矿井通风与安全习题课_资料.doc

矿井通风与安全习题课1.规程规定，井下空气中，按体积计，一氧化碳不得超过0.0024%，按重量计，不得超过30mg/m3，问怎样从体积标准换算为重量标准？1. 解：某种气体的体积标准换算为重量标准可用下式： 式中 m 气体的克分子量，g； nT 气体的体积标准，%； 22.4气体的克分子体积，L。 故当一氧化碳的浓度为0.0024%时，其重量标准应为： 2某矿井冬季进风流的温度为5，相对湿度为70%，回风的温度为20，相对湿度为90%，矿井的总风量为2500 ，试求风流在一昼夜内从矿井中带走多少吨的水蒸汽。2. 解：由表1-2查得当温度为5与20时空气的饱和水蒸气量为F5=6.8g/m3 ，F20=17.2g/m3。根据公式(1-2)计算进风流与回风流中实际含有的水蒸气量: 3.故风流在一昼夜内从矿井中带走的水蒸气量为：3已知风表的校正曲线如图2-4所示，试求该曲线的表达式。若已知表速为m/s，试由该表达式求出真风速。 3.解：在校正曲线上任意选定、两点，由此两点的坐标值求校正常数b值，即： 则该曲线的表达式为： 若已知时，代入上式，则为：4(P32)某倾斜巷道如图318所示，已知断面I-I和断面-的P静1755mmHg，P静2750mmHg；V15m/s，V23m/s； ， ；Z10，Z260m。试确定风流方向和断面间的通风阻力。4. 解：设风流方向是由断面I-I流向断面-，根据伯诺利方程式两断面之间的通风阻力为两断面的总压差,即：h阻- =-3.6mmH20 ，因为通风阻力为负值，说明断面I-I的总压力小于断面-的总压力，原假设风流方向不对，风流应从断面-流向断面I-I，其通风阻力为3.60mmH2O。5（P33）如图3-19所示，如果上述倾斜巷道变为水平巷道时其他条件不变，试判断风流方向并计算两断面间的通风阻力。 5. 解：设风流方向是从I-I断面流向-断面，因为是水平巷道，空气的温差不大，空气重率也近似相等，故两断面的位压差位零，此时两断面的通风阻力为两断面的绝对全压差，即: 因为通风阻力为正值，所以假设的风流方向是正确的，其通风阻力为69mmH20。6（P33）如图3-20所示，如果上述巷道既是水平巷道，且断面面积相等，即S1=S2,V1=V2,其他条件不变，试判断风流方向并计算两断面间的通风阻力。6. 解：设风流方向是从I-I断面流向-断面，因为既是水平巷道，且断面面积相等，所以两断面的位压差与速压差都为零，此时两断面的通风阻力为两断面的绝对静压差，即： h阻PI- P（755-750）13.668mmH20 因为通风阻力为正值，所以假设的风流方向是正确的，其通风阻力为68mmH2O。 7.（P49）某矿采用抽出式通风如图3-21所示，用仪器测得风硐4断面的风量Q=40m3/s，净断面积S44m2，空气重率1.19kg/m3，扇风机房U形压差计的读数h200mmHg, 风硐外与4断面同标高的大气压力P0742 mmHg，矿井自然风压h自10mmH20，自然风流与扇风机作用风流方向相同，试求P静4、P全4、h速4、h全4以及矿井通风阻力h阻 各为多少？ 7.解：h全4h静4h速42006.1193.9 h阻h静4h速4h自2006.110203.9 8（P50）某平巷为梯形断面，长200m，采用不完全木棚子支护，支架直径d0=18厘米，支架间距L0.9m，净断面面积为6m2，当通过的风量为30m3/s时，该巷道的摩擦阻力为多少？若风量增为40m3/s时，该巷道的摩擦阻力又为多少？8.解：纵口径，当d0=18cm，时，从附录二表3中可查出为：则摩擦风阻为：故当Q130m3/s时，h摩1为： 当 Q240m3/s时，h摩2为： 9（P50）已知矿井总阻力为144 ，风量为60m3/s，试求该矿井的等积孔和风阻。如果生产上要求将风量提高到70m3/s秒，问风阻和等积孔之值是否改变？矿井通风阻力是否改变？其值为多少？9. 解：将已知值代入下式，分别求得矿井等积孔A和风阻R: ，当采掘工作面基本没有移动，井巷的几何特性及其连接形式 没有改变时，则风量增加后并不改变等积孔和风阻值。但是，风量增加为70米3/秒时，矿井通风阻力增大其值为：10（P50）某水平巷道如图339所示，用胶片管和压差计测得12及13之间的风压损失分别为30mmH20和44.8 mmH20，巷道的断面面积均等于6m2，周长为10m，通过的风量式2400m3/min，求巷道的摩擦阻力系数及拐弯处的局部阻力系数。 10. 解：1) 23段的风压损失为： h2-3= h1-3- h1-2=44.8-30=14.8 mmH202) 3）1-2段的摩擦阻力损失为： 4)拐弯处的局部阻力损失为： h局h1-2-h摩1-230-25.24.8 mmH205)巷道中的风速为： 6）局部阻力系数为： 11（P51）已知矿井总风阻R为0.04 ，试绘出该矿风阻特性曲线。 11.解：假设一组Q值，则得对应的一组h值，如下表所示： 010 20 30 40 50 60 70 80 90 0100400 900 1600 2500 3600 4900 6400 8100 h/mmH20 04 16 36 64 100 144 196 256 324 在毫米方格纸上，以h为横坐标，将表中Qh对应值画入坐标中得若干个点，用曲线板连接各点即得风阻特性曲线，如图340所示。 12.(P71)设某扇风机得个体特性曲线如图4-20所示，其中曲线1和2分别为扇风机得静压特性曲线和全压特性曲线，曲线3和4分别为扇风机得静压效率曲线和全压效率曲线。如用此扇风机对某矿井作抽出式通风，该矿井得总风阻R0.015，自然风压为+h自 20mmH20，其特性曲线为5。试求该矿井得通风总阻力h阻、通过扇风机得风量Q扇、扇风机的静风压h扇静、扇风机的静压效率 扇风机的输入功率N扇。12.解：由扇风机风压与通风阻力关系知，当扇风机做抽风式通风时： h扇静h自h阻 所以要应用扇风机的静压特性曲线1与自然风压特性曲线5在风量相等风压相加的串联原则下，绘出合成特性曲线6。将风阻R0.015 ，绘于图中为曲线7。曲线6与曲线7的交点为工作点，由此点确定： h阻152mmH20 ，Q扇104m3/s ，由b点确定 h扇静132 mmH20，由C点确定，则13（P71）某矿采用图421所示的布置方式，对2BY1.8型轴流式扇风机进行了性能试验（比真实布置有简化），试验时叶片安装角为35，转数n=980r/min。该试验在A-A处调节工况，断面用风表测量通过扇风机得风量，断面测量静压。在某一工况时测值如下：1) 断面面积S1=4.88m2，断面面积S2=S1，-断面面积；2） 在处测得的风速。3）在处测得的静压h=397mmH204）输入电动机的电流I27A、电压U6270V，功率因数5)空气重率试求算在该工况时：（1）通过扇风机的风量Q扇；（2）扇风机的静压h扇静；（3）扇风机的全压h扇全；（4）电机输入功率N电；（5）扇风机的输出静压功率H扇静和全压功率N扇全；（6）扇风机的静压效率 和全压效率 。（7）在不考虑自然风压时矿井通风阻力h阻。13. 解：1）Q扇=S1V1=4.889.86=48.1m3/s； 2) 断面处空气的平均速压为： h扇静=h-h速3975.94391.06mmH20 3) -断面处空气的平均速压为： h速h速扇h扇全h扇静h扇速391.062.61393.7mmH20 4） N电5）N扇静 =184.4KWN扇全 =185.7KW 6) =75.8% %以上两效率均包括电机和风机的总效率，各值除以电机效率即得风机效率。7） h阻h扇静391.06mmH20 14.（P79）某自然通风矿井如图59所示，测得 ， ， ， ， ,，试求该矿井得自然风压，并判定其风流方向。 14.解：计算各测段得空气平均重率： 计算两侧空气柱的平均重率： 设风流方向从BC井筒进入，有DEF井筒排出，则： h自求得的h自正值，说明风流方向与假设方向一致，故风流从BC井筒进入，由DEF井筒排出。 15（P90）图617所示为某矿两翼对角抽出式通风系统示意图，两翼各需风量40m/s，由中央竖井1与平硐2进风，两出风井和进风井井口的标高相同，两进风井口高差Z300m，由自然风压h自冬9mmH20，且已知各风路风阻R1=0.036 ，R20.024 ，R30.024 ，求自然分配风量Q1, Q2, Q3是多少？15.解：1）首先假定风路上的方向如图中箭头所示。 2）利用三个基本定律列出方程求自然分配风量。自然风压由如在闭合风路231中安装一台风机h自冬,此时闭合风路中风压平衡定律的表达式为： h2h3h1h自冬 即h自冬+代已知值及Q140Q3，Q240Q3入上式得： 取412得： Q36m3/s 根据风量平衡定律：Q140634m3/s ,Q240646m3/s 验算 : Q1Q280m3/s与总回风量相符。 h10.03634241.6mmH20 h1h自冬41.6950.6mmH20 h2h30.024（46262）51mmH20 故 h1h自冬h2h3与风压平衡定律相符。 16（P100）某片盘斜井通风系统如图630所示，进入井下的总风量为24m3/s，已知井巷各段的风阻为R1-223 、R2-338 、R3-418 、R4-544 、R2-645 、R6-718 、R7-552 、R5-825 ，试求矿井的总风阻、总阻力、总等积孔、每翼自然分配的风量为多少？16. 解：1) 首先把通风系统示意图改绘为特性网路图，如图631所示。 2) 矿井总风阻R总为： R2-3-4-5= R2-3 R3-4R4-5381844100 R2-6-7-5R2-6R6-7R7-5451852115 R总R12R25R532326.82574.8 0.0748 3) 矿井总阻力h阻为： h阻R总Q20.074824243.1mmH20 4) 矿井总等积孔A为： 5) 自然分配的风量为： 17(P101)某采区的通风系统示意图如图632所示,已知：R1R40.009 ，A23.5m2，进入采区的总风量Q40m3/s，试求左右两翼自然分配的风量Q2及Q3、总风阻、总等积孔和总阻力各为多少？17.解：1）进入左右两翼的风量为： 2）总风阻为： 3）总等积孔为： 4）总阻力为: 18.(P104)某采区的两个回采工作面的通风系统如果71a所示，通风网路图如图71b所示，左右两风路的风阻值R10.17 、R20.21 ，左右两翼回采工作面需要的风量为Q19m3/s，Q211m3/s。 18. 解：按照需要风量计算的两风路的阻力为： mmH20 mmH20风路2的阻力大于风路1的阻力，这与并联网路左右两风路的阻力相等的规律不符，因此必须进行调节。即以h2的数值为该并联区的总阻力，在1风路上安设一风窗，增加一项局部阻力h窗，使两风路的阻力相等，这时进入两风路的风量即为需要的风量，即： h1h窗h2 mmH20 或 h窗h2h125.413.811.6mmH20 19（P113）某采区的通风网路如图714所示，已知R122、R2235、R3135、R425 ，左右两翼需要的风量Q211m3/s，Q318m3/s，问采用增阻调节法时，风窗应设在何处？如安设风窗的巷道断面积为5.4m2，问风窗的面积为多大？调节后该采区的总阻力、总风阻和总等积孔各为多少？ 19. 解：按需要风量计算两风路的阻力： mmH20 mmH20风窗应安设在2风路的回风巷道中，其局部阻力为：h窗h3h243.728.415.3mmH20 风窗的面积为：调节后采区的总阻力、总风阻、总等积孔为： 20（P114）某矿经简化后的通风系统如图715所示，已知R1215、R23460、R45115、R2675155、R5811 ，左右两翼的风量为Q左23m3/s，Q右28m3/s。45段为总回风道，长为795m，若采用扩大45段巷道断面面积来调节风量时，问扩大后的巷道断面面积应为多少平方米？（预计扩大后巷道的摩擦阻力系数。断面形状仍为梯形断面），风量调节后矿井的总阻力、总风阻、总等积孔各为多少？ 20. 解：按需要风量计算左右两翼风路的阻力为： mmH20 mmH20扩大45段巷道断面应降低的阻力为： hh右h左137.28255.2mmH20 45段巷道断面扩大前的阻力为： mmH20设 为45段巷道断面扩大后的风阻，则45段巷道断面扩大后的阻力为： 两边取对数得： 所以 45段巷道断面应从原断面扩大到 6.0m2降阻调节后矿井的总阻力总、总风阻、总等积孔为： 21（P115）某巷道ABECD如图716所示，各段巷道的风阻为、 、 ，通过巷道的风量为 ，要在BC间开掘一条并联巷道BFC，使总风量增至 若AD间阻力保持不变，求巷道BFC的风阻及通过它的风量。21. 解：未开掘并联巷道前AD间的阻力为： 若总风量增至，BEC段的阻力应为： 开掘并联巷道BFC后，BEC巷道的风量为：BFC巷道的风量为：BFC巷道的风阻为：22（P115）巷道全长为L，未改变阻力系数前全巷道阻力为h0，若将 l段巷道摩擦阻力系数由原来的改为时，使全巷道的阻力降低，求需要改变阻力系数、巷道的长度l与其它参数之间的关系。 22. 解：改变摩擦阻力系数前巷道的总阻力为：在长巷道上改变摩擦阻力系数后，全巷道的总阻力为： 将以上两式相除得： 即：故 第组 1（P2）应用卡他计测定某巷道的气候条件，卡他计常数F513，干卡他计由38冷却到35所需的时间为t69s。试求卡他度并说明此种大气条件适于何种程度的劳动。 1. 解：卡他度H应按下式计算 适于轻微体力劳动。 2（P3）某矿井下生产作业和人员呼吸所产生的二氧化碳量G，当供给井下的空气量Q1800 时，求（1）井下二氧化碳的浓度为多少？（2）能否进行正常工作？ 2.解：1）设为井下CO2的浓度，C0为标准大气中CO2的浓度（体积比），则 2）按矿山安全规程规定，可以进行正常工作。3（P6）用皮托管和压差计测得巷道某点风流动压为，空气密度。求巷道中该点的风速。3. 解：风流动压与风速存在如下关系 ，或由于，则4（P6）用皮托管和压差计测得A、B两风筒的压力分别为，（见图21）。求、的压力各为多少Pa？各压差计测得的是什么压力？ 4.解：为静压，为动压，为动压，为全压；压差计3的读数为全压Pa压差计6的读数为静压Pa5（P7）某矿井井口标高200m，大气压力，矿内空气的平均密度。求在井下500m深处的大气压力。 5解：井下500m深处的大气压力可按下式计算6 （P8）某梯形巷道断面S6m2，平均风速问巷道的风流运动状态是层流还是紊流？6.解：解判断巷道中风流运动状态的准则是雷诺数Re 式中 d巷道的等效直径，在梯形巷道中，其中周长为空气运动粘性系数， t=15时， 平均风流，故 此值大于临界雷诺数2320，故是紊流状态。 7.（P8）某巷道断面S=5.2 m2, 用风表测得（侧面法）平均风速 =2.3m/s,求巷道的风量为多少？7.解：用风表测定巷道风速时，因人体占有面积（约为0.4），故巷道平均风速为巷道风量为： 8（P14）用气压计测得某水平巷道1、2两点的大气压分别为101997与101656.5 Pa。若巷道1、2点处断面面积分别为,（图3-2），巷道中通过的风量，巷道内空气平均密度。问巷道1、2两断面间的通风阻力为多少？相当于多少mmHg和mmH20？ 8.解：假定风流由1点流向2点。由1、2两点列能量方程式，则阻力h为 h340.507.2333.3 Pa 通风阻力 或9（P14）用空盒气压计测得某倾斜巷道中1、2两点的气压分别为760与764mmHg，巷道断面相同，两点间的高差(图33），巷道内空气平均密度，求1、2两点间的通风阻力，并判断巷道中的风流方向。 9. 解：假定风流由1点流向2点。由1、2两点列能量方程式，则阻力h为因h为正值，所以风流方向由。10（P15）某巷道如图34所示，在垂直巷道上下口的水平巷道中，用平托管的静压端与压差计相连接，测得两断面间的压差为120 Pa。已知风速,空气的平均密度。求算、两断面间的通风阻力。 10. 解：压差计左侧承受的压力为P1，右侧承受的压力为断面风流的静压P2，和断面与断面之间胶皮管内空气柱的压力之和，所以测得的压差为 此值即为两断面间的静压差与位能差之和。 动压差为列、两断面间的能量方程式 12016.8103.2 Pa风流方向由11（P24）某梯形木支架巷道，巷道长度L200m，断面面积，周长，巷道摩擦阻力系数，若通过巷道的风量。试求其摩擦风阻和摩擦阻力。11. 解： 摩擦风阻 巷道摩擦阻力 12（P24）主运输道长L2000m，用不完全木支架支护，支柱直径，棚子间距，巷道断面，周长，巷道中流过的风量为。求该巷道的通风阻力。 12. 解：巷道中的通风阻力主要为摩擦阻力式中摩擦阻力系数可由矿井通风与防尘附录中差得。当巷道纵口径 0.2m时，查得；巷道断面为时，校正系数K8.9，则于是13（P25）在长为120 m梯形断面的平直巷道中，测得通风阻力为59.5 Pa，巷道断面面积为，平均风速为 ，巷道内的空气密度为。求该巷道的摩擦阻力系数。 13. 解：由于巷道断面的周长所以因空气密度对有影响，须将摩擦阻力系数的测定值换算为条件下的标准值，即 14（P28）已知矿井总阻力为1440 Pa，风量为，试求该矿井的风阻与等积孔。如果不改变井巷的规格尺寸、连接形式及采掘工作面情况，只把风量提高到，问此时风阻与等积之值是否改变？矿井阻力增加到多少？14.解：矿井风阻与等积孔为：，由于井巷的规格尺寸、连接形式及采掘工作面情况没有改变，所以风量的增加并不改变等积孔与风阻之值。只是，通风阻力应当增加到 15（P31）某矿为竖井平峒开拓方式，如图51所示。竖井口标高为148m，大气压力，平峒口标高为53m，冬季地表平均气温，井筒内平均气温。试求矿井自然风压及作用方向。如果矿井总风阻，自然风量（不考虑出口动员损失）是多少？ 15. 解：此矿井深度小于100m，自然风压按计算。为求算空气平均浓度，本例可按深度每增加100m，大气压增加1267 Pa，概算平峒口水平的大气压力，则井口到平峒间的平均大气压力为地表空气平均密度按干空气计算，则 竖井中空气平均密度按湿空气计算，则 自然风压为 ：自然风压作用方向 自然风量按下式计算 16（P42）某自然通风矿井，如图510所示，冬季地表气温较低，自然风压的作用方向为及。试求在什么条件下，BD井筒内将没有风流流动？ 16.解：设ADC风路的自然风压为、BDC风路的自然风压为，各井巷的风阻为、，并可将自然风压看作是风压不变的“等效风机”，如图511所示。根据通风网路风压平衡定律，可建立如下方程。当BD井中没有风流流动时，则：所以，ADC风路的自然风压（不计出口动能损失）为 ：对于BDC风路 ：两式相除，得 ：上式即为BD井筒中无风流流动的条件。 17（P50）已知离心通风机47211 No16B，时的性能，如表61所示，求转数为时的性能参数。 表61 47211 No16B 性能表序号全压， Pa风量，轴功率，KW效率，12345624612432233422162089195125.327.629.832.134.336.568.772.073.776.078.879.890.793.094.393.791.088.217.解：的性能参数按比例定律计算1）各对应点的风量 其他各对应点风量计算的结果填入表62中；表62 47211 No16B 性能表序号全压， Pa风量轴功率kW效率，12345635443502336131913008280930.133.135.838.541.243.8118.7124.4127.4131.3136.2137.990.793.094.393.791.088.22)各对应点的风压其他各对应点风压计算的结果填入表62中；3)各对应点的轴功率各对应点轴功率计算的结果填入表62中；4)各对应点的效率相同，也填入表62中。18（P53）某矿井用两台扇风机、串联工作，两台风机的特性曲线如图65所示，矿井总风阻。求两台扇风机的工况点及矿井的风量。若矿井的总风阻降为时，求两台扇风机的工况点，并分析两台扇风机的工作状况。 18. 解：1）将矿井总风阻和的风阻曲线画在图65上。 2）将两台扇风机的风压曲线和串联合成，即在等风量条件下风压相加得曲线，曲线与曲线R交点M。M点的横坐标为全矿总风量，M点的纵坐标为全矿总阻力3）由M点做等风量线交曲线、上L、K点，L、K点为扇风机、的工况点。两扇风机的风量均等于矿井的风量，风压分别为、4）若矿井总风阻降为，曲线与曲线交于点，点横