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课题2矿井气侯 课题 矿井气侯矿井气候： 矿井气候：矿井空气的温度、湿度和流速三个参数的综合作用。这三个参数也 称为矿井气候条件的三要素。 矿井气候 矿井空气的温度 矿井空气的湿度 矿井空气的流速 三个参数的综合作用 这三个参数也称为矿井气候条件的三要素。 一、气候参数对人体散热的影响 空气温度低于体温：对流、 空气温度低于体温：对流、辐射 气 候 参 数 温度 空气温度等于体温： 空气温度等于体温：蒸发为主 空气温度高于体温：蒸发 空气温度高于体温： 湿度 风速 影响汗液蒸发的效果 影响对流、 影响对流、蒸发效果 二、矿井空气的温度、湿度和风速 矿井空气的温度、地面温度最适宜的矿井空气温度为1520 井下围岩温度 机电设备散热 影响因素 煤炭等有机物氧化 人体散热 水分蒸发 空气的压缩或膨胀 通风强度 1、地面空温度：T 1、空气压缩与膨胀 3、岩层温度 4、水分蒸发吸热 6、通风强度 5、氧化生热 7、地下水的作用 1、地面空温度 如果地面空气温度很低，地面空气进入下后，井下温度降低；如果地面 空气温度很高，井下温度升高； 2、空气压缩与膨胀 空气沿井巷向下流动时，空气受到压缩会产生热量使温度升高（一般深 度增加100 m，温度可升高1)；反之，空气向上流动时，又会因体积 膨胀而使温度降低(平型升高100 m，温度可降低0809)。 3岩层温度 岩层散发的热量是矿井中的主要热源，约占50-60，因此，岩层 温度直接影井空气的温度。在恒温带之下，岩层温度随着深度的增加而 升高，在含煤地层中，深度宙加3035 m，岩层温度升高1。 当地面空气进入井下后，因与岩层温度间存在温差，所以空气在流动 的同时与岩层型热交换。如果空气温度低于岩层温度时，则岩层放热一 使矿井空气的温度逐渐升高；反之岩层吸热，使矿井空气的温度逐渐降 低。 4地下水的作用 矿井中有高温热泉或热水涌出时，可使井下温度升高；相反，若低温 的地下水活动时，则可使井下温度降低。 5水分蒸发吸热 水分蒸发时，将从空气中吸收热量，使空气温度降低。每蒸1 kg水可吸收25 k热量，能使1 m3空气的温度降低19。 6氧化生热 井下煤炭、坑木等物质的氧化都能生成大量的热量。例如，在1 m3空气中 由于煤的氧化而使二氧化碳浓度增加01时会产生18 kJ的热量，而这些热 量足够使1 m3空气的温度升高145。 7通风强度 通风强度是指单位时间内进入井巷风量的多少。温度较低的空气流经井下 巷道或工作面时，由于热交换作用吸收热量，所以流经某井巷或工作面的风 量越多(供风量越大)， 风强度越大，吸收的热量也就越多。 8其他因素 机械运转以及人体的散热都对井下温度有一定的影响。特别值得指出的是， 随着机机械程度的不断提高，大型电气设备的采用和井下机电硐室的高度集 中，机械运转所产生的对矿井空气温度升高的影响是不能忽视的。 三、矿三、 井空气温度的变化规律 综上所述，矿井温度受多种因素影响，其中有起升温作用的，也有起降温 作用的。多矿井的升温作用都大于降温作用，其变化规律是： 多矿井的升温作用都大于降温作用，其变化规律是： ? 1在进风路线上(在地面温度影响范围内)，温度随四季而变，和地表温度相比，暖夏凉的现象。在冬季，地面冷空气进入井 下后，冷空气与地下岩层温度进行热交换，吸热，岩层散热， 因地下岩层温度随深度增加，且风流下行受压缩，故沿线空气 温度逐高；夏季与冬季的情况大致相反，沿线空气温度逐渐降 低。 2、在整个风流路线上，回采工作面一般是矿井空气温度最高的区段。 地面温度的范围(指进风风流流经路线长度或距离)一般为10002 000 m，超过此距离，不论冬是夏季，随着进风路线的延长，矿井空气温 度会逐渐升高，一般至回采工作面时，温废最高。这是因为回采工作 面除有煤、岩氧化外，还有人体散热和机械运转、爆破等因素引起的 散热。 开采深度大，进风路线长且超过一定距离时，回采工作面的温度常 年保持不变；开采深大，进风路线短时，回采工作面的矿井空气温度 将随地面气温的变化而变化。 3、在回风路线上，因通风强度较大、风速高、水分蒸发吸热，加之 气流向上流动而膨温，使气温略有下降，但基本上常年保持不变。四、 四、矿井气候条件的安全标准 我国现行评价矿井气候条件的指标是干球温度。1982年国务院颁 布的矿山安全条例第53条规定，矿井空气最高容许干球温度为 28 规程规定 规程规定：采掘工作面的空气温度不得超过26C； 机电洞室的 空气温度不得超过30C； 五、矿井空气温度的测定 矿井空气温度的测定，我国一般采用水银或酒精温度计直接测量矿 井空气的温度。当利电偶测温时，热电势大小与热冷端温度差有关。 当测点环境温度较高时，其灵敏度也较矿山主要用热电偶测量岩体或 工作面采空区的温度。 1岩层温度的预算 (1)变温带一般距地表20 m左右，其温度随地面季节温度而变化，故称 这个地带为变温带。 (2)恒温带一般距地表2030 m的地带，岩层的温度基本常年稳定不变， 故称这个为恒温带。某地区恒温带的温度约等于该地区年平均地表温 度。 (3)增温带和地温率在恒温带以下，岩层温度随着深度的增加而升高， 不受地面季节变化的影响，故称为增温带。这个地带的岩层温度t与深 度Z成正比。岩层温度增加1所增加的垂直深度(m)被称为地温率。如 果知道某地区恒温带温度和地温率，就可以式预计深部水平地层的岩 层温度， 即：t= t恒+Z-Z恒/g恒 t-深度为Z(m)处的岩层温度，； t恒恒温带的岩层温度，； Z一地下岩层温度为1()处的深度，m； Z恒恒温带深度，m； g恒地温率，m。 2、围岩的原始温度测定 、 目岩原始温度(即原岩地温)的测定是矿井热害防治最重要的基础工作， 所取得的参数是矿井热源分析及井下风流温度预测计算的重要基础参数， 也是划分矿井热害等级的基本依据。原岩温度的测定一般分为两种：一 是深孔测温法，二是浅孔快速测温法。两种方法 深孔测温法深孔测温就是在井巷中利用钻机向围岩内打水平测温孔， 再将在实验标定好的的测温热电偶探头送人孔底，封孔，经过一定时间， 测得稳定的温度值即围岩的原始温度，利用深孔测温时，必须要设法消 除或减少矿井排水和通风的影响，钻孔位置应避开和水文地质复杂地段， 选择在岩性较好、不渗水或渗水小的地点，钻孔深度应大于该处围岩冷 却带的厚度。 (2)浅孔快速测温法 浅孔快速测温是在井下连续推进的岩巷掘进工作面 (2) (30 m以内无通风两年以上的井巷或硐室)，并在岩面暴露时间不超过24 h，利用掘边的炮眼或临时专门打的23 m钻孔进行测温的方法。 3采 掘工作面和机电硐室的温度测定 1）气温测定地点的选择。 掘进工作面气温的测点，应设在工作面距迎头2 m处的回风流中。 长壁采煤工作面气温的测点，应在采煤工作面回风巷距煤壁15 m处 测定。 机电硐室气温的测点，应选在硐室回风道口的回风流中。 气温的 测点不应靠近人体、发热或制冷设备，间距至少O5 m。 2）气温的测点时间，一般在816 h的时间内进行。 3)测温仪器可使用最小分度为，05并检定的温度计。 4)测量温度时温度计要离开人体或其他发热体05 m以上，待测一段时 间，读数稳定后，记下温度计读数。 。 测定矿井空气的相对湿度。 五、测定矿井空气的相对湿度。 人体蒸发散热的效果取决于空气的相对湿度。(相对湿度)30时，人 体水分蒸发过快，人会感到干燥；80时，人体水分蒸发困难；=100 时，人体水生全停止。可见，相对湿度对作业人员的身体健康和劳动生 产率影响很大，因此，测定矿井空气的相对湿度，尽量使矿井空气的相对 湿度处于最适宜的相对湿度50-60)。 ）、矿井空气湿度的变化规律 （一）、矿井空气湿度的变化规律 1矿井空气的湿度是随着地面空气湿度和井下滴水情况不同而变化的。 2一般情况下，在矿井进风路线上有冬干夏湿的现象。矿井回风巷或出 风井相对湿度大多在95以上，且常年变化不大。 一般情况下，矿井空气湿度的变化规律为：在矿井进风路线上，空气的 湿度随化而变化。冬天冷空气进入井下后温度要升高，空气的饱和水蒸气 量加大，沿途吸收才而井巷显得干燥；夏天的热空气进入井下后温度要降 低，饱和水蒸气量逐渐减小，互一部分水分凝结成水珠，使井巷显得潮湿， 故有冬干夏湿之感。在采掘工作面和回因空气温度较高且常年变化不大， 空气湿度也基本稳定，一般都在90以上，甚至接近 （二）、矿井空气相对湿度的测定 矿井空气的相对湿度一般用手摇式湿度计或风扇湿度计测定，在矿井监测 监控系统中用湿度传感器或温湿度传感器。 1手摇式湿度计测定方法 (1)手摇式湿度计如图26所示；将两支构造相同的普通温度计装在一个盒 为了加以区分，把其中的一个称为干温度计，另一个称为湿温度计，湿温度 计的水。裹着湿纱布。 2、风扇湿度计侧测定法 风扇湿度计侧测定法 风扇湿度计由两支相同的温度计和一个通风 风扇湿度计侧测定法： 风扇湿度计侧测定法 器组成。水银温度计为感温计；水银温度计的水银球上裹有一 层湿的棉纱布，为时温度计；水银温度计的外面均罩着内、外 表面光亮的双层金属保护管，以防热辐射的影响；通风器内有 发条和风扇，风扇在发条的作用下开始工作，以在风管中产生 稳定的气流，使温度计的水银球处于同一风速下，测定流动状 态下的空气温度。 例22 在井下某巷道用风扇式湿度计测得风流的干球温度为 20，湿球温度为17，求风流的相对湿度。 解：已知t干=20，t湿=17， t=t干 t湿=20-17=3 根据t干、t查相对湿度表24得：=73% 3、湿度传感器与电子湿度计 、 湿度传感器利用可以实行对环境空气湿度的连续监测。当空气的湿度 变化时，湿度敏感材料传感器电参数也随之变化，电量通过放大电路放大， 在读数仪表上反映出空气的湿度值。 六、测定矿井空气的风速。 测定矿井空气的风速。 风速 风速指风流单位时间内流过的距离。井巷中的风速过高或过 低都会影响工人健康。风速过低时，汗水不易蒸发，人体多余热量不易 散失掉，人就会感到闷热不舒服，同时瓦斯也容易积聚；风速过高时， 容易使人感冒，矿尘飞扬，对安全生产和工人不利的。因此，必须准确 测定矿井空气的风速，使矿井空气的风速符合规程规： 要完成测量任务，要知道测算井巷中的风速的目的、井巷断面上的 风速分布建立、测风仪表(风表)、测风方法、测风步骤、用风表测风时 的注意事项等知谚 ）、测算井巷中的风速和通过的风量的目的 （一）、测算井巷中的风速和通过的风量的目的 1检查用风地点实际得到的风量是否满足设计要求。 2检查各井巷中的实际风速是否符合规程规定。允许风速（ms） 井 巷 名 称 无提升设备的风井和风硐 专为升降物料的井筒 风桥 升降人员和物料的井筒 主要进、回风巷 架线电机车巷道 运输机巷，采区进、回风巷 采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷 掘进中的岩巷 其他通风人行巷道 最 低 1O 025 025 O15 O15 最 高 15 12 10 8 8 8 6 4 4 此外，煤矿安全规程还规定，设有梯子间的井筒或修理中的井 筒，风速： 8ms；梯子间四周经封闭后，井筒中的最高允许风速可按表执行。 无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风速可低于上表的规定值， 但不得低于 综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施 后，其最大 于上表的规定值，但不得超过5ms。 3检查漏风情况。测量风速、计算风量是矿井通风工作的基本操作技 能之一查、分析、改善矿井通风工作的重要手段。 ）、井巷断面上的风速分布 （二）、井巷断面上的风速分布 空气在井巷中流动时，由于空气的粘性和井巷壁面粗糙程度的影响， 风速在的分布是不均匀的，如图211所示。在巷道的轴心区域风速最大， 而靠近巷道周壁的区域风速最小。通常所说的风速都是指平均风速。 ）、测风站 （三）、测风站 主要测风的地点 主要测风的地点矿井的总进风道、总回风道，采区的进、回风 主要测风的地点 道，采掘工作面的进、回风道等，都要建立测风站，测风站如图212所 示。 对选择测风地点要求 对选择测风地点要求满足测定矿井总进风量、总回风量，以及 对选择测风地点要求 各翼、各水平、各采区和采掘工作面进风量和回风量的需要，测风站必须 符合下列要求： 图212 测风站 4 4米 米 对测风站的要求 对测风站的要求 1、测风站设在支架齐全、没有漏风、断面变化不的直线巷道，测风 站前后10米内不有拐弯和障碍物。 2、测风站长度不能小于4米； 3、测风站应挂有记录板，上面注明地点，编号、巷道断面积、测风 日期、平均风速、风量、测定人员等内容； 4、测风站最好设计在混凝土巷道，在水泥或木支架的巷道中设置木 板测风站； 测风量的短片 测风仪表（风表）1、风表分类：机械翼式风表、电子翼式风表、 测风仪表（风表） 测风仪表 热效式风表等三种 风表的分类 机械翼式风表 电子翼式风表 热效式风表 机械翼式风表 特点 特点：体积小、重量轻、可以测平均风速； 特点 缺点 缺点:精度低、不能测微风 缺点 电子翼式风表 特点 特点：精度低比机械翼式风表高，可测瞬时风速 特点 缺点 缺点:构造较复杂、测定值偏大、过高或过低风速不能测； 缺点 热效式风表 特点 特点：过高或过低风速都可以测。 特点 缺点 缺点:受湿度和气体成分的影响； 缺点 2风表的校正 由于风表本身的构造和其他因素影响(如机件的损坏和锈蚀、检修质量等原因)， 翼轮的转速不能如实反映出真实的风速，因此必进行校正。根据风表校正仪 得出的数据，将表速与真实风速之间的关系记载于风表的校正图表上，如图 213所示，每只风表出厂前或使用一段时间之后，都必须进行校正，并绘 制图表，以备测风时使用。 从图213中可以看出，一般风速在O2O3 ms以上时，翼轮的转速 与真实风速呈线性关系，故风表校正曲线也可以用下式来表 六、测风方法 测风方法 1、线路法 2、定点法 3、迎面法 4、侧身法 1、线路法： 2 2、定点法 3、迎面法： 、迎面法： K=1.14 迎面法是测风员面向风流，将手臂伸向前方测风。由于测风断面位于人 体前方，且人体阻挡了风流，使风表的读数值偏小，为了消除人体的影响， 需将测得的真风速乘以K=1.14的校正系数，才能得到实际风速。 K=1.14 4、侧身法 侧身法 K= S-0.4 / S 侧身法是测风员背向巷道壁站立，手持风表将手臂向风流垂直方向伸直， 然后在巷道断面内作均匀移动。由于测风员立于测风断面内减少了通风面积， 从而增大了风速，测量结果较实际风速偏大，故需对测得的真风速进行校正。 校正系数K由下式计算： K= S-0.4 / S 式中 S测风站的断面积，m2； 0.4测风员阻挡风流的面积，m2。 七、用机械式风表测风步骤 1、测风员进入测风站或待测巷道中，先估测风速范围，然后选用相应 量程的风表。 2、取出风表和秒表，先将风表指针和秒表回零，然后使风表叶轮平面 迎向风流，并与风流方向垂直，待叶轮转动正常后（约2030s），同时打 开风表的计数器开关和秒表，在1min的时间内，风表要均匀地走完测量路 线（或测量点），然后同时关闭秒表和计数器开关，读取风表指针读数。 为保证测定准确，一般在同一地点要测三次，取平均值，并按下式计算表 速： v表 n = t 式中 v表风表测得的表速，m/s； n风表刻度盘的读数，取三次平均值，m； t测风时间，一般60s。 3、根据表速查风表校正曲线，求出真风速v真。4、根 据测风员的站立姿势，将真风速乘以校正系数K得实际平 均风速v均，即： v均= =Kv真 ，m/s 5、根据测得的平均风速和测风站的断面积，按下式计算巷道通过的风量： Q=v均S 式中 Q测风巷道通过的风量，m3/s； S测风站的断面积，m2，按下列公式测算： 矩形和梯形巷道：S=HB 三心拱巷道： S=B（H0.07B） 半圆拱巷道： S=B（H0.11B） H巷道静高，m； B梯形巷道为半高处宽度，拱形巷道为净宽，m。 八、测风时应注意的问题 1、风表的测量范围要与所测风速相适应，避免风速过高、过低造成风 表损坏或测量不准； 2、风表不能距离人体和巷道壁太近，否则会引起较大误差； 3、风表叶轮平面要与风流方向垂直，偏角不得超过10，在倾斜巷道 中测风时尤其要注意； 4、按线路法测风时，路线分布要合理，风表的移动速度要均匀，防止 忽快忽慢，造成读数偏差； 5、秒表和风表的开关要同步，确保在1min内测完全线路（或 测点）； 6、有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时再测； 7、同一断面测定三次，三次测得的计数器读数之差不应超过5%，然 后取其平均值。 例1-3 在