部通风系统的设计原则 1、矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件； 2、局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进。 3、尽量采用技术先进的低噪、高效型局部通风机。 4、压入式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型。5、当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。三、掘进通风安全技术装备系列化 是预防和治理相结合的防止掘进工作面瓦斯、煤尘爆炸、火灾等灾害的行之有效的综合性安全措施.1、 保证局部通风机稳定运转的装置1.双风机、双电源、自动换机和风筒自动倒风装置 正常通风时，由专用开关供电，使局部通风机运转通风；一旦常用局部通风机因故障停机时，电源开关自动切换，备用风机即刻启动，继续供风，从而保证了局部通风机的连续运转。由于双风机共用一道主风筒，风机要实现自动倒换时，则连接两风机的风筒也必须能够自动倒风，风筒自动倒风装置有以下两种结构。 2.“三专两闭锁”装置“三专”是指专用变压器、专用开关、专用电缆，“两闭锁”则指风、电闭锁和瓦斯、电闭锁。其功能是只有在局部通风机正常供风、掘进巷道内的瓦斯浓度不超过规定限值时，方能向巷道内机电设备供电；当局部通风机停转时，自动切断所控机电设备的电源；当瓦斯浓度超过规定限值时，系统能自动切断瓦斯传感器控制范围内的电源，而局部通风机仍可正常运转. 3.局部通风机遥讯装置其作用是监视局部通风机开停运行状态。 。2、加强瓦斯检查和监测安设瓦斯自动报警断电装置，实现瓦斯遥测. 放炮员配备瓦斯检测器，坚持“一炮三检”，在掘进作业的装药前、放炮前和放炮后都要认真检查放炮地点附近的瓦斯浓度。实行专职瓦斯检查员随时检查瓦斯制度。 3、综合防尘措施4、防火防爆安全措施5、隔爆与自救措施一通三防中的三防是指 防火 、防尘和_防瓦斯。 第七章 矿井通风系统与设计 矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风方法、通风网路、通风动力和通风控制设施的总称.矿井通风方法：即矿井主通风机对矿井的工作方法（分为抽出式、压入式及混合式） ；矿井通风方式：即矿井进、出风井在井田内的位置（分为中央式、对角式、区域式及混合式），即风井的布置方式抽出式通风是将矿井主通风机安设在出风井一侧的地面上，新风经进风井流到井下各用风地点后，污风再通过风机排出地表的一种矿井通风方法。2）特点与适用范围 （1）在矿井主要通风机的作用下，矿内空气处于低于当地大气压力的负压状态，尤其在回风段压力梯度大，便于污风迅速向回风道集中，烟尘不易想其他巷道扩散，因而排烟速度快。（2）抽出式通风矿井在主要进风巷无需安设风门（均安设在回风段），便于运输、行人和通风管理；（3）在瓦斯矿井采用抽出式通风，若主要通风机因故停止运转，井下风流压力提高，在短时间内可以防止瓦斯从采空区涌出，比较安全；（4）但当矿井与地面间存在漏风通道时，漏风从地面漏入井内，形成短路吸风，工作面和进风段风压较低，易受自然风压影响造成反向风流。压入式通风1）布置 如图1（b）所示，矿井主通风机安设在进风井一侧的地面上，新风经主要通风机加压后送入井下各用风地点，污风再经过回风井排出地表的一种矿井通风方法。2）特点与适用范围 （1）在矿井主通风机的作用下，矿内空气处于高于当地大气压力的正压状态，进风段压力梯度大，新风可沿指定线路迅速达到用风点。当矿井与地面间存在漏风通道时，漏风从井内漏向地面； （2）压入式通风矿井中，由于要在矿井的主要进风巷中安装风门等风流控制设施，