第六章矿井通风设备..ppt

第六章矿井通风设备,第一节概述,矿井通风设备包括通风机、电气设备、扩散器及反风装置等。,一、矿井空气,井下由于采矿作业而产生的有害气体，在煤矿中主要有：储藏在煤层中的瓦斯，如沼气，碳酸气，一氧化碳，二氧化碳等。井下这些有害气体，如不及时排出，就会毒害井下从事劳动的工作人员，轻者降低劳动生产率，重者造成中毒事故，严重时甚至死亡。这些气体中，有的超过一定浓度（如一氧化碳，沼气等）还会引起爆炸。,在煤矿中，在岩石巷道作业中产生的矿石和岩石的微粉尘会漂浮在井下空气中，造成空气污浊。特别是飘混在空气中的二氧化硅（SiO2）粉尘，对人体的危害很大。长期工作在这种环境中，会使人患矽肺病。除此之外，在采煤过程中，产生的大量煤尘，虽然对人的危害不及岩石粉尘那样严重，但是，由于它可以引起爆炸，所以，及时排出煤矿中的细煤尘就成为煤矿井下通风的一项重要任务。,作用向井下输送足够的新鲜空气，稀释和排除有害、有毒气体，调节井下所需的风量、温度和湿度，改善劳动条件，保证矿井安全生产。煤矿安全规程规定(P58第107条)：矿井必须有完整、独立的通风系统。,第六章矿井通风设备,二、矿井通风机的类型和工作原理（一）风机的类型和原理通风机的分类通风机按服务范围分，可分为主要通风机（它负责全矿井或某一区域通风任务）和局部通风机（它负责掘进工作面或加强采煤工作面通风）；按气体在叶轮内部流动方向分，可分为离心式通风机和轴流式通风机,特点及应用：风流沿通风机叶轮的轴向进入并沿径向流出的通风机。离心式通风机结构简单，容易维修，价格便宜，噪音小；但体积较大，一般不能和电动机直接连接。常用于风阻变化较小而风量变化较大的矿井。,离心式通风机,轴流式通风机,特点及应用：风流沿轴向进入并沿轴向流出的通风机。轴流式通风机的结构紧凑、体积小，重量较轻，转速高，可直接与电动机连接，但结构复杂，检修不便，噪音大，故障较多。多用于风阻变化较大而风量变化较小的大型矿井通风。,轴流式主要通风机,离心式主要通风机,通风设备局部通风机,我国生产的对旋式局部通风机有FDB系列、FD系列、2BKJ系列。对旋式局部通风其特点是风机结构形式为矿用隔爆型、对旋、消声、轴流式。其主要由集流器、机壳、电动机、叶轮、消声器等部件组成，具有结构紧凑、噪声小、风压高、流量大、效率使用安全可靠、维修方便等特点。,主要通风机装置示意图,1轴流式通风机,(二)通风机的工作原理1.离心式通风机的工作原理离心式通风机主要由叶轮、轴、进风口、螺线形机壳、前导器锥形扩散器等组成。当电动机带动转子旋转时，叶轮流道中的空气在叶片作用下随叶轮一起转动，在离心力的作用下能量升高，并由叶轮中心沿径向流向叶轮外缘，经螺线形外壳和锥形扩散器排至大气。同时，在叶轮中心和进口处形成真空，外部空气在大气压力作用下经进风口进入叶轮，形成连续流动。,2.轴流式风机的工作原理,轴流式风机主要由叶轮(由轮毂1和叶片2组成)、轴3、圆筒形外壳4、进风口（由集流器5和流线体6组成）、整流器7和扩散器8组成。当电动机通过轴带动叶轮旋转时，叶片间气体增加了动能和压力能，在叶轮的排出侧形成具有一定压力的高压区，以接近轴线的方向通过扩散器排出，同时在入口侧形成具有一定真空度的低压区，外部空气在大气压力作用下经集流器进入叶轮形成连续风流。,（三）通风机的工作参数及工况分析1.风量Q：单位时间内通风机排出的气体体积，单位：m3/s，m3/min，m3/h，l/s2.风压：单位体积的气体通过风机后获得的能量，单位：Pa（1）静压（Pj）指单位体积的气体流过通风机后所获得的压力能（即压力势能）（2）动压（Pd）指单位体积的气体流过通风机后所获得的动能。（3）全压（P）指单位体积的气体流过通风机后所获得的总能量。,3.转速n：风机叶轮每分钟旋转的周数，单位：r/min。4.功率N：轴功率Na电动机传给风机轴的功率即输入功率，单位：kW。有效功率N风机传给气体的功率即输出功率，单位：kW。5.效率:风机的有效功率与轴功率的比值。,三、矿井对通风设备的要求（1）通风机的工况点应位于高效区范围内，运转效率不应低于最高效率的85%90%。（2）要通风机必须安装在地面；装有通风机的井口必须封闭严密，其外部漏风率在无提升设备时不得超过5，有提升设备时不得超过15。（3）必须保证主要通风机连续运转。（4）必须安装2套同等能力的主要通风机装置，其中1套作备用，备用通风机必须能在l0min内开动。（5）通风机要有两条专用供电线路。,（6）装有主要通风机的出风井口应安装防爆门，并正对风井风流方向。（7）生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在10min内改变巷道中的风流方向；当风流方向改变后，主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40。（8）严禁采用局部通风机或风机群作为主要通风机使用。（9）严禁用主要通风机房作其它用途。（10）主要通风机因检修、停电或其它原因需要停风时，必须制定停风措施，报矿总工程师批准。,（11）矿井通风系统中，如果某一分区风路的风阻过大，主要通风机不能供给其足够风量时，可在井下安设辅助通风机，但必须供给辅助通风机房新鲜风流；在辅助通风机停止运转期间，必须打开绕道风门。严禁在煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出的矿井中安设辅助通风机。（12）掘进巷道必须采用矿井全风压通风或局部通风机通风。掘进巷道的通风方式、局部通风机和风筒的安装和使用等应在作业规程中明确规定。（13）安装和使用局部通风机和风筒应遵守规定。,四、矿井通风设备的工作方式1.矿井通风方式抽出式（我国常采用）压入式,抽出式通风设备位于系统的出口端，借助通风机的抽力，使新鲜空气从进风井流入井内，经出风井排出。,压入式通风设备位于系统的入口处，新鲜的空气借助通风机的动力压入井内，并克服矿井巷道阻力，由出风井排出。,2.矿井通风系统,中央并列式,对角式,中央边界式,第二节通风机的构造及反风装置,一、离心式通风机的构造及性能（一）结构离心式通风机的主要气动部件是叶轮、集流器（进风口）和外壳和传动部分。1.叶轮组成:由前盘面、后盘面和叶片组成。叶片固定在两盘之间。两盘之间的叶片呈机翼形并按一定的角度均匀排列在两盘之间。把原动机的机械能传递给气体转换为气体的能量。现在，多采用机翼形叶片。（矿用风机多采用后向叶片，安装角一般1875之间，472和473模型机安装角一致，均为45。）叶轮的叶片数目,472和473模型机的叶轮叶片数目均为10片。,2、外壳（螺壳）风机:外壳的作用是汇集从叶轮流出的气流，并输送到外壳的出口。形状:外壳的截面呈螺旋状。,3、集流器（进风口）集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮，使叶轮得到良好的进气条件。常用的是锥弧形，它的前半部分是圆锥形的收敛段，后部是近似双曲线的扩散段，前后两段之间的过度段，是收敛度较大的喉部。气流进入这种集流器后，首先是缓慢加速，在喉部形成高速气流，而后又均匀扩散，均匀地充满整个叶轮流道。集流器的喉部形状和喉部直径，对风机效率有较大影响。集流器与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小，对容积损失和流动损失有重要影响。472和473模型机采用径向间隙，通过这种间隙的泄漏气流方向，与主气流方向一致，不会干扰主气流。此外，为了减少容积损失，在工艺允许的条件下，应尽可能采用较小的间隙尺寸。,3.进风口,4.离心通风机的传动方式,离心式通风机的传动方式有六种：A无轴承,电动机直接传动；B支撑皮带（悬臂支撑，皮带传动，带轮在支撑点中部）；C悬臂皮带,带轮在轴承外侧；D悬臂支承,联轴器传动；E中间皮带；F双支承,中间联轴节。4-72-11型采用B式传动,即悬臂支承,皮带传动,5出风口,1.离心风机的旋转方向：左旋、右旋。2.离心风机的进气方式：单吸、双吸。3.离心风机出口位置：,6.离心式风机的型号意义,全称：G4-73-1120D右90名称：G-鼓风机型号：4-73-11，4-通风机最高效率点时的全压系数10后圆整,73-通风机的比转数，1-叶轮为单侧进风，1-设计序号，第一次设计。机号：20，叶轮直径的分米数。20dm传动方式：D旋向：右出风口方向：90,2.G4-73-11离心风机的结构,3.K4-73-01离心风机的结构,（二）几种常用离心式通风机1、47211型离心式通风机（1）结构特点（2）型号意义47211No.20B右90一般用字母表示通风机的用途。“G”表示锅炉用通风机；“K”表示矿用通风机；4最高效率点的全压系数乘以10；72比转数1表示叶轮进风方式。“1”表示叶轮单侧进风；“0”表示叶轮双侧进风No.20机号；叶轮直径除以100B传动方式一般47211和G47311采用前四种；大型的K47301采用后两种。）右叶轮旋向（站在电动机一侧正视叶轮，顺时针方向旋转的称为“右”旋，逆时针方向旋转的称为“左”旋。）90出风口位置,（3）技术性能及特性曲线2、G47311型离心式通风机3、K47301型离心式通风机,二、轴流式通风机的构造及性能（一）结构一般矿用轴流式通风机的主要气动部件有叶轮、导叶（前导叶、中导叶、后导叶）、外壳、进风口（集流器、疏流罩）以及出口处的扩散器。1、叶轮叶轮是风机的主要部件，2K60型风机由轮毂和叶片组成.叶轮上有14个机翼形扭曲叶片。叶片安装角以调整，叶片数目也可以调整。,2、导叶前导叶某些风机设有前导叶，用以控制进入叶轮的气流方向，达到调节特性的目的。此导叶可分为两段，头部固定不动，尾部可以摆动。这样，外界气流可以较小的冲击进入前导叶，而后改变方向进入叶轮。中导叶在多级轴流式通风机中级间设置。它的作用是将前级叶轮的流出气流方向，转为轴向流入后级叶轮。后导叶作用是将最后一级叶轮的出流方向转为接近轴向流出。剩余的旋绕速度使气流不仅沿轴向，而且是沿螺线方向在扩散器中流动，有利于改善扩散器的工作。注意：（1）导叶的形式以前多采用圆弧形叶片。现在多采用机翼形叶片，中、后导叶还采用扭曲机翼形叶片。（2）导叶的数目（前导叶、中导叶、后导叶）应与叶轮叶片数互为质数，以避免气流通过时产生同期扰动。,3、进风口（集流器和整流罩）作用是使气流顺利地进入风机的环行入口通道，并在叶轮入口处，形成均匀的速度场。目前，矿用通风机集流器型线为圆弧形，疏流罩的型面为球面或椭球面。4、扩散器作用是把风机出口动压的一部分转换为静压，以提高风机的静效率。一般由锥形筒芯和筒壳组成，装在风机出口侧。5、外壳风机外壳呈圆筒形，重要的是叶轮外缘与外壳内表面的径向间隙应尽可能地减小。通常（s径向间隙，l叶片展长）在0.010.06之间。,6。几种常用轴流式通风机1、2K60型通风机（1）结构特点（2）技术性能和性能曲线（3）型号意义,2、2K56型轴流式通风机,三、矿用通风机的反风（一）反风的意义及要求1、意义：反风是改变风流的方向,使风流向相反的方向流动.2、要求煤矿安全规程规定：生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10min内改变巷道中的风流方向。当风流方向改变后，主要通风机的供风量，不应小于正常风量的40%。反风设施由矿长组织有关部门每季度至少检查一次，每年应进行1次反风演习。当矿井通风系统有较大变化时，也应进行1次反风演习。,（二）离心式通风机的反风利用反风道（图819）反风时,打开水平风门13,使通风机入口与大气相同;关闭竖直风门,即关闭引风道;提起反风门6,关闭扩散器,使通风机出口与反风道相通.新鲜空气由水平风门和进风道进入风机,通过风机出口进入反风道,被压入矿井,实现反风.反风风济按图虚线箭头方向流动.,（二）轴流式通风机的反风1、反转反风法反转反风是通过改变通风机叶轮的旋转方向来改变风流方向.这种方法只限于可反转反风的轴流式通风机.2K60反风时,先切断电源,刹车制动,然后利用传动装置使中、后导叶转动1500，改变电源相位使电动机与通风机反转，完成反风。2K56型不需转动中、后导叶反转，反转反风即可。2、反风道反风法（图820）,轴流式通风机利用反风道反风A一抽出式通风反风道反风，B一压人式通风反风道反风,轴流式通风机反风道布置图,l-通风机2-电动机3、4-反风门5-反风道6-风硐7-扩散器,（二）轴流式通风机的反风3、无反风道反风法是两台轴流式通风机用一个引风道，反风时，利用分风门使一台通风机与引风道隔开，并打开反风侧门，使通风机入口与大气相同，然后关闭反风门，即关闭扩散器，工作通风机的风流通过另一台风机进入井下，实现反风。（图821）4、各种反风方法的比较,2、G47311型离心式通风机3、K47301型离心式通风机,第三节通风机的特性曲线,1.4-72-11离心风机的结构性能,1.4-72-11离心风机的结构性能,2.G4-73-11离心风机的性能,3.K4-73-01离心风机的性能,轴流式通风机实际特性曲线（图8-6、7）它的特点是在曲线上出现了马鞍形区域。,通风机是与一定的网络相连接而进行工作的，因此通风机本身与相应的网络构成一个完整的系统。通风机的工作状况不仅取决于通风机本身，同时也取决于网络的状况，即网路的长度、断面的大小及网路的配置等。,第四节通风机在网络中的工作分析,一、通风机在网路中的工作分析,通风机或以抽出方式工作，或以压入方式工作。前者，设备位于系统的出口端；后者，位于系统入口端。设备在系统中的位置不同，会不会影响其工作参数呢？取某一通风系统，假设通风机位于网络中部，将网络分为两段，对来流段以吸风方式工作，对出流段以压风方式工作。,如上图所示，取四个截面：截面为系统入口前未受到风机工作干扰的某一截面，因未受干扰，故V1=0，P1=Pa；截面为风机入口截面，此处全压为H2；截面为设备出口截面，此处全压为H3；截面为系统出口截面，此处风压为大气压，气流速度为气流脱离系统的速度，即P4=Pa和V4=c。就和截面，以及和截面之间写伯诺里方程式，得：,利用此两式可求得风机工作的全压式中h网络中风压损失，矿井空气密度；c气流脱离系统时的断面平均流速。此式说明风机在网络中工作时，产生的全压等于网络中风压损失，与气流脱离系统时带走的动压损失之和。通常，将通风机产生的风压p称为全压；克服网络阻力的风压称为静压，用pj表示，即pj=h；出口动能损失称动压，用符号pd表示，即。,于是,可以明显看出，风机全压与风机在网络中的位置无关,又因,二、通风网络特性曲线1、网络特性方程式通风网路的阻力包括沿程阻力和局部阻力。,（通风网络静阻力特性方程）,式中S通风网络过流面积，；Q通风网络的流量，m3/s；Rj通风网络静阻力系数，Ns2/m8。,式中S4通风机出口过流面积，。,式中R通风网络全阻力系数，Ns2/m8。,（通风网络全阻力特性方程）,三、通风机工况点和工业利用区（一）工况点1、定义把通风网路特性曲线与风机特性曲线按同一比例绘制在同一坐标图上，网路特性曲线与风机特性曲线的交点，称为风机的式况点。2、工况参数：工况点对应的参数为工况参数。，有风机的风量、风压、轴功率和效率注意：网络特性曲线与风压特性曲线的对应关系。,工况点工况点对应的参数称为工况参数。有通风机的风量、风压、轴功率、和效率。,离心式通风机的性能曲线,轴流式式通风机的性能曲线,（二）工业利用区划定原则：保证通风机的稳定性和经济性而划定稳定工作条件（有且只有一个工作点）,轴流式风机特性呈驼峰状,离心式风机特性的折断部分,轴流式风机的工况点应位于最高点以右。轴流式风机稳定工作点的实际静风压不得超过最大静风压的90%。,对于有折断特性的风机，必须只有单一的工况点，以免可能导致不稳定。,经济性：工况点的效率不低于最高效率的80%。,四、通风机的工况调节及运行调节原因：在矿井开采过程中，通风网络的参数是变化的，为了适应这种变化，通风机的工况应具有可调节性。调节途径：一是改变网路特性曲线调节法；二是改变通风机特性曲线调节法。（一）改变网路特性曲线调节法1、闸门调节（1）调节原理及方法即适当关闭竖直风门,使通风网路的阻力增大,以减小流量.在开采初期，通风网路阻力较小，这时的风量大于矿井实际需要的风量。适当关闭闸门可以使工况点左移，风量减小，轴功率减小。随着开采深度的增加，将闸门逐渐开大。注意：闸门调节不节能。（2）适用范围及特点设备简单，调整容易而均匀。但有附加能量损失。只能作为一种暂时的应急方法使用。2、串并联巷道,（二）改变通风机特性曲线调节法,1、改变叶轮转速调节法（1）调节原理比例定律：,（2）调节方法由比例定律可知，改变通风机的转速，特性曲线将身上、下移动。因此可按照矿井实际需要的风量和风压，根据比例定律计算需要的转速，作出调节后的转速特性曲线，把通风机的转速调节为需要的转速。,（3）应用范围及特点1）特点调节范围较宽，在网络特性不变的情况调节时，效率不变。阶段性调速的调节机构简单，但必须在停机时操作；无级调速机构复杂投资大，但调节性能好，节电效果明显，其投资很快可以得到补偿，且能在不停机情况下完成调节工作。2）应用范围2、改变轴流式风机叶片安装角调节法（1）调节原理,（2）调节方法1）停机调节方法：人工和机构2）动叶调节调节原理平衡抵消闭合力矩。调节机构油压式、机械式、电气式（3）特点及适用范围停机调节叶片安装角的机构简单，理论上可以实现无级调节，但由于必须停机操作，实际上只能做到阶段调节，调节范围较宽，调节中效率有所变化。动叶调节的调节机构比较复杂，可在不停机情况下完成操作并实现无级调节。调节范围广，而且可以得到覆盖全调节范围的特性，调节时效率有所变化。采用这种机构便于实现自动化。广泛应用于轴流式通风机的调节中。,（2）调节方法C1u为叶轮入口处的圆周速度。C1u改变，风压也改变1）离心式通风机的前导器2）轴流式通风机的前导器（3）特点及适用范围前导器调节法调节的机构比较简单，可以在不停机的情况下完成操作，通常只能达到阶段调节的目的，在网络特性不变的情况下调节时，效率有所变化。由于调节范围比较窄，作为其它阶段性调节的补充较为适宜。,3、前导器调节法（1）调节原理,4、改变轴流式通风机级数和叶轮叶片数调节法（1）调节原理（2）调节方法注意：改变叶片数目后，叶轮的平衡问题。（3）特点及适用范围不需要另外附加机构，需要在停机情况下操作。只能实现阶段调节，可调范围窄，效率也有所变化，可以作为辅助的调节措施。,五、通风机的联合工作当一台通风机不能满足矿井通风要求时，可以将多台通风机同时在网络上工作，增加系统的风量或提高风压，满足矿井通风要求。这种多台通风机在一个网络上同时工作称为通风机的联合工作。联合工作的基本方式为串联和并联。,（一）通风机的串联工作1、串联工作的任务增加风压2、串联工作的特点两台风机的风量相等，风压为两台风机在该流量下的风压之和。3、串联工况点（1）构造等效风机按照“相同流量下，风压相加”的原则。（2）求等效风机的特性曲线（3）等效工况点（4）串联效果,注意：两台风机串联后并不都是增加风压。一般是对于网络阻力较大的系统，串联效果较好。,（二）通风机的并联工作1、并联工作的任务增加风量2、并联工作特点两台风机产生的风压相等，都等于克服网络阻力所需的风压，通过网络的风量等于两风机风量之和。3、并联工况点（1）构造等效风机按照“等风压下，流量相加”的原则。（2）求等效风机的特性曲线（3）等效工况点（4）并联效果,注意：两台风机并联后并不都是增加风量。一般是对于网络阻力较小的系统，并联效果较好；两台风机并联后运转的稳定性。,第五节矿井通风设备的选型与计算1.通风机风量的计算风机所必须产生的风量：Qb=KQk(m3/s)Qb通风机必须产生的风量m3/sK通风设备的漏风系数。当风井不做提升用时，K=1.11.15兼作箕斗井时，K=1.151.2罐笼时，K=1.251.3Qk矿井所需的通风量，m3/s。,2.通风机的风压当已知风机的静压特性（轴流式风机）时，产生的静压为：初期：末期：Hmin矿井最小（初期）负压，Pa。Hstmax矿井最大（末期）负压，Pa。H通风设备各部分阻力之和。取H=100200Pa，有消声器时另加5080Pa。,当已知风机的全压特性（离心式风机）时，产生的全压为：初期：末期：,Hd通风系统出口动能，Pa。一般为离心式风机扩散器总损失。设计时可取100150Ppa,3.选择风机（1）按类型风机曲线选类型：以效率高、性能好为条件确定风机类型,以H1和H2的平均值作为选择时的计算风压。叶轮直径：方法一：,H计算全压，风机的流量系数和全压系数，对应于最佳工况的数值，可由类型特性曲线查得。空气密度，取,方法二：按等积孔计算选择,在预选的风机类型特性曲线上对应于最高效率点(对轴流式风机叶片安装角要留出5度的富余量)查得、，从而算出最有利等积孔系数，再按计算叶轮直径：,A0网路等积孔A0，对轴流式风机取最小等积孔Amin；对离心式通风机取平均等积孔(Amax+Amin)/2。,根据直径选择一个与之相近的机号，以确定叶轮的直径D。,转速：(2）按个体特性曲线选（简单）先选风机类型，再根据计算得的风量Qe和风压H1、H2（或Hst1、Hst2）与个体特性曲线上高效区中的参数直接对号即可。,1.规程对通风设备的要求（1）通风机的工况点应位于高效区范围内，运转效率不应低于最高效率的85%90%。（2）要通风机必须安装在地面；装有通风机的井口必须封闭严密，其外部漏风率在无提升设备时不得超过5，有提升设备时不得超过15。（3）必须保证主要通风机连续运转。（4）主要通风机房必须安装2套同等能力的主要通风机装置，其中1套作备用，备用通风机必须能在l0min内开动。（5）通风机要有两条专用供电线路。,第六节通风机的运行与使用,（6）装有主要通风机的出风井口应安装防爆门，并正对风井风流方向。（7）生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在10min内改变巷道中的风流方向；当风流方向改变后，主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40。（8）严禁采用局部通风机或风机群作为主要通风机使用。（9）严禁用主要通风机房作其它用途。（10）主要通风机因检修、停电或其它原因需要停风时，必须制定停风措施，报矿总工程师批准。,2.风机运行与维护（1）起动起动前检查，检查项目：轴承的润滑油是否合适；联轴器、皮带