矿井通风与安全

矿井通风与安全矿井空气成分 矿井通风阻力 第三章矿井通风动力 第四章矿井通风网络 第五章采区通风 第六章掘进通风 第七章矿井通风系统设计 第八章矿井通风相关计算 第一章矿井空气成分1煤矿中空气的主要成分有O2、CH4、CO2、CO、H2S、SO2、N2、NO2、H2、NH3、水蒸气和浮尘12种。物理变化：固体混入；气体混入；气象变化化学变化：井下物质的缓慢氧化、爆破工作、火区氧化和人员呼吸等气体基本性质：NH3（剧臭），SO2（强烈硫磺臭），H2S（臭鸡蛋味浓度为0.0001%，便可嗅出来），CO2（微酸臭）；有色气体只有一种，即NO2（浅红褐色）。流动状态与风速有关，流体质点是否有规律分为层流和紊流。由于矿井必须要有固定通风，所以矿井属于紊流。因而矿井属于流动状态和流动特征。*3、矿井通风阻力计算、矿井通风阻力测量方法（基本内容包括测算风阻、测算摩擦阻力系数、测算通风阻力的分配情况）矿井通风动力欲使空气在矿井中源源不断的流动，就必须克服空气沿井巷流动时所受阻力。这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力。在冬季平均气温较低，平均空气密度较大；在夏季则相反，这种由于自然因素而形成的通风叫自然通风。影响自然通风的主要因素有矿井进风和出风口的高差、空气成分密度、井深主要通风机。主要通风机：按服务范围可分为主要通风机（主扇）、辅助扇风机（辅扇）、局部扇风机。主要通风机按其结构可分为离心式扇风机和轴流式扇风机主要通风机附属装置：反风装置（我国规程中规定必须在10MIN内把矿井风流反转过来）、防爆门、风硐（连接风机和井筒的一段巷道）、扩散器、消音装置。通风机工况点：通风机在某一点特定转速和工作风阻条件下的工作参数，如Q（风量）、H（风压）、N（轴功率）η（效率）等，一般指H和Q两个参数，称为工况点（也成为风机个体特性曲线）。矿井通风网络通风网络：由若干风道和交汇点构成的通风系统，是由线、点及其属性组成的，称为通风网络。通风网络基本属语：①节点（是由两条或两条以上分支的交点）②分支（两个节点的连线，在通风网络图上，每条分支有一个编号，称为分支号，用单线表示分支）。③路或通路（是由若干方向相同的分支首尾相接而成的线路，即某一个的末节点是下一个分子的始节点）。④回路和网孔（是由若干个方向并不都相同的分支所构成的闭合路线，其中有分支者叫基本回路，简称回路，无分支者叫网孔）。⑤生成树（它包括通风网络中全部节点和不构成回路或网孔的一部分分支）。绘制网络原则：①用风地点并排布置在网络图中部，进风节点布置在下边（进风井口布置在最下部），回风节点在网络图上边，风机出口节点在最上部。②分支方向（除地面伪分支外）基本都由下至上。③分支间的交叉尽可能减少④网络图总的形状基本为“椭圆”形。通风网络：主要有串联风路、并联风网、串并联网路、角联风网。4、风量调节：局部风量调节其中有增阻调节法、降阻调节阀、增压调节法（包括辅助通风机调节法、利用自然风压调节法）；矿井总风量的调节主要有改变主要通风机工作特性、改变矿井总风阻值。第五章采区通风采区通风系统是采区生产系统的重要组成部分，它包括采区进风、回风和工作面进、回风道的布置方式；采区通风路线的连接形式，以及采区内的通风设备和设施等基本内容。采区通风系统的基本要求：①采区必须有单独的回风道，实行分区通风，采区工作面和掘进工作面都要采用独立通风。②对于必须设置的通风设施（风门、枫桥、挡风墙、风筒）和通风设备（局扇、辅扇等）要选择适当位置。③保证通风阻力大小，通过能力大小，风流顺畅，风量按需分配。④设置防尘管路，避灾路线，避难硐室和灾变时的风流控制设施。⑤煤层倾角大于12°的采煤工作面必须遵循规定⑥采煤工作面和掘进工作面进风和回风都不得经过采空区和冒落区采煤工作面上行通风和下行通风：上行通风与下行通风是指进风流方向与采煤工作面的关系。回采工作面所需风量计算：①按瓦斯涌出量计算②按工作面进风流温度计算③按使用炸药量计算④按工作人员数量计算⑤按风速计算。用以上五种方法对采区每个独立通风和回采工作面计算，选取最大值作为每个回采工作面所需风量，把这些风量和采区独立通风的备用工作面所需风量累加起来，就是采区回采工作面和备用工作面所需总风量。掘进工作面所需风量计算：①按瓦斯涌出量②炸药计算③局扇吸风量④按人数⑤按风速进行计算。与回采工作面所需风量计算基本相同。硐室所需风量计算：①机电硐室②爆破材料库③其他巷道所需风量计算：按瓦斯涌出量计算;按最低风速进行演算。通风构筑物分类：根据通风构筑物的用途不同，可分为引导风流构筑物（如风筒、枫桥等）、隔断风流构筑物（如防爆门、防突门、风门、挡风墙等）和控制风流构筑物（风窗。）根据通风构筑物的服务期不同分为永久通风构筑物和临时通风构筑物两大类。通风构筑物规定：①进、回风井之间和主要进、回风巷之间的每个联络巷中应建筑永久密闭。②在需要使用的联络巷，应设不少于两道正向和反向永久封门，防止行人及反风时风流路③与采空区连通的所有巷道（包括风眼、溜煤眼），必须建筑永久性密闭④行人、行车巷道，采区之间联络巷，采区进回风联络巷道，应根据通风构筑物服务时间及作用，建永久性或临时性密闭等。（详细在通风构筑物有关规定）漏风及有效风量（计算）：《煤矿安全规程》规定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%。11、控制漏风提高有效风量：①保障气密性②进回风井之间压差很大，尽可能拉开距离③正确选择安置通风构筑物④降低风阻等等。第六章掘进通风掘进通风：利用局扇进行通风的方法称为掘进通风（部通风）。掘进通风分为两大类：矿井总风压通风和使用局部通风设备通风。矿井总风压通风纵向风墙（或风障导风）：这种方法是利用风墙或风障将巷道一分为二，构成进、回风路。风筒道风：风筒的通风阻力较大，所以利用总风压有限，此种方法一般适用辅助工程量小，风筒安装、拆卸比较方便，风量不大、通风距离不长的工作面。平行巷道通风：当两条平行巷道同时掘进时，可每隔一定距离开一条联络巷，前一联络巷掘进通后，后一联络巷即封闭。使用局部通风设备通风引射器：引射器是将高压水或压缩空气的部分能量传递给风流，克服风流在风筒和独头巷道中流动阻力，达到给掘进工作面通风的目的。局部通风通风方式的优缺点比较优点缺点适用条件压入式局部通风机布置在新鲜风流中，污风不经过通风机，安全性好、有效射程远，工作面效果好，可防止瓦斯积聚且因风速较大，散热效果好正压通风可用柔性风筒污风经巷道排出，作业环境不良，巷道长时，污风排出时间长，需要风量大有瓦斯涌出巷道、距离不长的岩巷。，主要用于排出瓦斯为主的煤巷、半煤巷掘进。抽出式新鲜风流沿巷道进入工作面，污风经风筒排出，整个井巷空气清新，劳动环境好；当风筒吸入口距工作面小于有效射程时，通风效果好，需风量少。有效射程短，风筒吸入口距工作面远时，通风效果差；污风通过局部风机，有瓦斯爆炸危险，负压通风，不能使用柔性风筒。用于无瓦斯巷道；确保通风机防爆性能时可用于瓦斯巷道，主要用于排出粉尘为主的井筒掘进时。混合式具有压入式、抽出式的优点，通风效果最佳。通风设备多，管理较复杂。通常用于大断面，长距离巷道、总掘巷道掘进工作面所需风量计算、风筒漏风率（计算）、掘进通风的技术管理和安全措施。第七章矿井通风系统设计矿井通风设计基本任务：建立一个安全可靠、技术先进和经济的矿井通风系统。生产矿井通风设计的基本内容和步骤：①拟订矿井通风系统②计算和分配矿井总风量③计算矿井通风阻力④局部风量调节⑤主扇的调节和选择⑥概算矿井通风费用矿井通风系统类型：按进、回风井在井田内位置不同，通风系统可分为中央式（中央并列式、中央边界式也称中央分列式）、对角式（两翼对角式、分区对角式、区域式、混合式）、区域式和混合式。通风方式优点缺点适用条件中央并列式进回风都布置在中央工业广场内，地面建筑和供电集中，建井期限短，便于贯通，初期投资少，出煤快，，反风容易，便于管理。风流在井下的流动路线为折返式，风流路线长，阻力大漏风大。工业受主要通风机噪声的影响和回风流的污染。适应煤层较大、埋藏深井田走向长度小于4km、瓦斯与自然发火都不严重飞矿井。中央边界式通风阻力较小，内部漏风较少。工业广场不受主要通风机噪声影响和回风流污染。风流在井下流动路线为折返式，风流路线长阻力大适用煤层倾角小埋藏浅、井田走向长度不大，瓦斯与自然发火比较严重的矿井两翼对角式风流在井下流动为直向式，风流路线短阻力小漏风少。安全出口多，抗灾能力强，便于风量调节，矿井风压比较稳定。工业广场不受主要通风机噪声影响和回风流污染。井筒安全煤柱压煤较多。初期投资大，投产较晚。适用于煤层走向大于4km，瓦斯与自然发火严重的矿井，或低瓦斯但煤层走向较长、产量较大的矿井。分区对角式每个采区都有独立的通风系统，便于风量调节，安全出口多，抗灾能力强，初期投资少，出煤快。占用设备多，管理分散，矿井反风困难。煤层埋藏浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘总回风巷。矿井总风量计算和分配、矿井通风阻力计算、概算矿井通风费用矿井降温措施：通风降温、选择合理的开采系统、隔热疏导（采取各种方法将矿井热源与风流隔离开来，或将热源直接引入矿井回风流中，避免矿井热源对风流的直接加热，从而达到矿井降温的目的）、个体防护。影响井下气温因素：矿井进风温度、井下风流压缩和膨胀、机电设备散热、氧化放热个体散热、地下热水散热、围岩与井下空气的热交换等。第八章矿井通风相关运算矿井风流的能量方程根据质量守恒定律：对于稳定流，流入某空间的流体质量必然等于流出其空间的流体质量（风流在矿井中可以看作是稳定流）。质量流量和体积流量公式：M=ρ1ν1S1=ρ2ν2S2(kg/s);Q=νs(m3/s)或Q2=M2/ρ2(不可压缩流体)——例风流在井巷中由断面1流至断面2时，已知S1=10㎡，S2=8㎡，V1=3m/s,1,2断面的空气密度为：ρ1=1.18kg/m3，ρ2=1.20kg/m3,求①1,2断面上通过的断面流量M1，M2；②1、2断面上通过的体积流量Q1,Q2；③2断面上的平均流速。解①根据质量守恒定律在稳定流中（矿井看作近似稳定流）M1=M2=ρ1ν1S1=ρ2ν2S2=3×10×1.18=35.4kg/s②Q1=v1s1=3×10=30m3/sQ2=M2/ρ2=35.4/1.20=29.5M3/S③v2=Q2/S2=29.5/8=3.69m/s或v2=M2/V2ρ2=35.4/8×1.20=3.69m/s在矿井通风系统中，严格的说是变化的，即矿井风流史可压缩风流。※可压缩流体能量方程（相关运算不理解）※风流在任意断面上的机械能量：能量压力是矿井通风中两个重要的基本概念，它们既紧密联系又有区别。风流女任意5一断面上都有压能（P）、位能(Z)、动能(hv)，这三种机械能量又可分别用静压、位压和动压（速压）来体现。※能量方程的应用※通风压力坡度线是对能量方程的图形描述：从图形上比较直观的反映空气在流通过程中压力沿程的变化规律、通风压力与通风阻力之间的相互关系以及相互转换。（理解运算不够熟练P15~P24）矿井通风阻力风流的流动状态：流体的流动状态受着流动的速度、粘性和管道尺寸等影响。风流的流动状态依靠雷诺数来判断，雷诺数小于2300时水流呈层流状态，约大于4000时水流开始向紊流过度。摩擦阻力定律：，Pa（1）式中:L—圆管的长度，m;d—圆管的直径，或非圆形管道的当量直径，m；ρ—水流的密度，kg/m3 ; ν—断面平均流速，m/s;ג—无因次系数（沿程阻力系数），其值通过实验求得。※矿井风流基本上都属于紊流状态，故我们主要研究紊流状态下的摩擦阻力。对于紊流运动，在上式中，用当量直径de=4S/U代替d，得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：（2）因矿井空气密度ρ变化不大，因而对于尺寸和支护已经定型的井巷，其壁面的相对光滑是定数，则ג是常数。故把上式中的גρ/8用一个系数α来表示，即：（3）此系数叫做摩擦阻力系数。在紊流状态下，井巷只受ג，ρ的影响，吧（3）代入（2）中得到(4)对于已定型的矿井，L,U,S都为已知，故可把式中的α，L,U,S归结为一个参数Rf:(5)Rf称为巷道的摩擦风阻，它反映了井巷的特征，其单位为kg/m7或Ns/m8把（5）代入（4）则有hf=RfQ2(6)此式就是在完全紊流下的摩擦阻力定律。摩擦阻力的计算方法：在进行新矿井（或新采区）的通风设计时，需要计算完全紊流状态下井巷的摩擦阻力即按照所设计的井巷长度、长度、净断面积、支护方式和要求的通风风量，以及其中有五提升设备等，用查表法选定井巷的摩擦阻力系数α值，然后用摩擦阻力定律计算。确定α查表是前人通过大量的实验和实测所得的，在标准状态（ρ0=1.2kg/m3）下的各类井巷的摩擦阻力系数α0。当井巷中空气密度ρ≠1.2kg/m3时，其α值应按下修正：（7）详细例题在《矿井通风与安全》P28局部通风：和摩擦阻力类似，局部阻力一般引入用动压的倍数来表示式中ζ——局部阻力系数，无因次。因为v=Q/S,当ζ确定后，使用下式计算局部阻力：令则h1=R1Q2其中R1为局部风阻其单位Ns2/m8或kg/m7上式表示完全紊流状态下的局部阻力定律。计算局部阻力时，先根据井巷局部地点的特征，对前人实验所得的表，查出局部阻力系数的近似值。矿井通风特性：某矿井的通风特性就是该矿井的反映通风难易程度或通风能力大小的性能。这种特性可用矿井的风阻值的大小来表示。矿井通风特性曲线:对于特定井巷，当空气密度ρ和摩擦阻